IDC機(jī)房節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用研究

陳燕樹

（中時(shí)訊通信建設(shè)有限公司，廣東 廣州 510030）

近年來，隨著我國(guó)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，IDC（也稱互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）機(jī)房的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其所需消耗的電能也越來越多，因此，如何實(shí)現(xiàn)IDC機(jī)房的節(jié)能減排，成為了業(yè)內(nèi)人士關(guān)注的焦點(diǎn)話題。因此，在確保系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行情況下，提高電能的利用率，解決消除機(jī)房過熱問題成為IDC機(jī)房日后發(fā)展過程中需要解決的一個(gè)重要問題。本文通過實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，著重就IDC機(jī)房節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1 IDC機(jī)房能耗現(xiàn)狀及原因分析

1.1 我國(guó)IDC機(jī)房能耗現(xiàn)狀

PUE值作為衡量數(shù)據(jù)中心電能使用效率的常用指標(biāo)，主要是指數(shù)據(jù)中心所消耗全電能消耗量與負(fù)載消耗量的比值，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PUE值接近1時(shí)，數(shù)據(jù)中心節(jié)能水平較高。目前來說，IDC運(yùn)營(yíng)公司主要集中在北上廣等一線城市，且規(guī)模較大，IDC機(jī)房的PUE值一般在2～3范圍內(nèi)。

近年來，隨著我國(guó)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)客戶量的持續(xù)攀升，IDC機(jī)房電能消耗不斷增加，一些大型互聯(lián)網(wǎng)公司開展節(jié)能型IDC機(jī)房工作，采取了產(chǎn)品能耗優(yōu)化，配備節(jié)能服務(wù)器等各種節(jié)能措施。目前這些企業(yè)雖然在IDC機(jī)房節(jié)能建設(shè)方面取得了一定成效，但從總體上來看，IDC機(jī)房仍存在能耗問題，其節(jié)能空間較大。

1.2 IDC機(jī)房能耗原因分析

根據(jù)IDC機(jī)房PUE值的偏高原因分析，主要包括以下幾個(gè)方面。

（1）機(jī)房設(shè)備能耗偏高。IDC機(jī)房設(shè)備普遍存在容量低、能耗高的現(xiàn)狀。

（2）空調(diào)制冷系統(tǒng)利用率普遍不高，加上機(jī)房空調(diào)設(shè)備采用分期策略，從而導(dǎo)致空調(diào)設(shè)備出現(xiàn)空置。另外，在大型水冷空調(diào)系統(tǒng)未能得到廣泛應(yīng)用，覆蓋率較低。

（3）供電系統(tǒng)布局不合理，不能得到優(yōu)化。例如，IDC機(jī)房部分供電設(shè)備（如變壓器）負(fù)載率偏低，供電線路存在冗余現(xiàn)象。另外，機(jī)房配置UPS（持續(xù)供電系統(tǒng)），此系統(tǒng)在機(jī)房運(yùn)營(yíng)初期，電能損量較大，占整個(gè)IDC機(jī)房能耗損量的20%左右。

2 IDC機(jī)房節(jié)能減排技術(shù)

要降低機(jī)房的PUE值，需要從空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能、供配電子系統(tǒng)節(jié)能、照明系統(tǒng)的節(jié)能等幾個(gè)方面著手。

2.1 空調(diào)子系統(tǒng)的節(jié)能

（1）合理選擇精密空調(diào)。對(duì)于不同地區(qū)而言，應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)形式的不同來選擇精密空調(diào)，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果。在南方，對(duì)于新建建筑，數(shù)據(jù)中心可利用新建冷凍水系統(tǒng)進(jìn)行制冷，這種制冷方式節(jié)能效果較好，且成本較低。大型數(shù)據(jù)中心可以選用水冷型空調(diào)機(jī)組；中小型數(shù)據(jù)中心可以選用風(fēng)冷型空調(diào)機(jī)組，要采用空調(diào)變頻技術(shù)，以免空調(diào)制冷過度，提高空調(diào)的運(yùn)行效率。

（2）利用氣流組織形式，實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能。精密空調(diào)制冷的氣流組織包括空調(diào)布置、送風(fēng)口和回風(fēng)口設(shè)置、送回風(fēng)方式等。其中，水平送風(fēng)作為送風(fēng)口設(shè)置的一種新的解決方案，能夠有效地解決IDC機(jī)房設(shè)備密度或發(fā)熱量不勻而引發(fā)的局部熱點(diǎn)問題。因設(shè)備局部的溫度較高，若采用均勻的送風(fēng)方式，需要降低機(jī)房的溫度，導(dǎo)致設(shè)備能耗的增加，而采用水平送風(fēng)方式，可以將空調(diào)內(nèi)機(jī)與過熱的機(jī)柜組相互結(jié)合，并封閉部分柜組，這樣能夠大幅度地降低能耗，有效地解決局部熱點(diǎn)問題，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排，如圖1。

圖1 水平送風(fēng)方式

（3）準(zhǔn)確計(jì)算制冷量。在空調(diào)制冷量計(jì)算過程中，確保制冷量計(jì)算的準(zhǔn)確性，可避免制冷過度現(xiàn)象的發(fā)生，降低空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗。然而，在制冷量計(jì)算時(shí)，還要考慮到IDC機(jī)房的迅速增長(zhǎng)，在方案設(shè)計(jì)時(shí)要預(yù)留空調(diào)放置空間、管線位置等，確保隨時(shí)能夠增加制冷量。

2.2 供配電子系統(tǒng)的節(jié)能

（1）優(yōu)化UPS配置。UPS的效率與負(fù)載率有關(guān)，如對(duì)于高效率的高頻機(jī)要確保UPS的效率超過90%，需要確保其負(fù)載率在50%以上。如果高頻機(jī)負(fù)載率在40%以下，將會(huì)大大降低UPS的效率，如圖2所示。經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，UPS機(jī)房在發(fā)展過程中的單機(jī)負(fù)載率很低，一般不會(huì)超過30%。

圖2 UPS效率與負(fù)載率關(guān)系

因此，為了避免UPS負(fù)載率過低，需要選用具有擴(kuò)展性的模塊化UPS，結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行負(fù)載配置。隨著IT設(shè)備的增加，為了提高UPS的最大負(fù)載，需要增加模塊數(shù)量，使UPS負(fù)載率控制在50%～60%。

（2）減少UPS電池容量。大部分IDC機(jī)房配備了長(zhǎng)時(shí)間的電池容量，以防止停電時(shí)能夠及時(shí)為IDC機(jī)房供電。然而，由于大容量電池充放電時(shí)間過長(zhǎng)，將會(huì)產(chǎn)生大量的能耗。對(duì)于大型IDC機(jī)房來說，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)停電后再啟動(dòng)，共切換時(shí)間只有幾分鐘，因此UPS的電池容量只需要15分鐘用于柴油發(fā)電機(jī)的切換。

2.3 照明系統(tǒng)的節(jié)能

在數(shù)據(jù)中心機(jī)房照明系統(tǒng)節(jié)能方面，應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手。

（1）在數(shù)據(jù)中心照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。盡可能避免照度過亮或不勻現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（2）選擇節(jié)能型的光源和燈具。

（3）設(shè)計(jì)高效、靈活的照明控制系統(tǒng)，對(duì)于不工作區(qū)域的照明，設(shè)計(jì)自動(dòng)關(guān)閉控制功能。

（4）在遠(yuǎn)程可實(shí)現(xiàn)IDC機(jī)房設(shè)備操作、環(huán)境監(jiān)控等，減少工作人員進(jìn)入機(jī)房操作次數(shù)，降低機(jī)房照明能耗。

3 IDC機(jī)房節(jié)能減排的新思路

近年來，隨著我國(guó)IDC機(jī)房節(jié)能技術(shù)及措施的應(yīng)用，在IDC機(jī)房節(jié)能減排方面，出現(xiàn)新的設(shè)計(jì)思路。

3.1 一體化機(jī)房

一體化機(jī)房主要以先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)程序和系統(tǒng)配置來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的工作模式。這種理念是集裝箱數(shù)據(jù)中心和一體化機(jī)柜以及所有子系統(tǒng)在一個(gè)狹小的空間，只需供電就可以穩(wěn)定運(yùn)行。但它具有一定的封閉性，且設(shè)備密度較高，從而導(dǎo)致PUE水平較低。某廠商在一體化機(jī)房實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，通過利用這門技術(shù)將PUE值降至1.18。目前，集裝箱數(shù)據(jù)中心和一體化機(jī)柜在各領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

3.2 高壓直流供配電

PUE作為一種乘數(shù)因子，其值大于1。因此，要實(shí)現(xiàn)IDC機(jī)房節(jié)能，一點(diǎn)降低IT設(shè)備的功耗。例如，當(dāng)PUE為1.6，1W的IT設(shè)備電能耗量為1.6W，若將IT設(shè)備功耗降低至0.8W，將會(huì)降低IDC機(jī)房總功耗量至0.8×1.6=1.28W。可見，當(dāng) IT 設(shè)備功耗降低 0.2W 時(shí)，其電能耗量降低0.32W。這就是乘數(shù)因子效應(yīng)。

近年來，高壓直流供電受到了互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的關(guān)注，它不僅能夠大幅度地降低IT設(shè)備功耗，而且大大提升直流供電的可靠性，減少諧波問題，提高運(yùn)行效率，且擴(kuò)展性較好，因此成為了未來數(shù)據(jù)中心供電模式的發(fā)展方向。

4 結(jié)語

綜上所述，在IDC機(jī)房節(jié)能建設(shè)過程中，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房運(yùn)行節(jié)能，我們需要結(jié)合實(shí)際情況，合理地選擇不同技術(shù)、設(shè)備，并根據(jù)實(shí)際需求，選用最優(yōu)化的節(jié)能方案。本文結(jié)合工作實(shí)踐，針對(duì)IDC機(jī)房節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，旨在為IDC機(jī)房設(shè)備的節(jié)能建設(shè)提供依據(jù)。