論企業(yè)級IDC 節(jié)能策略

蘇玉良

（中海油信息科技有限公司廣東深圳518067）

1 IDC發(fā)展現狀

2007年以來，全球IDC市場保持高速增長的趨勢，2011年，全球IDC市場規(guī)模已達到222.6億美元，增速為21.5%（如圖1所示），2011年中國IDC市場規(guī)模達到170.8億元，同比增長67.1%。據統(tǒng)計，截止2011年底，全球IDC總量為372萬個，其中，美國和歐洲占數據總量一半以上，但是亞太地區(qū)的IDC復合年增長率高達14.2%，成為帶動此行業(yè)平穩(wěn)增長的最大動力。

圖1 .2011年全球IDC市場規(guī)模

近年來，隨國內各行業(yè)信息化發(fā)展，云計算、物聯網、虛擬化、電子商務平臺等應用在物流、研發(fā)、化工、醫(yī)療、教育等行業(yè)快速落地。與此同時，眾多企業(yè)級IDC在各地急速建設。根據2007年全球IDC統(tǒng)計數據，全球IDC消耗總電能為1834.56億kw·h，成為重點節(jié)能對象。

聚焦于IDC內部，能耗組成分別為IT設備（包括存儲設備、服務器設備、網絡交換設備等）、制冷設備、負荷開關、UPS、照明系統(tǒng)、排風系統(tǒng)等。隨著IDC的建設熱潮，電力供應、散熱、運營成本對企業(yè)IDC的影響日益擴大，逐年攀升的能源成本已成為企業(yè)的重要經濟負擔之一。以下即通過分析“成本組成”和“電耗成本”找出企業(yè)級IDC節(jié)能降耗的主線，進而通過一系列論述來闡述具體的節(jié)能策略。

2 IDC能耗主體分析

綜合多家行業(yè)咨詢公司所出版數據和眾多企業(yè)級IDC運營經驗值，目前，國內企業(yè)級IDC的運營成本組成如圖2所示：

圖2 .企業(yè)級IDC運營成本組成

在IDC運營期間，耗電費用占IDC運營總成本47%，成為所有成本支出中最核心的部分。意即只要控制好IDC的電耗，也就抓住了IDC能耗的“七寸”。

根據同類數據統(tǒng)計，企業(yè)級IDC電耗比例如圖3所示：

圖3 .企業(yè)級IDC電耗比例

空氣處理設施（制冷系統(tǒng)34%、空調系統(tǒng)9%、加濕系統(tǒng)3%）用電量占IDC總電耗45%，機柜內IT設備用電量占總電耗33%，UPS系統(tǒng)用電量站總電耗20%。

由此可見，制冷系統(tǒng)和IT設備占據IDC總耗電量近80%。而IT設備的能耗由行業(yè)整體技術現狀決定，基本不可能通過單一技術手段進行降低。

因此，“空氣處理設施的能耗”即成為企業(yè)級IDC中構成核心成本的核心要素，合理控制空氣處理設施的能耗也就成為IDC成本管理和節(jié)能管理的當務之急。以下即針對不同規(guī)模企業(yè)級IDC的應用情況，分析具體的節(jié)能措施。

IDC規(guī)模劃分詳見下表：

3 低功率密度小型IDC節(jié)能策略

3.1 精密空調與普通空調對比

目前，相當多企業(yè)，特別是企業(yè)中下級單位的IDC建設為100M2以內小型機房（此類設施尚不具備IDC功能，僅作為IT機房，功率密度基本處于2kw/機柜以下）。其中，空氣處理系統(tǒng)甚至利用舒適性大功率空調或所謂工業(yè)級柜機進行制冷。如果參照國標，勉強屬于C級機房。

以上企業(yè)可能會基于購置費用、使用成本等方面考慮，認為只要達到一定低溫即可滿足機房要求?？墒?，通過對比機房專用精密空調和舒適性空調的功能和運營費用即可知二者區(qū)別。.

首先，機房精密空調的室外機啟動環(huán)境為-35℃～42℃ ，而舒適空調的室外機啟動環(huán)境為-5℃～32℃，意即舒適空調特別是在冬天-5℃的環(huán)境下無法啟動室外機組，無法滿足機房嚴冬和酷暑仍需制冷要求。

其次，機房精密空調可以全天候不間斷工作，設備壽命大約8年。而舒適空調僅能夠滿足夏季每天10小時連續(xù)工作，設備壽命大約3年。意即舒適空調無法滿足機房不間斷運行要求，且設備壽命短。

再次，機房精密空調具備來電自啟動功能和恒溫、恒濕、恒潔凈度功能，而舒適空調和工業(yè)空調不具備此功能，意即舒適空調和工業(yè)空調無法滿足機房無人值守的應用要求。

最后，相較舒適空調，精密空調在同等制冷量前提下，耗能更小。計算如下：

以產生1.4KW顯冷量、工作周期為1年計算耗電費用：

機房精密空調：（（1.4KW÷0.9）÷3.3）×365 天×24 小時×0.8＝3303.4 元/年

舒適空調：（（1.4KW÷0.65）÷3）×365 天×24 小時×0.8＝5031.4元/年

即舒適性空調和工業(yè)空調用于機房時，所產生的電能消耗費用是機房精密空調的1.5倍。

3.2 精密空調節(jié)能策略

在多數安裝機房精密空調的小型IDC中（功率密度約為3～4kw/機柜），通常采用空調風帽送風的方式進行制冷，此種形式下IDC的PUE基本大于3。

當功率密度大于4kw/機柜時，或在IDC內部由于部署原因出現局部熱點時，精密空調風帽送風的模式便逐漸無法滿足設備需求。因此，可將精密空調改造為機柜下送風的方式，以此滿足機柜內設備環(huán)境要求。此種方式的應用前提為IDC中各機柜部署空間較松散，柜內設備之間有較大空間，以便機柜底部的冷風能夠順利到達上方。

但是，隨著機柜內設備繼續(xù)增加，功率密度繼續(xù)升高，機柜下送風方式的弊端逐漸顯露。由于柜內設備部署較緊密，設備間空隙較窄，底部冷風無法高效到達機柜頂部，易造成頂部設備溫度較高等故障。

4 中等功率密度中小型IDC節(jié)能策略

近年，國內新建企業(yè)級IDC的規(guī)模逐漸增大，企業(yè)總部級或災備級IDC基本處于1000M2左右，功率密度處于5～8kw/機柜。為解決在3.2中所述的局部熱點等問題，在此類中等規(guī)模的IDC中，可采取以下多種方式提高制冷效率，降低PUE。

4.1 封閉冷（熱）通道

傳統(tǒng)的IDC內機柜布局方式為橫排等距布置，即各排機柜的首尾方向一致。但是，為解決3.2中所述問題，可通過封閉冷通道方式提高冷能利用率，即是將IDC內機柜布設成為每兩排面對面形式，通常以兩排共20～30個機柜為一組，封閉兩端通道出口和通道頂端，以此構成機柜前部的公共封閉空間，并將此區(qū)間的地板設為孔洞式防靜電地板。冷風由防靜電地板下的靜壓箱注入封閉冷通道，并形成通道內的正壓力，機柜設備前部吸入冷風，從機柜后部將熱風排出。

此方式的優(yōu)點是極大地提高冷風利用效率，達到精確送風的效果。但是需具備的前提條件是1、IDC在建設期需具備至少60cm高度的防靜電地板下空間；2、機柜門的開孔面積率應在65%以上。

所謂封閉熱通道即是將IDC內部機柜布設成為每兩排背對背方式，并封閉通道兩端出口，熱量通過頂端排風裝置排出，造成此空間為負壓，以此確保封閉空間外部均為冷風區(qū)域。

4.2 機柜設備間隙封閉

由于安裝機柜內設備時，考慮設備間散熱因素，因此均存在一定程度的間隙。在4.1中所述冷通道內正壓情況下，一部分冷能會通過此間隙流失，因此，為進一步提高冷能利用率，可利用盲板在機柜前端封閉間隙，以確保封閉冷通道內的冷能能夠最大限度地通過設備內部進行制冷。

4.3 提高封閉冷通道內制冷功率

當封閉冷通道單元中存在個別功率密度高于8kw/機柜時，可采用LCU冷凍水行級制冷的方式，在高功率密度區(qū)加大制冷功率，或在高功率密度機柜對面安裝LCU進行專項制冷，以達到設備所需環(huán)境溫度。

4.4 封閉（冷）通道非平衡布局

當封閉冷通道內出現多個高功率密度機柜時，除采用4.3中所述方式外，還可采用高功率密度機柜間隔布局的方式防止局部熱點的出現，即在每個高功率密度機柜兩側和對面均布設功率密度較低的機柜，以此平衡該小區(qū)域內的制冷量，從而達到設備所需環(huán)境溫度。

5 高功率密度IDC節(jié)能策略

隨高性能服務器等IT設備的應用，高功率密度機柜已經向更高的標準發(fā)展。目前，IBM、HP、SUN等公司的小型機、刀片服務器功率介乎4kw至7kw，機柜密度均大于10kw/機柜。如果使用傳統(tǒng)的精密空調制冷或密閉冷通道制冷，加設每個地板風口的最大出風量為700-800m3/h，以8℃溫度差計，單臺機柜的最大散熱量約為10kw。因此，當單臺機柜的功率密度大于10kw/機柜時，通過傳統(tǒng)的精密空調制冷或密閉冷通道制冷，已經無法滿足高功率密度機柜的制冷需求。

5.1 高功率密度機柜開放式水冷背板

當單臺機柜功率密度大于10kw/機柜時，必須采取其他輔助手段進行制冷，來解決高功率密度機柜的制冷問題。目前，機柜水冷是制冷效率最高，并被廣泛接受的方法。

將機柜背板改為水冷背板，服務器、小型機等IT設備背部排出的熱空氣通過水冷背板內置的熱交換器，由冷水制冷，冷卻后的空氣重新送入機房。此種方式加快制冷循環(huán)，改善機房單臺高功率密度機柜的制冷效果。

5.2 高功率密度機柜內部水冷系統(tǒng)

內部水冷系統(tǒng)即是在高功率密度機柜內部安裝一套密閉的水冷循環(huán)系統(tǒng)。服務器、小型機等IT設備從背部排出的熱空氣通過內部空氣循環(huán)系統(tǒng)送入機柜內置的熱交換器，由冷卻水制冷，冷卻后的冷空氣重新從前部送入服務器、小型機等IT設備。由于此系統(tǒng)是在機柜內部進行循環(huán)，冷能利用率極高，可支持功率密度高達25kw/機柜應用，同時可進行獨立控制、調節(jié)，系統(tǒng)可靠性高。

6 綜述

綜上所述，企業(yè)級IDC由于行業(yè)差異性和建設級別定位的不同，所采取的節(jié)能策略也不盡相同。同時，IDC建設和運營是一項系統(tǒng)性工程，需要兼顧投資與回報、投資與節(jié)能等多維度的平衡。一般情況下，將企業(yè)級IDC放置于15年應用周期內考量其各項投入和回報的平衡較為合理。

另外，IDC的節(jié)能策略固然重要，但是節(jié)能的核心仍是“人”，也就是說IDC管理人員的“管理”在節(jié)能方面起著同等重要的地位。盡管選用了最新的服務器構架、高效的空調系統(tǒng)，采用了封閉空間布局，但是IDC的效率有時并不能達到預期。其主要原因很可能是由于IDC能源分配管理不到位所造成。因此，節(jié)能策略與節(jié)能管理應在企業(yè)級IDC建設和運營中齊頭并進，同時做好策略和管理，才能保證IDC的真正節(jié)能。

（注：PUE，Power Usage Effectiveness，功率使用效率。PUE= 數據中心總設備能耗/IT設備能耗，意即此數值越接近1，表明IDC的能耗效率越高。）

[1]顧大偉郭建兵《數據中心建設與管理指南》電子工業(yè)出版社2010

[2]中國IDC圈《2011-2012年中國IDC產業(yè)發(fā)展研究報告》2012

[3]羅洪元溫開華《IDC機房的建設投資與運行成本分析》2008

[4]GB50174-2008《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》2008

[5]ANSITIA 942-2005《數據中心電信基礎設施標準》2005