智能化網絡機房的節能環保設計

李步宵

摘要

隨著近年來科學技術的快速發展，國家對新一代綠色數據中心的關注程度逐漸加大，在最新的IDC機房工程中，數據中心有了明顯的優化，相應的也給配電智能化提出了一些新的要求。文章致力于搭建一個網絡機房綠色數據中心，使得機房內部的空調、UPS、服務器等各項設施，在穩定可靠的前提下兼具節能效果。

【關鍵詞】綠色數據中心 網絡機房 IT系統一體化

在此提到的綠色數據中心，實際上就是將其中的機電系統、IT系統、照明系統等實現能源利用最大化、環境影響最小化。就未來趨勢來看，綠色數據中心是數據中心前進路上的必由之路，數據中心是否實現“綠色”需要從多個方面來衡量。通常都是表現在對整體的規劃以及各個子系統是否真正實現了節能環保。

1 綠色數據中心架構

毫不夸張的說，綠色數據中心的實現必將成為數據中心發展史上具有里程碑意義的大事件?！熬G色”不僅會體現在整個設計規劃上，還會使得其中的機電系統、IT系統、照明系統等實現能源利用最大化、環境影響最小化2節能一體化解決方案

文章主要介紹數據中心的節能設計，經過研討我們確定了部分解決方案：電力系統節能分析、動力環境系統節能控制、IT設備的智能控制等，以上這些都是節能設計關注的要點。在進行設計時，需要結合實際情況統籌兼顧，將綠色、環保的理念貫徹落實。

2.1 基礎設施及節能措施

2.1.1 機房環境的要求現代

IT設備是由諸多元器件構成，這些電子設備很容易受到空氣濕度、有害物質及電磁等外界因素的影響，為了使設備功能不受影響，機房內部環境必須要達到相關要求。

2.1.2 基礎設施節能措施

經過相關調研發現，在搭建數據中心的過程中，涉及到建筑熱工的領域基本有：圍護結構、內墻保溫、保溫材料等方面。

2.2 機房空調與機房空調節能措施

2.2.1 機房對機房空調的要求

所有數據都會在機房進行匯總，然后再進行相應的處理。機房內部設備眾多，計算機、交換機、路由器等設備都安裝于此，這些儀器大多對環境要求極高，通常而言，房間內的溫度、濕度和潔凈度是重點關注的三個方面。

計算機機房內由于需要控制溫度、濕度等環境因子，故而必須要安裝機房專用空調，這種精密空調系統旨在準確的調控室內的溫度和濕度，經過工程實踐表明，該系統具有很高的可靠性，即使是一整年連續運行都不會出現問題。于此同時，其還具有維修性高、容錯率大、安裝靈活等優勢，這些都為空調的穩定運行做出了保證。

相較于傳統空調，計算機機房專用空調不管是在設計上，還是在舒適性上都有較大的差異，兩者的設計目的在一開始都是不一樣的，這就意味著其兩者之間沒有互換性可能。故而，在機房內必須要使用專用空調。

2.2.2 機房專用空調設備類型

對于機房專用空調設備，其內部的制冷系統也存在較大差異。這就意味著其可以根據工程實際而定，不同的項目可以選擇針對性的制冷系統。就制冷系統的冷卻形式而言，一般有如下幾種：風冷式、水冷式、雙冷源系統等。

2.2.3 機房空調節能措施

在自控新風冷氣機設備選型環節，一般會根據房間熱負荷和換氣次數進行考慮，這是選型過程最重要的兩個指標，其直接決定房間內的溫度、濕度是否恒定，以及潔凈度是否達到標準。故而在機房專業空調設備選型時，需要優先考慮這兩個因素，之后才是其他安裝尺寸等方面的要求。

2.2.4 冷氣流組織與節能措施

氣流組織指的就是將從設備出來的冷風導入既定的風道、風口，然后施加其預定的風速，控制一定的風量，將其輸送至目標制冷點，與此同時，還需要將熱風回收至空調內部。根據氣流組織的整個循環過程，可以將其分為三大部分，分別為冷氣生成、冷氣輸送與氣流回收。

2.2.5 機柜內制冷的節能措施

（1）機柜布局：機柜的排布原則是以行為標準，背靠背放置。

（2）安裝盲板：機柜一般都被當作支撐結構，起到一個設備支架的作用，但是其還有一個重要功能，就是避免已經排出的熱空氣再次進入進氣口。

在進行IT設備采購時，這些廠家都會建議使用盲板，不過在設備實際使用環節，幾乎九成以上的工作人員都會忘記這點。其直接引發熱空氣再循環問題，導致的后果就是設備溫度直接上升八度以上。值得一提的是，盲板的安裝是一個極為簡單的過程，而且花費也很少，可以很便捷的運用于所有的數據中心。

（3）在進行機柜的采購時，建議使用標準寬度機柜，一旦寬度過長熱空氣就有可能再次進入設備。

（4）建議采購時選取深度擴展的機柜。

（5）盡量采取螺紋固定的手段，以往的托盤安裝會直接制約盲板的安裝，如上所言，其將導致熱空氣的短路循環問題。

（6）采購的機柜內部需要兼具風扇系統，其目的在于將機底空氣輸送至前端，或者將熱空氣從后面排出。

（7）安裝之前進行合理的負載布局。對于一些高功率、高密度設備需要合理選擇安裝位置，否則將顯著增加機房負載壓力。這些特殊設備一旦安裝不當，就會出現高負載密度設備群。就溫度監控層面上來看，就是在數據中心產生了熱點，此時，必須要實施對應的應對方案。

3 供配電系統節能

3.1 供配電系統節能概述

3.1.1 精確計算供電功率

對于用電功率的計算，必須要借助用電管理軟件來實現，其還能夠智能化調控系統用電，以此來綜合提升對于電源的利用率。這對于機房的建設規劃意義非凡，還能夠靈活調控機房整體用電。

3.1.2 供配電系統節約電能的技術方法

一般而言就是，對于系統內配電變壓器的擇取以及其運行問題、根據系統的要求對電壓的即時調節、還有無功補償等技術手段的運用。

對于當前中國的電力系統，遠距離輸電的電壓一般都高于35kV，現在配電系統中一般都是使用380/220V電壓等級，該數值的電壓與我們的日常生活聯系最為密切。通常情況下，電能會經由電線、開關、變壓器等元件進行傳輸，這個過程中由于發熱等情況的出現，勢必會造成功率損失，當然也會不可避免的出現能量損失。

3.2 UPS節能措施

UPS的節能是一個系統性的工程，它需要從方案、UPS、電源等多角度進行考慮。

3.2.1 UPS供電方案設計

經過科學的估量遠期IT負荷值不會超過800KVA，由此在進行UPS供配電系統設計時，盡可能使用輸入/輸出一體化模塊化。在實際使用過程中系統的可用性是一項極為關鍵的參數，為了對此進行保證，需要采取模塊化冗余手段。

在工程中我們使用兩模塊化UPS電源，其可以為不同型號的負載單獨供電。就模塊化UPS而言，其最大的優點在于能夠按照實際負載需求安置功率模塊，繼而使得UPS的輸出與負載之間相互適應，既能夠滿足工程的需要，也能夠盡可能的降低成本。

3.2.2 UPS在線并機擴容功能

近些年來，模塊化結構己然大面積使用在了IT設備之中，最經典的應用有服務器、小型機等。之所以使用模塊化結構，就是在于捋清楚系統結構的邏輯，使其變得更加清晰明了，最大限度地減低其復雜程度，這在另一個層面上也是對系統可靠性的一種提升;熱插拔技術優點在于其高度的靈活性，它能夠根據系統配置需要進行對應的調整。由于全部采用模塊化結構，故而，在故障發生時，工作人員能夠在最短時間內找到問題所在，極大的縮短維修時間，在不借助廠商工程師的情況下，也能夠快速解決問題，維持系統的正常運營;模塊化的實現還能夠完成單機冗余，在冗余度上也能夠根據實際情況自動調節，在可用性上也有了質的飛躍;模塊化還對備件數量進行了削減，這就可以大量降低庫存，減少成本的投入;模塊化還優化了電池的配置，這也是一種成本的減少。自從采用模塊化結構之后，就再也不用擔心單機六十分鐘，還是并機六十分鐘的問題了。

3.2.3 采用模塊化UPS，實現逐步擴容

就當前情況來看，模塊化UPS已然逐漸在國內普及，其主要特點包含：支持擴容功能、修復時間縮短、可以完成“N+x”冗余并機。

3.2.4 提高UPS自身能效，優化負載效率曲線

現在的UPS使用的都是在線式雙變換構架，這種模式在運營過程中，整流器、逆變器都會有一定的功率消耗。舉個最簡單的例子，將容量為500kVA的UPS作為研究對象，假設當地的電費為1元/度，UPS效率如果提升百分之一，那么一年就能夠節約500×0.8×0.01×24×365×1=35040元。由此可見，只要稍微提升一點UPS的工作效率，數據中心一年下來節省的電費也是一筆可觀的數值，也就是說，提升 UPS效率能夠有效降低機房能耗。在工作人員進行UPS采購時，盡可能選取效率更高的UPS。

4 機房動力環境監控與節能措施

4.1 機房動力設備監控

機房動力設備監控是一個多項目并行工程，內含諸多監控類別。就電力監控而言，其關注電源的電壓、電流、頻率等參數;就發電機監控而言，其中的轉速、輸出電壓、油溫等是檢測的重點;就UPS監控而言，一般關注UPS狀態、電流、頻率等參數。

4.2 機房動力環境監控

機房環境對于設備的運行至關重要，因此對于一些關鍵因素需要格外注意，監控重點關注房間內的溫度、濕度、消防安全等。

4.3 安防監控

安防監控系統一般有三大部分：視頻監控、紅外射線監控、門禁監控。

5 新風系統與節能措施

5.1 新風量計算

在進行設計時，有一個重要的

參考文獻就是《電子計算機機房設計規范》，根據文件顯示，新風量取值應該滿足以下三個條件：占空間總送風量的百分之五;室內單人按40m³/h設計;新風量必須要使室內保持正壓。

5.2 新風凈化處理

通入機房的新風通常都會經過三級處理，當對新風質量還有更高要求時，還需要再添加一個紫外線滅菌設備，這些被處理之后的新風會直接進入空調的回風口，再與一次回風一起進入空調機組，然后專用空調機會將其通入房間之中。新風在與回風混合之前，十分有必要經過溫度和濕度上的處理，這樣做的好處就是可以避免在炎熱的夏季，壓縮機與電加熱器都處于工作狀態，盡可能的減少電量的消耗，延長空調的壽命。

6 IT設施的節能措施

6.1 KVM主機切換系統節能

KVM在工程應用上優勢明顯，不但能夠使得空間利用率最大，還能夠提升效率，并且操作簡單、管理方便，并且在節約成本的同時還實現了節能環保的理念。毫無疑問，KVM機房監控管理智能電源管理解決方案的提出，為數據中心“綠色”戰略的發展起到了重要的推動作用。

6.2 刀片服務器節能

相比于傳統的機架式服務器，刀片服務器的應用又省出來一大部分空間，通常其在銀行金融領域有著廣泛的應用。就當前市場對于服務器的要求而言，能夠節省空間、適合集中管控、便于隨時拓展以及能夠帶來不間斷服務等性能顯得格外重要，這些特性刀片服務器都兼而有之，因此，其正得到越來越廣泛的運用。

7 數據中心管理軟件節能

7.1 電能管理軟件節能

智能PDU能夠借助用電監控管理，精準的采集到設備端的耗電量，這一數據不管是對用電量的管控，還是對電費的繳納都有著極為重要的意義。相較于以往的PDU，智能PDU的優勢在于其遠程操作能力，即便是沒有身臨現場，也能夠對電源進行啟停操作，并且還能夠遠程修復故障確保設備的穩定運行。值得一提的是，PDU空閑插座還能夠人為的設定為無電狀態，以此來防止誤插設備導致的過載跳閘?？偠灾悄躊DU最為顯著的特點就是，不但能夠對各個端口進行精準的電量統計，還能夠即時監控設備所在環境的溫度與濕度。

7.2 數據中心電源管理系統節能

在數據中心進行的電源管理一般可分為四部分：第一階段為連接，以此確保電源的穩定供應;第二階段為計量，對電量的使用有一個精準的記錄;第三階段為分析，找到影響電源效率的因素;第四階段為智能分配，按需分配電能，實現資源利用最大化。當前的電能管理還處于前兩個階段，為了向更高階層邁進，引入智能電源管理就顯得更加關鍵了。

7.3 虛擬化管理方案的節能

虛擬化管理是在硬件基礎上完成的，該系統以VMware或微軟的虛擬服務器為前提實現。此種模式為單個虛擬服務器模擬物理的服務器硬件，在硬盤層面上，各大服務器都是一個單獨的體系，每個硬盤都有各自的操作系統和相關應用。

8 小結

綜上所述，機房建設工程龐大而系統，現代科技的進步推動了機房工程建設的向前發展，同時也對機房的安全性、穩定性、兼容性、機架化、節能環保等方面做出了更高的要求，綠色數據中心的搭建，不但提升了機房的可靠性與可用性，而且還使得其結構更加合理，節能效果更加強大。

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