關(guān)于IDC數(shù)據(jù)中心節(jié)能措施的探討

上海寶景信息技術(shù)發(fā)展有限公司 徐 璐

IDC數(shù)據(jù)中心在建設(shè)時(shí)有周期長(zhǎng)、投入高的特點(diǎn)，在運(yùn)行時(shí)有能耗大的問(wèn)題。本文先闡述了數(shù)據(jù)中心常規(guī)能耗的組成分析，再提出了IT設(shè)備節(jié)能技術(shù)，行級(jí)制冷技術(shù)和動(dòng)環(huán)智能管理系統(tǒng)。旨在對(duì)數(shù)據(jù)中心節(jié)能方面的建設(shè)進(jìn)行探討。

當(dāng)前中國(guó)IDC已達(dá)到千億級(jí)的規(guī)模，同比增長(zhǎng)率已經(jīng)明顯高于全球平均水平，隨著IDC的迅猛增長(zhǎng)，高能耗和巨大的電費(fèi)運(yùn)營(yíng)成本令運(yùn)營(yíng)商們煩憂，因此節(jié)能減耗是當(dāng)前至關(guān)重要的問(wèn)題。

1 IDC數(shù)據(jù)機(jī)房能耗分析

數(shù)據(jù)中心能耗的主流指標(biāo)是PUE，當(dāng)前我國(guó)內(nèi)該值在2附近。該值得含義為：用于保證IT設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，動(dòng)力等其他基本設(shè)備的功耗較大；當(dāng)該值越接近1時(shí)，表示綠色節(jié)能水平越高，這便是目前努力的方向。

IDC能耗比重主要體現(xiàn)在IT設(shè)備、制冷設(shè)備、動(dòng)力系統(tǒng)等。根據(jù)能耗分析，制冷設(shè)備的能耗大約為總比重的40%。當(dāng)前傳統(tǒng)節(jié)能減排的主要思考如下：

（1）功耗相對(duì)較低的設(shè)備作為優(yōu)選。現(xiàn)在很多新型號(hào)的設(shè)備集成度高，但能耗低的優(yōu)點(diǎn)，首先要滿足建設(shè)的要求，優(yōu)先選擇該種設(shè)備。

（2）根據(jù)氣流合理利用的方式對(duì)機(jī)房和機(jī)柜進(jìn)行布局。使用下送風(fēng)、上回風(fēng)的方法，可以避免冷熱氣體混合，從而降低冷風(fēng)的消耗率。機(jī)柜還可以采取面對(duì)面與背靠背，可以布局成冷通道或熱通道。機(jī)柜內(nèi)設(shè)備的設(shè)備要科學(xué)放置，還可以在空位安裝擋風(fēng)板。機(jī)架的配置密度不能太高，耗能高的設(shè)備可以放置在出風(fēng)口附近。

（3）供電系統(tǒng)與設(shè)備。UPS系統(tǒng)為主要能耗，對(duì)于供電可靠需求一般的用戶，建議暫不配置，預(yù)留擴(kuò)容空間，可以在后續(xù)的建設(shè)中進(jìn)一步完善。

（4）選擇適宜的空調(diào)系統(tǒng)。當(dāng)前數(shù)據(jù)機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)大致分為風(fēng)冷和水冷，水冷空調(diào)使用比較廣泛，能效相對(duì)更高更節(jié)能。

（5）精準(zhǔn)送風(fēng)技術(shù)。為發(fā)熱值高的機(jī)柜進(jìn)行精確送風(fēng)，控制送風(fēng)量，這樣可以防止設(shè)備發(fā)生局部溫度過(guò)高的情況。

（6）新風(fēng)系統(tǒng)技術(shù)。根據(jù)機(jī)房?jī)?nèi)外的室溫差來(lái)調(diào)節(jié)機(jī)房?jī)?nèi)的溫度，例如當(dāng)室外和室內(nèi)溫度產(chǎn)生一定溫差，系統(tǒng)會(huì)將過(guò)濾后的冷空氣灌入室內(nèi)，通過(guò)無(wú)成本的自然界的冷源控制機(jī)房?jī)?nèi)的溫度。

2 IDC數(shù)據(jù)中心機(jī)房節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)

2.1 IT設(shè)備節(jié)能技術(shù)

IT設(shè)備節(jié)能的解決方案，主要思考設(shè)備選型、配置和運(yùn)維幾個(gè)角度。

（1）設(shè)備選型。先參考該數(shù)據(jù)中心建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)設(shè)備進(jìn)行選擇性購(gòu)置，優(yōu)先選擇擴(kuò)展性好，且對(duì)工作環(huán)境，例如溫、濕度要求寬泛的設(shè)備。不要盲目的追求高檔次或高配置的設(shè)備，如遇到性能差不多的設(shè)備，則可以著重比較該設(shè)備的散熱情況、體積大小、安裝方便、質(zhì)量大小和噪聲大小等。盡量選擇散熱能力強(qiáng)好、體積相對(duì)小、質(zhì)量輕、噪音輕安裝方便的設(shè)備。在技術(shù)層面，符合低功耗的CPU處理器、虛擬化計(jì)算技術(shù)、刀片式結(jié)構(gòu)、動(dòng)態(tài)休眠技術(shù)等的設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選擇。設(shè)備要滿足系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)要求與負(fù)載情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整組件的工作和休眠情況，并可以進(jìn)行智能調(diào)度，展示預(yù)期的降能效果，建議選擇擁有國(guó)際/國(guó)家/行業(yè)節(jié)能認(rèn)證的設(shè)備。

（2）在滿足數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)安全可靠的基礎(chǔ)上，最大限度的提升IT設(shè)備的使用率，使在運(yùn)行的設(shè)備數(shù)量降到最低。具體如下：

◆根據(jù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)模情況，合理控制設(shè)備的數(shù)量。例如終端、網(wǎng)管服務(wù)器以及KVM等設(shè)備。

◆將數(shù)據(jù)中心的各種計(jì)算、存儲(chǔ)與資源一起進(jìn)行統(tǒng)籌，使用松耦合的結(jié)構(gòu)來(lái)分配資源。做到整個(gè)資源可以共享，并進(jìn)行靈活調(diào)配，例如根據(jù)資源消耗量來(lái)增加或減少某類資源的供給，按需實(shí)際達(dá)到最優(yōu)化的配置。

◆在技術(shù)能力的保證下，可以適當(dāng)采取虛擬化和集群化。

（3）設(shè)備布局與運(yùn)行維護(hù)中可以參考如下內(nèi)容：

◆各機(jī)架的用電量宜分布均勻，避免局部熱島的現(xiàn)象。同一個(gè)機(jī)架內(nèi)盡可能部安排尺寸和用電量等情況相近的設(shè)備，單獨(dú)機(jī)架的耗電量一般小于機(jī)房設(shè)計(jì)能力的平均值，如果機(jī)架的用電量偏差較大并難以調(diào)整，可以考慮將機(jī)房制冷能力和制冷量進(jìn)行調(diào)整。

◆機(jī)架應(yīng)該按照方案設(shè)計(jì)的能力，飽滿配置。如果機(jī)架沒(méi)辦法一開(kāi)始裝滿，可以從較送風(fēng)口近的區(qū)域放置設(shè)備，設(shè)備間的間隙宜設(shè)置擋風(fēng)板。

2.2 數(shù)據(jù)中心行級(jí)制冷技術(shù)

行級(jí)制冷系統(tǒng)是對(duì)空調(diào)機(jī)組的位置進(jìn)行改革，原來(lái)空調(diào)機(jī)組位置是遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的機(jī)房，現(xiàn)在設(shè)置在IT設(shè)備機(jī)柜的列間周?chē)猛臼菫楦邿崦芏鹊臄?shù)據(jù)中心提供行級(jí)散熱的解決方案。

行級(jí)制冷系統(tǒng)按照緊靠熱源的原則進(jìn)行布局，這樣確保了氣流通道可以比較短，可以充分利用空調(diào)機(jī)組的額定制冷量。比起房級(jí)制冷系統(tǒng)，同等額定制冷量可以達(dá)到更優(yōu)的負(fù)載密度。行級(jí)制冷系統(tǒng)是水平送風(fēng)，可以顯著降低機(jī)柜正面垂直溫度的梯度。根據(jù)可靠數(shù)據(jù)，如果使用密閉通道，送風(fēng)式機(jī)柜正面溫度梯度可降低到1K以內(nèi)，這樣顯著降低局部的熱點(diǎn)。因?yàn)樗惋L(fēng)的路徑短，所以空調(diào)機(jī)組的送風(fēng)溫度，機(jī)柜的進(jìn)風(fēng)溫度大致接近，這樣整體的溫度場(chǎng)比較均勻。縮短制冷和熱源的距離，這樣冷熱空氣就不容易混合，冷量有效率得到了提升，則可以相應(yīng)的降低冷風(fēng)風(fēng)量。風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和轉(zhuǎn)速一次方成正比，風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓和轉(zhuǎn)速二次方成正比，風(fēng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速三次方成正比。因此空調(diào)機(jī)組的風(fēng)機(jī)依據(jù)風(fēng)量下降轉(zhuǎn)速，就可以實(shí)現(xiàn)降低能耗。因?yàn)槔錈犸L(fēng)混合量下降了，所以把空調(diào)機(jī)組送風(fēng)溫度與機(jī)柜前的進(jìn)風(fēng)溫度設(shè)定的相近，這樣既避免為了補(bǔ)償冷量損失，而設(shè)定較低的空調(diào)送風(fēng)溫度，壓縮機(jī)的功耗也會(huì)相應(yīng)的下降，這樣能耗降低效果更明顯。設(shè)置較高的送風(fēng)溫度，就能夠讓制冷系統(tǒng)在露點(diǎn)溫度以上的工況下工作。系統(tǒng)可以降低被動(dòng)除濕與補(bǔ)償除濕的次數(shù)，這樣可以下降行級(jí)空調(diào)機(jī)組冷量、整體加濕、除濕的能耗，這樣空調(diào)的制冷能效果能主要服務(wù)于冷卻IT設(shè)備的顯冷量，在合理設(shè)計(jì)的情況下，顯熱比接近100%，系統(tǒng)顯熱比越高說(shuō)明節(jié)能效果越好。空調(diào)系統(tǒng)界面如圖1所示。

行級(jí)制冷系統(tǒng)的架構(gòu)簡(jiǎn)單，并且不太受機(jī)房形狀的影響，還可以事先根據(jù)房間預(yù)計(jì)制冷情況。該系統(tǒng)不需要高架空地板，也不需要送回風(fēng)管實(shí)施制冷，這些都非常適用于對(duì)于高熱密度數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。

圖1 空調(diào)系統(tǒng)界面

圖2 可視化界面效果圖

2.3 數(shù)據(jù)中心動(dòng)環(huán)智能管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心動(dòng)環(huán)智能管理系統(tǒng)是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在計(jì)算機(jī)上顯示實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，還可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行加工導(dǎo)出，形成直觀的曲線或分布圖。數(shù)據(jù)中心作為一個(gè)公司的能耗大戶，公司的節(jié)能減排主要取決于數(shù)據(jù)中心的綠色的情況。

（1）實(shí)時(shí)顯示控制功能。可以對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心和機(jī)柜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，例如溫度，濕度等，并對(duì)各類異常值進(jìn)行警告。根據(jù)溫度情況，可以自動(dòng)或人工對(duì)該區(qū)域產(chǎn)生的熱源進(jìn)行精確冷卻，溫度到達(dá)合理范圍即刻自動(dòng)停止。

（2）數(shù)據(jù)查詢功能。數(shù)據(jù)中心動(dòng)環(huán)智能管理系統(tǒng)可以生成一張二維的表格，列出選擇設(shè)備及查詢的時(shí)間周期。例如日?qǐng)?bào)表，里面包含了每天能耗分布情況、每天高負(fù)荷與低負(fù)荷的時(shí)間段及情況、制冷量和總電量等，并生成一張歷史曲線圖，用于對(duì)該設(shè)備或多個(gè)設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行參數(shù)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

（3）監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)管理。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制器或取相關(guān)數(shù)據(jù)，可以選取數(shù)據(jù)的時(shí)間段，并對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析，數(shù)據(jù)庫(kù)中也保存了企業(yè)之前的相關(guān)數(shù)據(jù)，可以將多個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，由此可以得到通風(fēng)口開(kāi)度和送風(fēng)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理管控，并更好的調(diào)節(jié)中央空調(diào)系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)能耗數(shù)據(jù)，進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析，評(píng)價(jià)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況，整改能耗浪費(fèi)現(xiàn)象。

（4）集中遠(yuǎn)程控制。平臺(tái)可以獨(dú)立工作，也可以設(shè)置多個(gè)房間的無(wú)人機(jī)房。在企業(yè)日常運(yùn)營(yíng)中，可以通過(guò)遠(yuǎn)程監(jiān)控來(lái)進(jìn)行管控，系統(tǒng)為可視化數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。通過(guò)能耗可視化，機(jī)房維護(hù)人員就根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行調(diào)優(yōu)，可以準(zhǔn)確對(duì)空調(diào)冷凍機(jī)組等進(jìn)行啟停調(diào)速等一系列操作。采用框架式開(kāi)發(fā)模式，可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端高效的集成。可視化界面效果圖如圖2所示。

結(jié)束語(yǔ)：IDC數(shù)據(jù)中心建設(shè)本來(lái)就是十分巨大繁復(fù)的一項(xiàng)工程，在建設(shè)初期就要埋下綠色節(jié)能的種子。工程師們要仔細(xì)研究數(shù)據(jù)中心的能耗構(gòu)成，從源頭指定針對(duì)關(guān)鍵能耗的方案，這樣就可以最大限度的降低能耗和減少資金的支出，為下一代數(shù)據(jù)中心新建與改造提供解決方案。