數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能

楊兵

（新疆油田公司數(shù)據(jù)中心，新疆 克拉瑪依 834000）

1 設(shè)備能耗和溫度

1.1 IT 設(shè)備所允許的工作溫度范圍

以往的標(biāo)準(zhǔn)中建議服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備應(yīng)運(yùn)行在20℃到25℃，這樣可以保證設(shè)備可靠長時(shí)間運(yùn)行。15℃到32℃，是IT 設(shè)備可以正常運(yùn)行的極限范圍，但如果長時(shí)間運(yùn)行在此溫度條件下，IT 設(shè)備可能會(huì)宕機(jī)；但隨著多數(shù)主要制造商已接受了美國采暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會(huì)（ASHRAE）提出的提高機(jī)房溫度上限的建議：從原來的25℃提高到27℃，現(xiàn)在生產(chǎn)的設(shè)備也較之以前具有更寬的工作溫度范圍，已能滿足在27℃下長期穩(wěn)定地運(yùn)行。

溫度越高，吹風(fēng)設(shè)備和設(shè)備風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速也就越快，耗電也就越大。將溫度限定在27℃是能夠?qū)崿F(xiàn)溫度和功耗的一個(gè)最佳平衡。在其他的運(yùn)行工況條件保持不變的情況下，盛夏時(shí)空調(diào)的設(shè)置溫度每提高1℃，即可降低耗能5%。因此，在購買服務(wù)器設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備時(shí)，在滿足其他功能要求的前提下，應(yīng)優(yōu)先選擇具有較寬工作溫度的設(shè)備，以達(dá)節(jié)約用電的目的。

1.2 設(shè)備能耗比

隨著對(duì)機(jī)房設(shè)備用電作進(jìn)一步分析，我們可以看到能耗與用電設(shè)備電源本身也具有一定關(guān)系，因?yàn)殡娫丛趯⑹须娞幚沓蛇m合IT 設(shè)備適用的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，它本身也是要消耗能量的。這些能量有些是被電容、電感吸收，有些為變壓器建立交變磁場所消耗，也有的因?yàn)殡娫磧?nèi)部線路中的電阻而轉(zhuǎn)化為熱量散發(fā)，總之這些電能消耗對(duì)于IT 設(shè)備硬件而言是無效的；而且品牌、設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)不同，電源本身消耗的功率也有差別，這便是衡量電源是否節(jié)能的一大標(biāo)準(zhǔn)：轉(zhuǎn)換效率。它是硬件本身消耗的功率和市電插座輸入功率的比值，可直觀地看出電源供應(yīng)器本身消耗了多少能源。

舉個(gè)例子：以一個(gè)500W的電源供應(yīng)器為例，如果該供應(yīng)器的轉(zhuǎn)換效率為70%，即如果有500W的交流電輸入到電源供應(yīng)器中，只有350W的交流電會(huì)轉(zhuǎn)成直流電供服務(wù)器應(yīng)用，浪費(fèi)了150W的電力；目前歐美正推行的“80plus”認(rèn)證，即是基于對(duì)電源轉(zhuǎn)換效率的考量。凡是在任何狀態(tài)下轉(zhuǎn)換效率均不低于80%的產(chǎn)品才可跨入門檻，獲得相應(yīng)證書。所以在選購電源供應(yīng)器時(shí)，必須注意轉(zhuǎn)換效率的問題，轉(zhuǎn)換效率越高的電源供應(yīng)器就越省電。

2 空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能

空調(diào)產(chǎn)生的能耗約占整個(gè)機(jī)房所需總功耗的35%左右，近年來，針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能，采取了以下措施，并取得良好的節(jié)能效果。

2.1 建立相互隔離的冷熱通道

首先機(jī)房機(jī)柜的擺放必須面對(duì)面、背對(duì)背，也就是說，兩個(gè)機(jī)柜的正面應(yīng)面對(duì)面，建立起冷通道，而兩個(gè)機(jī)柜的背面也是背對(duì)背，建立起熱通道，從而在兩個(gè)區(qū)塊建立起冷熱通道，避免冷空氣混和熱空氣造成混風(fēng)現(xiàn)象。為達(dá)到更好的效果，可封閉所有的冷風(fēng)信道，在冷風(fēng)信道中，在所有機(jī)柜上方用隔板封閉起來，冷風(fēng)通道的兩側(cè)用門來封閉，這樣完全阻隔了冷信道與熱信道交流，避免發(fā)生混風(fēng)現(xiàn)象。

2.2 科學(xué)合理設(shè)計(jì)機(jī)房內(nèi)部氣流走向提高空調(diào)運(yùn)行效率

比較各種送、回風(fēng)方式，目前業(yè)界公認(rèn)效率較高的是采用下送風(fēng)、上回風(fēng)方式。這種方式中冷風(fēng)從下部送到機(jī)柜，經(jīng)過機(jī)柜后其溫度升高比重變輕，自然上升，滿足高溫在上、低溫在下的溫度自然分布規(guī)律，不會(huì)與送風(fēng)的冷風(fēng)混合，使冷量的利用率提高，避免冷熱氣流混合，這種送風(fēng)方式比上送風(fēng)方式提高2～3℃送回風(fēng)溫差，所需送風(fēng)量小，可以節(jié)能15～20%。

這種送風(fēng)方式宜采用上走線方式，將架空地板下的空間用作送風(fēng)通道，因此，不能在地板下敷設(shè)各種通信線纜，如果必須在架空地板下走線，也應(yīng)將線纜收納整齊，減少阻擋出風(fēng)量。另外如果送風(fēng)距離較長，選用的通風(fēng)機(jī)全壓值雖能克服地板長距離送風(fēng)的全部壓力損失，但送風(fēng)的始、終端的壓差較大，不利于地板下保持均勻的靜壓值，所以還應(yīng)適當(dāng)控制地板下送風(fēng)的距離，同時(shí)架空地板的高度至少為0.4m。

3 優(yōu)化供電系統(tǒng)，降低電能消耗

供電系統(tǒng)在提供電源的同時(shí)，也會(huì)有電能損耗，雖然這些損耗在機(jī)房總能耗中所占比例不大，但也不容忽視。目前可采用以下幾種措施以達(dá)節(jié)能效果。

3.1 模塊化供電保持UPS 較高負(fù)載率

一般來說，UPS的效率和負(fù)載功率是成正比的，越接近其滿負(fù)載容量效率就越高；UPS的供電效率越高，能耗就越低。舉例來說，從UPS 本身的效率講，工作效率小于90%的UPS自身效率較低，必然使總體耗電量增加?，F(xiàn)在很多UPS 生產(chǎn)廠商正在實(shí)行對(duì)UPS 模塊化生產(chǎn)，用戶可按照負(fù)載的增加而增加模塊，始終保持UPS 較高負(fù)載率，以達(dá)到降低能耗的目的。

另外在滿足高效率的前提下，減少UPS體積也成為一種方向。有廠家已生產(chǎn)出專為刀片式服務(wù)器提供電力保護(hù)的系統(tǒng)，其每臺(tái)刀片式UPS 模塊均是一臺(tái)完整的UPS 系統(tǒng)，可以作為一臺(tái)UPS 單獨(dú)使用，同時(shí)也可以在標(biāo)準(zhǔn)的19 英寸機(jī)柜中堆疊多臺(tái)UPS。

3.2 機(jī)房供電電源的轉(zhuǎn)變

目前機(jī)房中基本上都采用的是雙轉(zhuǎn)換在線式UPS，其工作時(shí)會(huì)先將交流電濾波整流后變成直流電，再由逆變器將此直流電轉(zhuǎn)換成設(shè)備需要的正弦波交流電源。兩次的交、直流變化會(huì)帶來一定的損耗。如果IT 設(shè)備采用直流供電，可以減少一次交、直流轉(zhuǎn)變，達(dá)到節(jié)能的效果。然而目前大部分IT 設(shè)備都是交流供電，直流供電模塊的生產(chǎn)還未規(guī)?；?，因此可大力推動(dòng)IT 設(shè)備直流供電替代交流供電，這不僅在供電可靠性、電磁兼容還是能效比上，都會(huì)有優(yōu)于交流供電的優(yōu)勢。

3.3 采用無變壓器的UPS 設(shè)備

傳統(tǒng)UPS的整機(jī)效率只有75%～85%，但采用無變壓器的機(jī)型，可以提升至90%以上，這種機(jī)型體現(xiàn)了UPS 電路技術(shù)的進(jìn)步，代表著UPS 技術(shù)的發(fā)展方向，它在進(jìn)一步縮小體積、減輕重量、改善性能、提高效率、降低成本等方面，都取得了明顯的改善和進(jìn)步。因此，選用無變壓器的UPS 可以更有效地利用電源，讓每一度電都花費(fèi)在系統(tǒng)運(yùn)作上，進(jìn)而降低能耗。

4 其他技術(shù)和趨勢

4.1 機(jī)房“熱點(diǎn)”的處理

隨著服務(wù)器密集化、小型化、高效化發(fā)展，機(jī)房內(nèi)逐漸出現(xiàn)熱密度特別高的機(jī)柜。這些高密度機(jī)架形成了機(jī)房內(nèi)的局部熱點(diǎn)。針對(duì)此，可以在機(jī)房內(nèi)劃出專屬的高熱密度子區(qū)域，隔離高熱密度機(jī)柜。這樣高熱密度機(jī)柜不會(huì)影響到周圍的低密度機(jī)柜。在封閉的小范圍內(nèi)，針對(duì)性地制冷，這樣更行之有效，也能減少不必要的能耗。

4.2 自然冷卻技術(shù)的逐漸應(yīng)用

目前自由冷卻已經(jīng)變成一個(gè)很熱門的話題，位于較冷地區(qū)的機(jī)房可考慮采用自然冷空氣自由冷卻。在國外，借助自然界天然冷空氣來為機(jī)房降溫已經(jīng)受到重視。據(jù)報(bào)道，位于美國羅德島的布萊恩特大學(xué)也在借助冰雪天氣來降低機(jī)房的電能消耗。布萊恩特大學(xué)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房配有一套封閉的以乙二醇為冷卻劑的循環(huán)制冷系統(tǒng)，當(dāng)天氣很冷的時(shí)候，系統(tǒng)就會(huì)利用室外的冷空氣給冷卻劑降溫，外部冷源為免費(fèi)資源，加以利用，既經(jīng)濟(jì)又節(jié)能使用此方式僅此一項(xiàng)就降低了20%～30%的電能消耗。

4.3 動(dòng)態(tài)智能冷卻技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)房內(nèi)每一個(gè)IT 設(shè)備的冷卻溫度不同，比方來說，1臺(tái)服務(wù)器需要18℃，但網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只要20℃，機(jī)房為滿足這臺(tái)服務(wù)器的要求，必須設(shè)為18℃，這就使設(shè)備之間存在不同的冷卻供應(yīng)量?；萜赵谄湫乱淮鷶?shù)據(jù)中心的體驗(yàn)中心展示了一種動(dòng)態(tài)智能冷卻技術(shù)。每個(gè)機(jī)柜都能設(shè)定不同溫度，通過建置7500個(gè)傳感器群組的感應(yīng)器來監(jiān)控溫度，并在每臺(tái)機(jī)柜前方的地板下都埋設(shè)了排風(fēng)口，根據(jù)散熱需求針對(duì)性地動(dòng)態(tài)供應(yīng)冷卻氣流，其風(fēng)量大小可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)，從而達(dá)到節(jié)能目的，該技術(shù)可能將機(jī)房的降溫成本降低40%。

[1]李學(xué)博，機(jī)房節(jié)能走向系統(tǒng)化、智能化、精細(xì)化，通信世界周刊，2009.

[2]鄒大斌.綠色催熟機(jī)房節(jié)能技術(shù)，計(jì)算機(jī)世界，2008.