Green Internet Data Center （綠色數據中心）一個值得關注的領域

文｜快威科技集團有限公司總工程師 姜 平

浙大網新能源技術有限公司 梁國峰

1 數據中心簡介

數據中心（Internet Data Center，IDC）是網絡系統的中樞系統，在人們的生產、生活等信息化的今天，隨著城市信息化建設的發展及數字技術的應用和推廣，信息量在飛速的增大，網絡系統的迅速發展，使數據中心的規模也日趨膨脹，越來越多的數據中心機房不斷建成并投入使用。

數據中心運行的穩定和流暢非常重要，數據中心是電力設備，在穩定的電源供應下，實現為人類無間斷的細致服務。數據中心放置的數據設備像個人用的PC機一樣甚至要求更為精細，需要適宜的溫度、濕度和清潔度。為此，我們為數據中心機房提供了穩定電源設備UPS和控制環境條件的機房空調系統，而這些設備致使IDC成為耗電“大戶”。

2 數據中心維護需求

社會向前發展是令人興奮的，然而，支持人們生產發展的動力燃料——常規能源，已經漸漸處于緊缺狀態。它的不可再生性，使我們的對應方式只有兩種：一是尋找更替能源，建立新的能源供應及服務體系；二是節能，改善原有體系，或建立新的體系，使之合理高效化，實現節能。常規能源漸漸成為珍貴資源，然而，相關的既有系統不僅存在效率問題，也存在環境問題。水源污染、大氣污染、溫室效應已經成為人們普遍關注的問題。特別是溫室效應，致使CO2的排放問題已成為人們的焦點問題。

數據中心作為耗電設備，隨著其規模的不斷增大（“電力消耗量”也隨之急劇的增加，預計2025年將達到現狀的5倍），其相關的節能課題也成為人們關注的熱點。

數據中心的支持和維護的電力消耗量約占IT系統消耗的50%，即PUE（Power Usage Effectiveness，評價數據中心能源效率，是數據中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比）為2.0。另外，企事業單位的數據中心不斷擴大，也使得數據中心空間變的擁擠，大量熱量需要處理，這需要大負荷的空調來提供冷源。目前的空調系統，常見的為地面向上吹出。由于空氣密度、IT設備的放置情況的原因，該空調系統下的機房很容易產生熱空氣滯留區，并且不能依靠需求分布冷量分配，這樣使得IT設備的運行條件在被滿足時消耗了大量的能量去平衡。

總之，在保證IT設備電源不間斷，環境處于適宜的溫度、濕度和潔凈度的條件下，使IDC的運行更加節能，成為現在和未來IDC建設的主要使命。

3 綠色數據中心（GIDC）

在前面所述的背景下，浙大網新、日本富士電機和浙江大學聯合提出了解決IDC耗能及對IDC實施新管理的理念和方案，即綠色數據中心，以實現IDC在更佳的運行環境里實現節能運行。方案的節能目標主要是在保證IDC中的IT設備在更加良好的運行環境條件下，將PUE從普遍的2.0降到1.5。節能化處理主要從空調系統入手，UPS系統有良好改善，但節能效果不如空調系統顯著，如圖1所示。

下節將主要從IDC的兩大組成電源系統和空調系統及整體來闡述GIDC的方案設計。

3.1 電源系統

3.1.1 采用全IGBT式的UPS

（1）適合計算機負載

采用最新的IGBT的PWM方式整流器，最新的電路設計，該整流器輸入高次諧波含有率低：標準5%以下（不需另設過濾器）；具備電源軟啟動功能（備用發電機連接軟負荷UPS）；高頻PWM逆變器，最適合計算機負載功能；整流器負荷時的波形失真小，在3.5%以下；電壓瞬間變小。

（2）高效率

◆ 輸入功率因數高：達0.99以上，減小了電感、電容等引起的無用功率；

◆ 效率達94%以上，低負荷（30%）地區也有約90%的高效率，從而減少能耗。

（3）高性能

◆ 常時逆變器方式提供無瞬斷供電；輸入電壓范圍廣：380V，15%；

◆ 過載能力：125%，10分鐘；150%，1分鐘。

（4）高可靠性

圖1 GIDC節能計劃圖

采用最新器件，減少部件數量；應用單元化縮短MTTR；篩選試驗、Baintesuto、高品質管理；豐富的業績、高品質證明；可長時間電池標準對應（用標準的整流器可長時間對相應電池充電）；豐富的系統對應，旁路同時無瞬斷切換系統。

3.1.2 采用智能配電盤

開發了電流傳感器，裝備了內藏分支電流斷路器和高密度多點型電力收集裝置，配合智能化管理系統及監測各個IT設備運行的負荷狀況的分電盤。對增設IT設備最適合的配電、配置進行指導。如哪個分電盤的哪個分支斷流器進行配電；在哪個區域進行設置，電力的三相平衡及空調狀況等自動演算，找到最適合的配電路徑及配置方式。通過合理的配電，使用電效率提高，如圖2所示。

圖2 智能分盤實物圖

采用智能分電盤后，會使系統用電達到平衡，作為添加或更替設備位置的參照。其平衡性對比，如圖3所示。

圖3 分電盤效果對比圖

3.2 空調系統

3.2.1 局部空調

空調方式采用先進局部空調系統技術和新風通風系統。運用電力電子技術、控制技術、傳感器和空調工程技術進行產品的開發，廣泛地應用于社會基礎設施領域和產業設備領域。在以這個技術要素為基礎成長的GIDC領域中，展開了對于必要的負荷有“提供必要的最合適的空調”的特色的解決方案。

在數據中心機房內的機柜配置通常分為冷區和熱區。傳統的機房氣流構成是從基礎空調機流出，通過地板下部，從計算機前面的冷區流入計算機。計算機處理時產生的熱源通過機柜背面的熱區從天花板向基礎計算機循環。

而新開發的“局部空調系統”沒有基礎空調機和熱氣滯留層、只通過局部空調機進行機房的冷量供應和空調作用?？梢哉f，IT設備哪里需要冷源，局部空調就會送到哪里。合理的能量分配和空調方式，使得電耗明顯降低。

3.2.2 新風系統

目前，一般的數據中心機房空調都是沒有新風系統的，有效的利用新風系統將有助于：

（1）機房內的空氣質量，數據中心機房按標準必須保證工作在正壓狀態，在沒有新風系統的情況下，數據中心機房在長期運行的狀態下，將不能保證機房處在正壓狀態，同時還會出現缺氧狀態，對進入機房工作的運維人員的身體會造成損害，合理的設置新風系統將有效的改善這種情況。

（2）對于處于高緯度的地區，在過渡季節和冬季，完全可以利用新風來對數據中心機房進行散熱處理，這樣可以大大的降低數據中心的能源成本，有效地節約能源（一般可以節能30%以上）。

解決方式：

◆ 通過熱交換將窗外冷空氣通過交換供數據機房使用，停止室內空調機的運行，使運行電能消耗大幅降低；

◆ 結合智能化管理平臺解決新風均勻送風問題。

3.2.3 低品位熱能利用系統

IT設備的熱量處理，可以回收利用。在IDC中設置換熱器，通過換熱器，冷媒通過管道通向IDC管理工作室，由空調末端為工作人員提供熱量。該空調系統無制冷工質，無壓縮機。噪音小、耗能小，取代了工作人員的室內空調或中央空調末端，減少了電能耗，又除去了IDC中的熱量，為IT設備散了熱。該系統使熱量利用大大提升，節能效果顯著。

3.3 虛擬化管理

虛擬化管理采用跨平臺的虛擬化、自動化和系統管理解決方案，達到簡單、動態地訪問和管理資源，以實現更好的資產使用率和更低的運行成本。應用虛擬化技術可以實現整個硬件資源的安全共享，從而避免基礎設施的無謂增加。通過虛擬化進行基礎設施整合，可以大大的提升系統的利用率（目前數據中心的系統利用率是非常低的），從而提高投資回報。

另一方面，在多服務器的基礎上，我們通過“云計算”方案，實現服務器用戶待處理數據的高速處理，為用戶提供賞心悅目的高質量服務。

4 結束語

浙大網新、日本富士電機和浙江大學聯合提出的解決IDC耗能及對IDC實施新管理的理念，即綠色數據中心（GIDC），通過總體智能策略，通過先進的電子技術改善UPS的性能，先進的空調策略和末端裝置提高空調系統對IDC的空調效率，以及實行新風和熱量再利用方法，結合提出的虛擬化管理，對IDC的運作都有較大的改善，對能量的節約也是革新性的。經過應用后，該系統方案及GIDC的理念一定會被廣泛推廣，成為IDC的主流配置。