數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能技術(shù)研究

鄭團(tuán)磊 丘華蘭

【摘要】：在全球能源資源日益短缺和環(huán)保節(jié)能意識不斷提高的今天，數(shù)據(jù)中心的快速擴(kuò)張帶來的高能耗問題越來越受到人們的關(guān)注。數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能應(yīng)該是一個(gè)持續(xù)的過程，在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計(jì)-建設(shè)-運(yùn)營的整個(gè)過程中，綠色節(jié)能應(yīng)該貫穿數(shù)據(jù)中心的整個(gè)生命周期。如何實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心節(jié)能已成為企業(yè)用戶、數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商和機(jī)房工程設(shè)計(jì)單位共同關(guān)注的話題。本文主要對數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能技術(shù)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】：數(shù)據(jù)中心；綠色節(jié)能；技術(shù)研究

1、前言

隨著我國工業(yè)化與信息化帶來的國內(nèi)企業(yè)信息化建設(shè)投入的不斷增長，互聯(lián)網(wǎng)新服務(wù)需求不斷涌現(xiàn)，云計(jì)算發(fā)展等帶來的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大規(guī)模投入等因素的推動(dòng)，作為信息通信技術(shù)的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一的數(shù)據(jù)中心規(guī)模將隨之快速增長。在日益倡導(dǎo)綠色環(huán)保和嚴(yán)格審核的低碳時(shí)代，降低數(shù)據(jù)中心的能耗極為必要。

2、數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能技術(shù)

2.1服務(wù)器節(jié)能機(jī)制

2.1.1 動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制

由于處理器能耗是服務(wù)器能耗的重要部分，處理器節(jié)能很早就受到重視并取得了不少進(jìn)展。處理器能耗由靜態(tài)能耗和動(dòng)態(tài)能耗兩部分組成，其中動(dòng)態(tài)能耗與時(shí)鐘頻率和電壓均成正比關(guān)系。因此，可通過改變頻率和電壓等系數(shù)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)處理器能耗。

2.1.2 集群調(diào)度和虛擬機(jī)技術(shù)

集群節(jié)能可以采用傳統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度，運(yùn)行流程非常類似，只是在調(diào)度時(shí)綜合考慮節(jié)能這一目標(biāo)。鑒于不同作業(yè)之間可能存在沖突或依賴等關(guān)系，傳統(tǒng)的作業(yè)調(diào)度讓作業(yè)之間獨(dú)立，而多數(shù)情況下服務(wù)器內(nèi)存和計(jì)算能力等要遠(yuǎn)高于實(shí)際需求，這極大地限制了基于作業(yè)調(diào)度的節(jié)能效果。

2.2綠色數(shù)據(jù)中心空調(diào)節(jié)能技術(shù)

經(jīng)過多年的研究和實(shí)踐運(yùn)用，在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中運(yùn)用的空調(diào)節(jié)能技術(shù)主要包括：地板下送風(fēng)冷通道封閉節(jié)能技術(shù)、智能新風(fēng)焓差節(jié)能技術(shù)、智能換熱節(jié)能技術(shù)和冷卻塔供冷節(jié)能技術(shù)。

2.2.1地板下送風(fēng)冷通道封閉節(jié)能技術(shù)

將機(jī)柜采用“背靠背、面對面”擺放，這樣在兩排機(jī)柜的正面面對通道中間布置冷風(fēng)出口（列間送風(fēng)），形成一個(gè)冷空氣區(qū)（冷通道），對整個(gè)送風(fēng)區(qū)域進(jìn)行封閉處理（冷通道封閉），可以有效地使地板下送出的冷風(fēng)全部用于設(shè)備散熱，大幅減少或避免風(fēng)量和冷量的損耗，而最終大幅提高制冷的效率。

2.2.2智能新風(fēng)焓差節(jié)能技術(shù)

當(dāng)智能新風(fēng)焓差系統(tǒng)的智能控制器通過溫、濕度傳感器檢測到室內(nèi)、外空氣焓差大于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，智能控制器關(guān)閉機(jī)房專用空調(diào)，打開進(jìn)風(fēng)單元將室外冷空氣引入室內(nèi)，室外空氣經(jīng)過加濕除塵簾時(shí)，室外空氣經(jīng)過等焓加濕處理，進(jìn)一步降低室外空氣溫度，提供更大的冷量。同時(shí)，開啟排風(fēng)單元，依靠正壓排除機(jī)房內(nèi)的熱空氣。引入的室外冷空氣經(jīng)過加濕除塵簾的時(shí)候，空氣經(jīng)過水淋，空氣更潔凈，減少了過濾網(wǎng)更換周期。智能新風(fēng)焓差系統(tǒng)通過減少空調(diào)的運(yùn)行時(shí)間，達(dá)到了降低電能消耗和營運(yùn)成本、延長空調(diào)使用壽命的目的。

2.2.3智能換熱節(jié)能技術(shù)

智能換熱系統(tǒng)的溫度傳感器檢測到室外氣溫低于某個(gè)設(shè)定值時(shí)，智能控制器關(guān)閉機(jī)房專用空調(diào)，開啟智能換熱系統(tǒng)的室內(nèi)、外循環(huán)風(fēng)機(jī)。室內(nèi)、外空氣通過熱交換器進(jìn)行熱量交換；室外空氣被加熱的同時(shí)，室內(nèi)空氣被冷卻。智能換熱系統(tǒng)也是通過減少空調(diào)運(yùn)行時(shí)間，達(dá)到降低電能消耗和營運(yùn)成本、延長空調(diào)使用壽命的目的。

2.2.4冷卻塔供冷節(jié)能技術(shù)

在常規(guī)空調(diào)冷水系統(tǒng)基礎(chǔ)上增設(shè)部分管路和設(shè)備，當(dāng)室外濕球溫度低到某個(gè)值以下時(shí)，關(guān)閉冷水機(jī)組，以流經(jīng)冷卻塔的循環(huán)冷卻水直接或間接向空調(diào)系統(tǒng)供冷，提供機(jī)房空調(diào)所需的冷負(fù)荷。用冷卻塔來替代冷水機(jī)組供冷，達(dá)到節(jié)省能耗的目的。

2.3電源節(jié)能

供電系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的心臟和血管，數(shù)據(jù)中心的電源系統(tǒng)無一例外地采用UPS供電。

2.3.1 UPS的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的供配電系統(tǒng)規(guī)劃時(shí)，需要考慮模塊化UPS冗余并機(jī)系統(tǒng)來降低能耗[9].首先，根據(jù)IT設(shè)備的情況及其將來的需求規(guī)劃，計(jì)算所需UPS的電源功率；其次，根據(jù)需要的UPS功率，規(guī)劃UPS的架構(gòu)，選用供電效率高的模塊化UPS，采用N+X的模塊化UPS并聯(lián)冗余架構(gòu)，保證UPS的容量和可靠性，提高UPS系統(tǒng)的負(fù)載率，并可按需配置UPS容量，減少容量的閑置，提高UPS利用率，降低能耗.隨著數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)容，可逐步添加UPS模塊，達(dá)到UPS容量的增加，來支持IT設(shè)備的正常運(yùn)行；并可增加配電箱或配電柜，來滿足逐漸增加的設(shè)備和使用空間對用電的需求.

2.3.2電池管理

UPS都配備了電池組，用戶在電池組上的投資往往占整個(gè)UPS供電系統(tǒng)投資的很大一部分，甚至超過了UPS本身的投資，而電池的使用年限明顯低于UPS設(shè)備.由于電池的主要材料是重金屬鉛、硫酸和不易分解的塑料，這些會(huì)對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染.因此，減少電池的使用數(shù)量，延長電池循環(huán)使用壽命，不僅節(jié)省了對電池的投資，而且還減少了對環(huán)境的污染.

2.4照明節(jié)能技術(shù)

（1）選用高效節(jié)能的光源和燈具。 在大多數(shù)情況下， 應(yīng)在保證避免眩光和光污染的前提下， 合理選用高效節(jié)能的光源和燈具， 實(shí)現(xiàn)光通量的合理分配， 這是綠色照明設(shè)計(jì)的核心和關(guān)鍵。 （2）選用高效節(jié)能的電器附件和設(shè)備。 在照明系統(tǒng)耗電中， 附件設(shè)備所占的比重很大， 因此， 選用高效節(jié)能的電器和附件對于照明節(jié)能具有重要的意義。 （3） 充分利用自然光。 提供利于自然光照明的建筑條件和環(huán)境， 可以有效降低照明系統(tǒng)的電能消耗。 如設(shè)計(jì)采光良好的窗地比， 使用利于照明反射的室內(nèi)材料等。 （4）采用科學(xué)的照明控制方案。 如采用節(jié)能自熄開關(guān)、 減少單個(gè)開關(guān)所控?zé)艟邤?shù)、所控?zé)袅信c窗平行、 大空間場所分組控?zé)舻榷际怯行У墓?jié)能控制措施。（5）采用合理的照明節(jié)能方案。 如采用符合綠色照明要求的顯色性、 色溫和照度； 符合節(jié)能的照明功率密度LPD折算值； 符合照明舒適度的統(tǒng)一眩光值UGR和均勻度等。 （6） 建立和健全照明節(jié)能技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。 如建立和健全節(jié)能照明標(biāo)準(zhǔn)、 高效節(jié)能照明產(chǎn)品的安全和技術(shù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等。

3、結(jié)語

當(dāng)前傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心正面臨轉(zhuǎn)型，綠色、環(huán)保已成為未來數(shù)據(jù)中心的發(fā)展趨勢，數(shù)據(jù)中心的綠色節(jié)能建設(shè)是信息化過程中持續(xù)被關(guān)注的重要問題，也是一個(gè)全面的、整體的建設(shè)過程。數(shù)據(jù)中心的節(jié)能問題并不能依靠某項(xiàng)單一技術(shù)解決，必須從多個(gè)方面入手，繼續(xù)深化已有的節(jié)能技術(shù)，并且大力使用新的技術(shù)和新的理念才能最大幅度降低數(shù)據(jù)中心的能耗。

【參考文獻(xiàn)】：

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[3] 錢曉棟 李震.數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能研究[J].暖通空調(diào)，2012，42（3）：3.