數(shù)據(jù)中心機(jī)房節(jié)能策略研究

崔凱

摘要：在當(dāng)今能源緊缺的大環(huán)境下，如何節(jié)約能源已經(jīng)成了一個企業(yè)追求的目標(biāo)。尤其是對于通信企業(yè)，降低數(shù)據(jù)中心機(jī)房的耗電量是企業(yè)節(jié)約成本的關(guān)鍵。本文對數(shù)據(jù)中心機(jī)房節(jié)能的策略進(jìn)行了研究，從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)和機(jī)房管理三個方面，詳細(xì)地介紹了幾種節(jié)能技術(shù)。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心機(jī)房；節(jié)能；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能技術(shù)

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）35-0236-02

1 數(shù)據(jù)中心機(jī)房節(jié)能背景

基于最近幾年調(diào)查的數(shù)據(jù)，從電能的消耗情況來看，我國電力的利用率是不高的，單位GDP的能耗量是發(fā)達(dá)國家的3～5倍，出現(xiàn)了大量的能源浪費(fèi)，如果采用先進(jìn)的節(jié)約管理模式，則能大大的降低能耗，提高能效，創(chuàng)造出更多的利益。為了分析數(shù)據(jù)中心機(jī)房能耗的主要構(gòu)成，我們對當(dāng)?shù)氐臋C(jī)房進(jìn)行了調(diào)研與數(shù)據(jù)收集。通過對數(shù)據(jù)的分析我們發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和空調(diào)制冷系統(tǒng)所占的能耗比是最多的，分別為50%和40%，照明設(shè)備所占的能耗比例為2%，其他能耗為8%。因此，數(shù)據(jù)中心機(jī)房節(jié)能的重點應(yīng)該放在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及機(jī)房空調(diào)設(shè)備的節(jié)能上。由于網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備大多是無可避免的能源消耗，所以節(jié)能措施主要針對的是設(shè)備的選型上，而對于機(jī)房空調(diào)的節(jié)能，則需要使用多種技術(shù)方法。

2 節(jié)能的基本原則

數(shù)據(jù)中心機(jī)房不同于其他的設(shè)施場所，為了保證其正常的工作，需要一定特殊的工作環(huán)境，采取的節(jié)能方法與技術(shù)必須要滿足以下基本原則：

1）確保機(jī)房的安全

機(jī)房的安全永遠(yuǎn)是第一位的，無論采用哪種節(jié)能方法，首先要確保機(jī)房可以在足夠安全的環(huán)境中正常工作，因為引進(jìn)了節(jié)能技術(shù)而導(dǎo)致了安全隱患，是絕對要杜絕的。

2） 節(jié)能技術(shù)可實現(xiàn)

節(jié)能的技術(shù)手段多種多樣，每一種技術(shù)方法都有各自的優(yōu)點和不足，用哪一種方法需要根據(jù)機(jī)房的實際情況，首要的，一定是這個技術(shù)可以在實際運(yùn)作中可以實現(xiàn)，不然毫無作用。

3）滿足機(jī)房環(huán)境要求

機(jī)房的環(huán)境比較特殊，由于里面的設(shè)備很多使用的是集成電路和電子組件，所以不管采取什么節(jié)能技術(shù)，機(jī)房需要保持恒溫、恒濕和較高的清潔度，不然的話會影響到機(jī)房設(shè)備的可靠性和壽命。

4）評測機(jī)制合理

節(jié)能技術(shù)引進(jìn)之后，是否安全，可不可以實施，滿不滿足環(huán)境要求，能不能實現(xiàn)節(jié)能，節(jié)能了多少，節(jié)約了多少成本，這些指標(biāo)都必須要有一套完整和合理的評測機(jī)制來評估，這樣才能在不影響利益的情況下保證節(jié)能的質(zhì)量，引進(jìn)的節(jié)能技術(shù)才有價值。

3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的節(jié)能

由于數(shù)據(jù)中心機(jī)房的運(yùn)作就是基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所以網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能耗大多是無可避免的，節(jié)能措施最主要的在于設(shè)備的選型上。

1） 注意電源供應(yīng)器的轉(zhuǎn)換率

在選擇網(wǎng)絡(luò)設(shè)備服務(wù)器的時候，除了考慮一些基本參數(shù)的選型，例如處理器、硬盤、內(nèi)存等之外，最容易被忽略的就是電源供應(yīng)器的選型。一般的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備使用的電力都是交流電，而服務(wù)器內(nèi)部組件需要的是直流電，電源供應(yīng)器的作用就是將設(shè)備的交流電轉(zhuǎn)換成直流電供給服務(wù)器內(nèi)部組件使用，在這個轉(zhuǎn)換的過程中不可避免的會出現(xiàn)電能的損失。大多數(shù)電源供應(yīng)器的規(guī)格只標(biāo)注了功率，而并沒有標(biāo)注轉(zhuǎn)換率，如果選擇的電源供應(yīng)器轉(zhuǎn)換率過低，則損失的電能就越多。例如，以一個5000W的電源供應(yīng)器為例，如果它的轉(zhuǎn)換率為70%，也就是說當(dāng)有5000W的交流電輸入，只有3500W的電能轉(zhuǎn)換為直流電輸出，這樣就有1500W的電能出現(xiàn)了浪費(fèi)，如果該電源供應(yīng)器的轉(zhuǎn)換率為80%，則只有1000W的電能浪費(fèi)。所以在對電源供應(yīng)器選型時，一定要測試它的轉(zhuǎn)換率，選擇合理的型號可以達(dá)到很顯著的節(jié)能效果。

2） 注意網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的工作溫度與濕度范圍

為了保證設(shè)備的可靠性，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的設(shè)備都需要在一定的工作溫度和濕度范圍內(nèi)才可以運(yùn)行，但是如果選用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對工作的溫度和濕度過于敏感，就會導(dǎo)致需要花費(fèi)大量的人力物力去維護(hù)空調(diào)系統(tǒng)以保證機(jī)房溫度和濕度，造成了很多的資源浪費(fèi)。所以，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選型時應(yīng)盡量選用具有較寬的工作溫度和濕度范圍的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。根據(jù)以往的數(shù)據(jù)分析，對于空調(diào)系統(tǒng)而言，在其他條件保持不變的情況下，每當(dāng)把空調(diào)的運(yùn)行溫度（回風(fēng)口溫度）提高 1℃，那么空調(diào)的運(yùn)行效率就會提高3%左右。所以在不影響正常工作的情況下，設(shè)備工作的溫度與濕度要求范圍越大，節(jié)能效果越好。

4 空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能

根據(jù)上文的分析，空調(diào)系統(tǒng)的能耗占數(shù)據(jù)中心總能耗的40%。其中有30%左右的能耗來源于空調(diào)的制冷系統(tǒng)，10%左右的能耗來源于空調(diào)的送風(fēng)和回風(fēng)系統(tǒng)。下面介紹幾種最常見的空調(diào)節(jié)能技術(shù)：

1） 冷凝器的溫壓雙控霧化噴淋系統(tǒng)

冷凝器的溫壓雙控霧化噴淋系統(tǒng)可以根據(jù)機(jī)房溫度的變化，自動實現(xiàn)霧化噴淋，當(dāng)溫度與濕度保持在標(biāo)準(zhǔn)的范圍，空調(diào)就可以停止工作，當(dāng)溫度與濕度達(dá)到臨界值，噴淋系統(tǒng)就會啟動，對溫度與濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。

每一個霧化噴淋系統(tǒng)可以對16臺機(jī)房空調(diào)進(jìn)行溫度與壓力測量，來實現(xiàn)霧化噴淋，因為每一個系統(tǒng)都擁有著16個獨立的控制回路，每個控制回路都配置了獨立的溫度傳感器與壓力傳感器，這些傳感器可以對機(jī)房每一個位置的溫度值與壓力值進(jìn)行采集，采集的數(shù)據(jù)經(jīng)過中央處理器進(jìn)行處理，處理的數(shù)據(jù)反饋到電磁閥，來實時調(diào)節(jié)溫度值與壓力值。

為了評測霧化噴淋系統(tǒng)的節(jié)能效果，我們對機(jī)房的空調(diào)電表進(jìn)行了統(tǒng)計與分析，當(dāng)噴淋系統(tǒng)關(guān)閉時，一臺機(jī)房空調(diào)一小時的耗電量為24.943kW，當(dāng)噴霧系統(tǒng)開啟時，耗電量為21.892kW，節(jié)能率為12.23%，按照這個比例估算，每天大概可以節(jié)省50元左右的電費(fèi)，而噴淋系統(tǒng)大概每天的用水量損耗為6到8元，這樣每天節(jié)約的總費(fèi)用大概40多元，一套噴淋系統(tǒng)大概一萬元，這樣一年不到就可以收回成本，可見噴淋系統(tǒng)的節(jié)能效果是可觀的，這樣可大大降低耗電量，有效節(jié)約了成本。

2） 冷通道全封閉變風(fēng)量送風(fēng)方案

大多數(shù)數(shù)據(jù)中心機(jī)房都存在著一個普遍的問題，設(shè)備經(jīng)常會出現(xiàn)局部發(fā)熱現(xiàn)象，為了改善這種現(xiàn)象，我們可以采取一種新的送風(fēng)方案，冷通道全封閉變風(fēng)量送風(fēng)。這個方案是把送風(fēng)器安裝在每個設(shè)備的機(jī)柜柜門上，送風(fēng)器的上端為圓形管，圓形管通過螺旋軟管連接著主風(fēng)管，安裝的送風(fēng)器要求不影響設(shè)備柜門的正常開關(guān)。當(dāng)空調(diào)運(yùn)行的時候，空調(diào)的冷風(fēng)會直接通過送風(fēng)器送到每個機(jī)柜，這樣前排機(jī)柜的熱氣流就會被隔離開。除了安裝送風(fēng)器，在機(jī)柜頂部的主風(fēng)管上還開設(shè)了圓形的送風(fēng)口，每個送風(fēng)口都安裝了著送風(fēng)閥，用來調(diào)節(jié)每個機(jī)柜的送風(fēng)量。這樣做帶來的優(yōu)點是，可以按照每個機(jī)柜實際的發(fā)熱量，來精確的分配空調(diào)的制冷量，從而避免了多余的制冷造成的浪費(fèi)。

這個方案可以隔離一部分熱源，而且能夠合理分配送風(fēng)方式，可以最大化的實現(xiàn)空調(diào)的制冷效率。

3） 水浸式新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)。

水侵式新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)是一種常用的節(jié)能技術(shù)，它可以保證機(jī)房環(huán)境的潔凈度和濕度，并且做到有效的節(jié)能。傳統(tǒng)的新風(fēng)系統(tǒng)是直接引入外面的空氣，雖然也有過濾裝置，但是不可避免地會有少量的塵埃、雜質(zhì)殘留其中，這些雜質(zhì)長期積累會影響機(jī)房的潔凈度，一旦潔凈度不達(dá)標(biāo)，就會花費(fèi)人力物力去保證潔凈度。水侵式新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)在進(jìn)風(fēng)口安裝了滾動濕膜，滾動濕膜可以保證進(jìn)風(fēng)口有持續(xù)的水流沖刷，這樣殘留在進(jìn)風(fēng)口的雜質(zhì)就可以被及時排走，保證了機(jī)房的持續(xù)潔凈。

除此之外，機(jī)房環(huán)境對濕度也有嚴(yán)格的要求，在低溫的氣候里，由于傳統(tǒng)的新風(fēng)節(jié)能系統(tǒng)是引進(jìn)外面的空氣，機(jī)房的濕度就會降低，這樣為了保證機(jī)房濕度，就不得不運(yùn)用加濕器，增加的能源的消耗，水侵式新風(fēng)系統(tǒng)則不會影響到機(jī)房的濕度。安裝了水侵式節(jié)能系統(tǒng)之后，每年有一半的時間不需要加濕器，假如每個機(jī)房有4個加濕器，每個加濕器的功率是30kw/h，按照傳統(tǒng)的新風(fēng)系統(tǒng)，加濕器的開啟時間為全年的60%，而引進(jìn)了水侵式新風(fēng)系統(tǒng)，開啟時間會降低為50%以下，按照這種比例估算，水侵式新風(fēng)系統(tǒng)的引入每年可以給機(jī)房節(jié)省大概十萬元的電費(fèi)。

4）供電系統(tǒng)的改進(jìn)

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的設(shè)備主要用的是交流電，交流電不僅比直流電耗能多，而且有的設(shè)備組件需要把交流電轉(zhuǎn)換為直流電才可以使用，在轉(zhuǎn)換過程中就有能耗額損失。這里有兩種措施可以對供電系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，從而達(dá)到節(jié)能的目的：

（1）推動數(shù)據(jù)中心機(jī)房直流供電替代交流供電

如果技術(shù)允許，盡量在機(jī)房的供電系統(tǒng)中用交流電來代替直流電，無論是從供電的能效比，還是從供電的可靠性看，直流供電都優(yōu)越于交流供電。

（2）采用無變壓器的UPS設(shè)備

機(jī)房的交流電是由UPS設(shè)備輸入供電系統(tǒng)所產(chǎn)生的，而傳統(tǒng)的UPS設(shè)備是由ATS開關(guān)和變壓器所構(gòu)成，它對電源電能的利用率只有80%，而采用無變壓器的新型UPS設(shè)備，則可以把電源電能的利用率提升到90%，有效地降低了用電的成本。

5 機(jī)房管理節(jié)能

管理節(jié)能就是站在人的角度進(jìn)行必要的節(jié)能措施，很多時候能耗的損失來源于人為因素，在管理方面可以采取以下措施：

1）制定機(jī)房清潔標(biāo)準(zhǔn)，每天的工作人員必須嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)保持機(jī)房的清潔，為了保證標(biāo)準(zhǔn)的有效性，要進(jìn)行定期的檢查與考核，制定獎勵與懲罰制度

2）每過一段時間，定期地對機(jī)房設(shè)備零件進(jìn)行檢查，拆除一些沒有用或者已經(jīng)老化的設(shè)備，避免不必要的浪費(fèi)。

3）加強(qiáng)員工的節(jié)能意識，對員工進(jìn)行節(jié)能教育，讓員工養(yǎng)成良好的節(jié)能習(xí)慣，在工作中自覺遵守相關(guān)的節(jié)能政策。

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