數(shù)據(jù)中心機房的節(jié)能探討

代斌

摘 要：經(jīng)過各種形式的互聯(lián)網(wǎng)連接，在數(shù)據(jù)中心機房展開深入的節(jié)能辨析和探究，全面有效的數(shù)據(jù)中心機房能耗改善和數(shù)據(jù)中心機房能耗系統(tǒng)分解狀態(tài)的改善是目標控制方法的一種，對用電指標進行動態(tài)分析，找出影響PUE參數(shù)指標的系統(tǒng)能耗因素，提出數(shù)據(jù)中心能源在機房節(jié)省資源，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心資源分配和能耗。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；機房；節(jié)能

中圖分類號：TP308 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）03-0006-02

緊跟大數(shù)據(jù)的快速發(fā)展，中國信息化建設(shè)進程正在逐步加快，數(shù)據(jù)中心機房建設(shè)有了新的進展。同時，“十二五”規(guī)劃綱中，工信部提出了節(jié)能減排目標。在大形勢和環(huán)境下，數(shù)據(jù)中心是計算機機房設(shè)計和施工節(jié)能減排的主要指標之一，而數(shù)據(jù)中心機房節(jié)能建設(shè)意義深遠。

1 計算機房的能耗指標和能耗分配

1.1 數(shù)據(jù)中心機房能效指標

評定數(shù)據(jù)中心能量消耗首選指標PUE。PUE是一個比率，基準是2，比值越接近1表示能源效率越好。算機房的PUE值是用來衡量一個數(shù)據(jù)中心是否節(jié)能，環(huán)保，綠色重要指標，綠色IDC中心的PUE應(yīng)該小于1.6。目前，國外數(shù)據(jù)中心的PUE比值通常小于2，然而中國大部分數(shù)據(jù)中心的PUE值一般為2.4-2.8。因此，我們機房的能耗高，節(jié)約能源一直是機房建設(shè)中的重要課題。如圖1所示。

1.2 計算機房能量消耗分配

基于目前的主要研究單位的數(shù)據(jù)統(tǒng)計研究，中國數(shù)據(jù)中心機房能耗分配如下：IT設(shè)備消耗、空調(diào)系統(tǒng)消耗、照度消耗、供電系統(tǒng)能耗分別占總能耗的51%、35%、2.5%、11.5%。相比之下，發(fā)達國家計算機實驗室的PUE值遠低于中國計算機實驗室的PUE值。例如，比利時的Google數(shù)據(jù)中心的PUE值是1.16；雅虎美國Facebook數(shù)據(jù)中心的PUE值是1.07，“雞窩”機房的PUE值是1.08，微軟都柏林的PUE值數(shù)據(jù)中心是1.25。所以，中國大部分的數(shù)據(jù)中心計算機實驗室也有較大的節(jié)能改進空間。

2 數(shù)據(jù)中心機房能耗分析

根據(jù)筆者多年的工作總結(jié)，解析了數(shù)據(jù)中心機房的能耗分布，機房內(nèi)的能源耗損主要囊括以下幾方面：

2.1 IT設(shè)備消耗太多的能量

計算機中心設(shè)備的能耗是計算機房的主要部分，因為機房建設(shè)正在考慮機房的成本因素，盲目放大成本的重要性，忽視節(jié)能，而不重視能源減排，工作人員往往在IT設(shè)備選型的不夠重視這點，導(dǎo)致選擇了成本低，能耗高的設(shè)備。

2.2 不合理的數(shù)據(jù)中心室布局

由于數(shù)據(jù)中心機房在設(shè)計上并沒有預(yù)見到機房的未來發(fā)展，IT設(shè)備的擴容還在不斷增加，如果IT設(shè)備不能合理安排機房空間，會導(dǎo)致空調(diào)和IT設(shè)備發(fā)熱，空氣不穩(wěn)，空調(diào)效率高，造成浪費能源消耗。

2.3 空調(diào)系統(tǒng)效率低下

由于空調(diào)系統(tǒng)老化，溫度操作不恰當(dāng)，缺乏對機房的修理等日常維護檢修，致使機房能源消耗嚴重浪費。

2.4 不公平的數(shù)據(jù)中心機房供電設(shè)備

不適當(dāng)?shù)脑O(shè)備選擇（如UPS系統(tǒng)，照明設(shè)置等）可能會致使額外的能源浪費。

2.5 不合理的機房管理

數(shù)據(jù)中心機房由于缺乏有效的管理，并且機房很好的保護，這將增加數(shù)據(jù)中心機房的負擔(dān)和能量的浪費。

3 機房節(jié)能減排計劃

3.1 機房應(yīng)廣泛使用節(jié)能信息設(shè)備

根據(jù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)解析結(jié)果，信息設(shè)備消耗電量幾乎占據(jù)了整個數(shù)據(jù)中心的機房資源總能耗的1/3以上的比例，而信息技術(shù)節(jié)約用電1焦耳/秒，對應(yīng)的專用供電系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)的能耗可降至2.84焦耳/秒。因此，使用低功耗信息設(shè)備是解決節(jié)能數(shù)據(jù)中心機房最根本的途徑。計算機設(shè)備的節(jié)能環(huán)節(jié)主要是降低服務(wù)器和內(nèi)存的資源和能耗。

為了達到真正意義上的服務(wù)器解決相應(yīng)的能耗，又從最基本的芯片能耗開始，選擇高使用端先進的芯片，其相應(yīng)的節(jié)電效果非常理想。另外，服務(wù)器與存儲和信息系統(tǒng)集成是節(jié)能信息設(shè)備的重要手段。美國環(huán)保機構(gòu)官方調(diào)查顯示，存儲系統(tǒng)和自服務(wù)器占據(jù)數(shù)據(jù)中心的總電力消耗一半。目前科研熱潮是服務(wù)器虛擬化程序。這種效果明顯的技術(shù)解決方案可以大大節(jié)省內(nèi)存空間，冷卻系統(tǒng)和電力資源。同服務(wù)器虛擬化原理類似，內(nèi)存虛擬化也可以提供預(yù)期的結(jié)果，從而可以為更小更大的存儲系統(tǒng)，電源和散熱系統(tǒng)資源消耗顯著減少空間和更高效的利用率。內(nèi)存和服務(wù)器虛擬化技術(shù)的利用有效提升節(jié)能存儲模式。

3.2 使用節(jié)能的空調(diào)設(shè)備

通風(fēng)設(shè)備占中央機房功耗的38%以上，空調(diào)系統(tǒng)能耗被列為重點考慮的因素，利用高能效的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備是節(jié)能的關(guān)鍵所在。各類空調(diào)對應(yīng)的能源效率由高到低，數(shù)據(jù)中心空調(diào)采用冷水機集中供冷方案的能效比大于5，而空冷數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)采用三個或更多的能源。所以，冷水機組機房空調(diào)系統(tǒng)比風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)系統(tǒng)更加節(jié)能環(huán)保。

3.3 提升空調(diào)系統(tǒng)的效率

（1）合理的機房內(nèi)部布局。如果機箱柜或機架內(nèi)的相應(yīng)設(shè)備前后冷卻，機架或機柜應(yīng)面對面安裝或背靠背安裝。當(dāng)機器架或機箱柜面對面安裝時，會產(chǎn)生一個冷風(fēng)通道，背靠背排列時會產(chǎn)生相應(yīng)的熱風(fēng)道。所以，各種設(shè)備散熱和節(jié)能效果是有幫助的。所以，應(yīng)該要求機箱柜或機器架的面對面和背靠背的安排放置。不然，其他配置可能會使氣流短路并降低設(shè)備的散熱。（2）管道不應(yīng)該太長。大型數(shù)據(jù)中心機房為防止能源浪費和損失，往往不把央空調(diào)系統(tǒng)的布局納入考慮范圍內(nèi)，分布到各個地區(qū)的相應(yīng)設(shè)備，縮小送回風(fēng)距離。（3）服務(wù)器機柜和網(wǎng)絡(luò)布線柜都采用網(wǎng)狀門，門應(yīng)可能通孔率高，通過率高，擴大了適當(dāng)?shù)耐L(fēng)面積，有利于散熱。

3.4 機箱柜的動態(tài)智能散熱

將溫濕度傳感器設(shè)置在數(shù)據(jù)中心機房和各個高負荷柜內(nèi)后，高負荷機柜的動態(tài)監(jiān)測溫度和濕度。數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)每個機柜的相應(yīng)操作都可以實時監(jiān)控，而數(shù)據(jù)中心機房的冷卻裝置，還有專門針對冷卻需求的實際情況，動態(tài)的冷卻氣源。解決這個問題可以幫助用戶非常有效地將數(shù)據(jù)中心機房的冷卻成本減少40%。在整個數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)的任何一個高負荷柜前面的地板下面，都事先設(shè)置了相適應(yīng)的可調(diào)通風(fēng)口，實際的空氣量可以根據(jù)實際需要進行調(diào)整。

3.5 削減保留空調(diào)消耗的空間

去掉一部分數(shù)據(jù)中心機房空間是推出節(jié)能解決方案的關(guān)鍵，突出投資重點，配套建設(shè)空調(diào)系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備，節(jié)約資源和能源消耗。在機房規(guī)劃設(shè)計人員中，我們需要考慮到其擴展性以及可擴展性，第二階段的建筑甚至可以適用于多層數(shù)據(jù)中心機房，為數(shù)據(jù)中心擴展留出空間。暫時不要放置信息設(shè)備，集中安排信息設(shè)備，相應(yīng)的預(yù)留空間不需要配備相應(yīng)的電力和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備，從而可以達到有效降低電力消耗的目的。

4 結(jié)語

數(shù)據(jù)中心機房節(jié)能涉及機房建設(shè)的各個環(huán)節(jié)。僅受IT設(shè)備能耗，空調(diào)能耗，供電系統(tǒng)能耗等因素的影響，還受到機房設(shè)計，房間格局，機柜內(nèi)空氣流動的影響等等。因此，數(shù)據(jù)中心建筑節(jié)能減排需要統(tǒng)籌規(guī)劃，以達到理想的節(jié)能效果。

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