數(shù)據(jù)中心電源使用效率及能耗探究

王曉雷

（中國(guó)通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司，河南 鄭州 450052）

0 引 言

目前，數(shù)據(jù)中心作為一個(gè)高能耗產(chǎn)業(yè)，不但給使用人員帶來(lái)了很大壓力，而且消耗了過(guò)多的社會(huì)能源。所以，相關(guān)人員在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心建立時(shí)，需要充分考量電能耗費(fèi)率行，也要以此作為數(shù)據(jù)中心能耗檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)?；诖耍绾胃玫毓?jié)約電能耗費(fèi)成為相關(guān)部門關(guān)注的重中之重。企業(yè)在實(shí)際工作中將電能利用率與節(jié)能問(wèn)題作為重點(diǎn)考察內(nèi)容，在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心建設(shè)和維護(hù)時(shí)也將電能耗費(fèi)程度作為重要的參考依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)中心能耗使用現(xiàn)狀

數(shù)據(jù)中心最核心的部分是IT設(shè)備。據(jù)有關(guān)資料顯示，IT設(shè)備能耗占據(jù)數(shù)據(jù)中心能耗的1/2，主要集中在設(shè)備服務(wù)器、交換器、路由器以及存儲(chǔ)設(shè)備等方面。一些服務(wù)器系統(tǒng)能耗占到IT設(shè)備能耗的1/2。數(shù)據(jù)中心的能源消耗主要集中在電源設(shè)備、冷卻設(shè)備及照明設(shè)備上，其中空調(diào)消耗占比最大，其次是UPS主機(jī)損耗。

近年來(lái)，一些數(shù)據(jù)中心進(jìn)行擴(kuò)張和整合，容量與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相比超出了幾倍，且在城市區(qū)域外部出現(xiàn)了很多大型數(shù)據(jù)中心建筑。這些數(shù)據(jù)中心建筑內(nèi)部容量達(dá)到了前所未有的情況。這些大容量數(shù)據(jù)中心帶動(dòng)了數(shù)據(jù)中心能耗的快速增長(zhǎng)。基于單位GDP能耗進(jìn)行分析，高載能低污染屬于數(shù)據(jù)中心的主要特點(diǎn)。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心是技術(shù)密集型信息產(chǎn)業(yè)，數(shù)據(jù)中心所肩負(fù)的IT系統(tǒng)帶動(dòng)行業(yè)產(chǎn)值達(dá)到了近百倍，因此對(duì)能源的使用率相對(duì)較高。

基于能耗重點(diǎn)消耗部分進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)中心主要由IT設(shè)備軟件和供電制冷系統(tǒng)構(gòu)成，其中IT系統(tǒng)屬于數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)，需要空調(diào)、供電設(shè)備的輔助，才能促使其正常穩(wěn)定運(yùn)行。數(shù)據(jù)中心中，IT設(shè)備24 h不間斷運(yùn)行不但要耗費(fèi)較多電能，也需要依靠制冷系統(tǒng)幫助散熱，且配件系統(tǒng)需要不間斷為其供電。某市數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備耗能占到1/2，其次是空調(diào)能耗和配電能耗。

2 實(shí)施綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心體系

在一些性能較高的服務(wù)器部署過(guò)程中，需要對(duì)其進(jìn)行分化管理。特別是針對(duì)物理服務(wù)器進(jìn)行處理時(shí)，需要在滿足其實(shí)際需求的基礎(chǔ)上整合管理標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行體系，充分發(fā)揮各個(gè)模塊的自身優(yōu)勢(shì)。其中，一些辦公自動(dòng)化項(xiàng)目屬于較基本的項(xiàng)目體系，需要有效整合和部署內(nèi)部關(guān)系，將其分布在一些虛擬體系中，更好地完善業(yè)務(wù)效果，同時(shí)可以為后續(xù)虛擬處理奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。一般情況下，制冷區(qū)和熱區(qū)主要借助玻璃墻體進(jìn)行隔離。想要為制冷區(qū)和制熱區(qū)內(nèi)部正常流通交互做出保證，需要借助合理完善的方案進(jìn)行冷風(fēng)區(qū)域的溫度設(shè)定。還需要縮短空調(diào)設(shè)備風(fēng)道長(zhǎng)度，提升設(shè)備制冷的有效性和適應(yīng)性，從而達(dá)成節(jié)能目標(biāo)。在整合服務(wù)器的過(guò)程中，需要對(duì)一些低能耗進(jìn)行整合處理，提升企業(yè)處理效率，同時(shí)要使其滿足相應(yīng)的實(shí)際需求。利用英特爾低功率處理器進(jìn)行系統(tǒng)處理，能夠優(yōu)化和完善能耗參數(shù)，在降低熱量的同時(shí)，為設(shè)備滿足相應(yīng)的散熱需求做出保證，還能降低服務(wù)器基本能耗，保證節(jié)能水平符合實(shí)際運(yùn)行系統(tǒng)。

3 數(shù)據(jù)中心能耗節(jié)能措施

3.1 對(duì)IT設(shè)備和非IT設(shè)備進(jìn)行節(jié)能

在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心電力節(jié)能時(shí)，需要考慮IT設(shè)備能耗和非IT設(shè)備能耗。首先，需要有效規(guī)劃IT設(shè)備節(jié)能措施，淘汰一些使用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)的設(shè)備。在絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心，仍然有使用年限超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)期限的技術(shù)平臺(tái)在運(yùn)行，也存在一些服務(wù)器即使保持運(yùn)行卻沒(méi)有使用用戶，因此對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行合理篩選和淘汰有著重要意義。其次，需要使用合理科學(xué)的手段有效整合資源。大部分服務(wù)器具有電源管理功能，系統(tǒng)管理員需要在具有電源管理功能的設(shè)備上啟動(dòng)該功能，將一些不沖突的傳統(tǒng)技術(shù)平臺(tái)應(yīng)用合并到新型服務(wù)器上。這樣不但可以減少服務(wù)器數(shù)量，而且能提升設(shè)備利用率。最后，需要對(duì)服務(wù)器進(jìn)行虛擬化，提升服務(wù)器自身運(yùn)行能力，有效降低服務(wù)器數(shù)量，減輕IT功率需求[1]。

對(duì)一些非IT設(shè)備進(jìn)行節(jié)能，需要科學(xué)計(jì)算數(shù)據(jù)中心的UPS容量，提升UPS效率。選擇多個(gè)機(jī)器并聯(lián)模式降低大容量UPS單獨(dú)運(yùn)行，一些可以使用小功率UPS并聯(lián)使用的模式可以替代一臺(tái)大功率單機(jī)運(yùn)行模式，有效控制小功率UPS數(shù)量，更好地滿足需求，也能提升單臺(tái)UPS負(fù)載轉(zhuǎn)換效率[2]。

3.2 盡量使用自然資源

可以通過(guò)建設(shè)相應(yīng)的冷熱通道，對(duì)高功率機(jī)器進(jìn)行冷熱通道封閉，優(yōu)化中心氣流，進(jìn)一步提升空調(diào)效率。在我國(guó)大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心運(yùn)行的過(guò)程中，運(yùn)行溫度約達(dá)到了20 ℃，同時(shí)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也將運(yùn)行最高溫度調(diào)整到了27 ℃。相關(guān)研究表明，當(dāng)制冷參數(shù)變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生10%能耗，提升芯片耐高溫性，從而促使設(shè)備正常運(yùn)行溫度的提升。因此，數(shù)據(jù)中心需要對(duì)溫度進(jìn)行有效控制和調(diào)節(jié)，更好地節(jié)約能耗。當(dāng)室外溫度相對(duì)較低時(shí)，可以使用新風(fēng)，還可以使用空氣循環(huán)系統(tǒng)，降低能耗。利用室外冷空氣降低數(shù)據(jù)中心溫度，也可以基于太陽(yáng)能提升數(shù)據(jù)中心溫度，更好地實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)，減少空調(diào)能耗[3]。

3.3 技術(shù)管理節(jié)能和標(biāo)準(zhǔn)管理節(jié)能

可以對(duì)數(shù)據(jù)中心節(jié)能進(jìn)行基礎(chǔ)研究，構(gòu)建相應(yīng)的能效研究實(shí)驗(yàn)工作室，并對(duì)前沿技術(shù)進(jìn)行研究，基于節(jié)能技術(shù)實(shí)現(xiàn)節(jié)能產(chǎn)品的升級(jí)和評(píng)價(jià)。尋找一些效率較高的節(jié)能技術(shù)，推廣較為先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)，基于數(shù)據(jù)中心一些節(jié)能技術(shù)實(shí)施系統(tǒng)評(píng)價(jià)，從整體性和全局性進(jìn)行思考，更好地解決問(wèn)題。使用不同的節(jié)能技術(shù)規(guī)劃數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)鏈條，還可以通過(guò)成熟的節(jié)能技術(shù)推廣，切實(shí)推動(dòng)城市內(nèi)部數(shù)據(jù)中心能效水平的提升[4]。

提升數(shù)據(jù)中心節(jié)能體系建設(shè)的速率，優(yōu)化和完善設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和能耗限額標(biāo)準(zhǔn)，使其形成具有影響意義的綠色節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)體系，進(jìn)一步為節(jié)能提供相應(yīng)的評(píng)價(jià)參考。相關(guān)人員可以建立較為完善的數(shù)據(jù)中心能效評(píng)估體系，通過(guò)完整分析數(shù)據(jù)中心節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，形成較為科學(xué)的數(shù)據(jù)中心。能效評(píng)估系統(tǒng)可以在此基礎(chǔ)上確立相應(yīng)的節(jié)能目標(biāo)，加速節(jié)能工作的不斷開(kāi)展。比如，一些發(fā)達(dá)國(guó)家大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心都存在相應(yīng)的評(píng)估系統(tǒng)，同時(shí)這些評(píng)估系統(tǒng)與稅中心有著對(duì)立關(guān)系。一些評(píng)估系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)中心某個(gè)系統(tǒng)建立，不但對(duì)管理人員給予了相應(yīng)辯解，而且能促使數(shù)據(jù)中心各個(gè)方面能效水平得到提升，從而更好地確立節(jié)能發(fā)展方向[5]。

3.4 機(jī)制管控和市場(chǎng)管控

完善和優(yōu)化能耗統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗進(jìn)行分次計(jì)量，有程序地開(kāi)展計(jì)量工作，計(jì)量IT設(shè)備系統(tǒng)能耗、空調(diào)系統(tǒng)能耗，提升數(shù)據(jù)中心能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。同時(shí)，充分運(yùn)用現(xiàn)代化信息技術(shù)，建立高效合理的能耗數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行能耗管理控制平臺(tái)建設(shè)，能夠更好地與國(guó)家稅務(wù)中心能耗管理控制平臺(tái)相連接，實(shí)時(shí)掌握當(dāng)前市中心能耗情況，制定較為規(guī)范的政策和監(jiān)管措施。規(guī)模較大的數(shù)據(jù)中心需要每年進(jìn)行相應(yīng)的能耗檢查，還要經(jīng)過(guò)第三方專業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行安全系統(tǒng)排查，并提出相應(yīng)的能耗建議。要持續(xù)開(kāi)展節(jié)能改造數(shù)據(jù)中心試點(diǎn)，在公共機(jī)構(gòu)促使數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造試點(diǎn)工作的有效開(kāi)展，基于政府實(shí)際情況推動(dòng)數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)和節(jié)能產(chǎn)品的形成，提升社會(huì)內(nèi)部的示范帶動(dòng)性作用。對(duì)企業(yè)進(jìn)行鼓勵(lì)，使用能源管理有效方式實(shí)施數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造。要設(shè)立較為標(biāo)準(zhǔn)的工作流程，落實(shí)監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)和節(jié)能改造企業(yè)責(zé)任，為數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。通過(guò)建立企業(yè)內(nèi)部信息庫(kù)，聯(lián)動(dòng)監(jiān)督管理平臺(tái)及時(shí)發(fā)布一些節(jié)能政策。相關(guān)指導(dǎo)企業(yè)可以應(yīng)用新技術(shù)，了解節(jié)能效益，進(jìn)一步提升節(jié)能效果[6]。

4 結(jié) 論

綜上所述，在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心建設(shè)系統(tǒng)升級(jí)時(shí)，需要從節(jié)能環(huán)保角度出發(fā)，堅(jiān)持綠色發(fā)展理念，建立健全系統(tǒng)體系，提升系統(tǒng)體系的可靠性和穩(wěn)定性，為常規(guī)化管理工作的切實(shí)開(kāi)展提供相應(yīng)保證，同時(shí)更好地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理工作的可持續(xù)發(fā)展。