關于IDC數據中心節能措施的探討

上海寶景信息技術發展有限公司 徐 璐

IDC數據中心在建設時有周期長、投入高的特點，在運行時有能耗大的問題。本文先闡述了數據中心常規能耗的組成分析，再提出了IT設備節能技術，行級制冷技術和動環智能管理系統。旨在對數據中心節能方面的建設進行探討。

當前中國IDC已達到千億級的規模，同比增長率已經明顯高于全球平均水平，隨著IDC的迅猛增長，高能耗和巨大的電費運營成本令運營商們煩憂，因此節能減耗是當前至關重要的問題。

1 IDC數據機房能耗分析

數據中心能耗的主流指標是PUE，當前我國內該值在2附近。該值得含義為：用于保證IT設備正常運轉時，動力等其他基本設備的功耗較大；當該值越接近1時，表示綠色節能水平越高，這便是目前努力的方向。

IDC能耗比重主要體現在IT設備、制冷設備、動力系統等。根據能耗分析，制冷設備的能耗大約為總比重的40%。當前傳統節能減排的主要思考如下：

（1）功耗相對較低的設備作為優選?，F在很多新型號的設備集成度高，但能耗低的優點，首先要滿足建設的要求，優先選擇該種設備。

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

（3）供電系統與設備。UPS系統為主要能耗，對于供電可靠需求一般的用戶，建議暫不配置，預留擴容空間，可以在后續的建設中進一步完善。

（4）選擇適宜的空調系統。當前數據機房空調系統大致分為風冷和水冷，水冷空調使用比較廣泛，能效相對更高更節能。

（5）精準送風技術。為發熱值高的機柜進行精確送風，控制送風量，這樣可以防止設備發生局部溫度過高的情況。

（6）新風系統技術。根據機房內外的室溫差來調節機房內的溫度，例如當室外和室內溫度產生一定溫差，系統會將過濾后的冷空氣灌入室內，通過無成本的自然界的冷源控制機房內的溫度。

2 IDC數據中心機房節能關鍵技術

2.1 IT設備節能技術

IT設備節能的解決方案，主要思考設備選型、配置和運維幾個角度。

（1）設備選型。先參考該數據中心建設的標準，根據實際情況對設備進行選擇性購置，優先選擇擴展性好，且對工作環境，例如溫、濕度要求寬泛的設備。不要盲目的追求高檔次或高配置的設備，如遇到性能差不多的設備，則可以著重比較該設備的散熱情況、體積大小、安裝方便、質量大小和噪聲大小等。盡量選擇散熱能力強好、體積相對小、質量輕、噪音輕安裝方便的設備。在技術層面，符合低功耗的CPU處理器、虛擬化計算技術、刀片式結構、動態休眠技術等的設備應優先選擇。設備要滿足系統運轉要求與負載情況，動態調整組件的工作和休眠情況，并可以進行智能調度，展示預期的降能效果，建議選擇擁有國際/國家/行業節能認證的設備。

（2）在滿足數據與業務安全可靠的基礎上，最大限度的提升IT設備的使用率，使在運行的設備數量降到最低。具體如下：

◆根據數據中心建設標準和規模情況，合理控制設備的數量。例如終端、網管服務器以及KVM等設備。

◆將數據中心的各種計算、存儲與資源一起進行統籌，使用松耦合的結構來分配資源。做到整個資源可以共享，并進行靈活調配，例如根據資源消耗量來增加或減少某類資源的供給，按需實際達到最優化的配置。

◆在技術能力的保證下，可以適當采取虛擬化和集群化。

（3）設備布局與運行維護中可以參考如下內容：

◆各機架的用電量宜分布均勻，避免局部熱島的現象。同一個機架內盡可能部安排尺寸和用電量等情況相近的設備，單獨機架的耗電量一般小于機房設計能力的平均值，如果機架的用電量偏差較大并難以調整，可以考慮將機房制冷能力和制冷量進行調整。

◆機架應該按照方案設計的能力，飽滿配置。如果機架沒辦法一開始裝滿，可以從較送風口近的區域放置設備，設備間的間隙宜設置擋風板。

2.2 數據中心行級制冷技術

行級制冷系統是對空調機組的位置進行改革，原來空調機組位置是遠離負荷中心的機房，現在設置在IT設備機柜的列間周圍，用途是為高熱密度的數據中心提供行級散熱的解決方案。

行級制冷系統按照緊靠熱源的原則進行布局，這樣確保了氣流通道可以比較短，可以充分利用空調機組的額定制冷量。比起房級制冷系統，同等額定制冷量可以達到更優的負載密度。行級制冷系統是水平送風，可以顯著降低機柜正面垂直溫度的梯度。根據可靠數據，如果使用密閉通道，送風式機柜正面溫度梯度可降低到1K以內，這樣顯著降低局部的熱點。因為送風的路徑短，所以空調機組的送風溫度，機柜的進風溫度大致接近，這樣整體的溫度場比較均勻。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，則可以相應的降低冷風風量。風機的風量和轉速一次方成正比，風機的風壓和轉速二次方成正比，風機的功率和轉速三次方成正比。因此空調機組的風機依據風量下降轉速，就可以實現降低能耗。因為冷熱風混合量下降了，所以把空調機組送風溫度與機柜前的進風溫度設定的相近，這樣既避免為了補償冷量損失，而設定較低的空調送風溫度，壓縮機的功耗也會相應的下降，這樣能耗降低效果更明顯。設置較高的送風溫度，就能夠讓制冷系統在露點溫度以上的工況下工作。系統可以降低被動除濕與補償除濕的次數，這樣可以下降行級空調機組冷量、整體加濕、除濕的能耗，這樣空調的制冷能效果能主要服務于冷卻IT設備的顯冷量，在合理設計的情況下，顯熱比接近100%，系統顯熱比越高說明節能效果越好?？照{系統界面如圖1所示。

行級制冷系統的架構簡單，并且不太受機房形狀的影響，還可以事先根據房間預計制冷情況。該系統不需要高架空地板，也不需要送回風管實施制冷，這些都非常適用于對于高熱密度數據中心的應用。

圖1 空調系統界面

圖2 可視化界面效果圖

2.3 數據中心動環智能管理系統

數據中心動環智能管理系統是通過現場傳感器進行數據采集。在計算機上顯示實時動態數據，還可以對歷史數據進行加工導出，形成直觀的曲線或分布圖。數據中心作為一個公司的能耗大戶，公司的節能減排主要取決于數據中心的綠色的情況。

（1）實時顯示控制功能?？梢詫ΡO控數據中心和機柜進行實時監控，例如溫度，濕度等，并對各類異常值進行警告。根據溫度情況，可以自動或人工對該區域產生的熱源進行精確冷卻，溫度到達合理范圍即刻自動停止。

（2）數據查詢功能。數據中心動環智能管理系統可以生成一張二維的表格，列出選擇設備及查詢的時間周期。例如日報表，里面包含了每天能耗分布情況、每天高負荷與低負荷的時間段及情況、制冷量和總電量等，并生成一張歷史曲線圖，用于對該設備或多個設備的歷史數據進行統計分析，進行參數的動態調整。

（3）監控數據管理。通過現場控制器或取相關數據，可以選取數據的時間段，并對這些數據進行詳細分析，數據庫中也保存了企業之前的相關數據，可以將多個數據進行對比，由此可以得到通風口開度和送風量的數據進行合理管控，并更好的調節中央空調系統，統計能耗數據，進行關聯性分析，評價經濟運行狀況，整改能耗浪費現象。

（4）集中遠程控制。平臺可以獨立工作，也可以設置多個房間的無人機房。在企業日常運營中，可以通過遠程監控來進行管控，系統為可視化數據設計。通過能耗可視化，機房維護人員就根據經驗和現場情況進行調優，可以準確對空調冷凍機組等進行啟停調速等一系列操作。采用框架式開發模式，可以實現移動端高效的集成?？梢暬缑嫘Ч麍D如圖2所示。

結束語：IDC數據中心建設本來就是十分巨大繁復的一項工程，在建設初期就要埋下綠色節能的種子。工程師們要仔細研究數據中心的能耗構成，從源頭指定針對關鍵能耗的方案，這樣就可以最大限度的降低能耗和減少資金的支出，為下一代數據中心新建與改造提供解決方案。