智能化網(wǎng)絡機房的節(jié)能環(huán)保設計

李步宵

摘要

隨著近年來科學技術的快速發(fā)展，國家對新一代綠色數(shù)據(jù)中心的關注程度逐漸加大，在最新的IDC機房工程中，數(shù)據(jù)中心有了明顯的優(yōu)化，相應的也給配電智能化提出了一些新的要求。文章致力于搭建一個網(wǎng)絡機房綠色數(shù)據(jù)中心，使得機房內部的空調、UPS、服務器等各項設施，在穩(wěn)定可靠的前提下兼具節(jié)能效果。

【關鍵詞】綠色數(shù)據(jù)中心 網(wǎng)絡機房 IT系統(tǒng)一體化

在此提到的綠色數(shù)據(jù)中心，實際上就是將其中的機電系統(tǒng)、IT系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等實現(xiàn)能源利用最大化、環(huán)境影響最小化。就未來趨勢來看，綠色數(shù)據(jù)中心是數(shù)據(jù)中心前進路上的必由之路，數(shù)據(jù)中心是否實現(xiàn)“綠色”需要從多個方面來衡量。通常都是表現(xiàn)在對整體的規(guī)劃以及各個子系統(tǒng)是否真正實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保。

1 綠色數(shù)據(jù)中心架構

毫不夸張的說，綠色數(shù)據(jù)中心的實現(xiàn)必將成為數(shù)據(jù)中心發(fā)展史上具有里程碑意義的大事件。“綠色”不僅會體現(xiàn)在整個設計規(guī)劃上，還會使得其中的機電系統(tǒng)、IT系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等實現(xiàn)能源利用最大化、環(huán)境影響最小化2節(jié)能一體化解決方案

文章主要介紹數(shù)據(jù)中心的節(jié)能設計，經(jīng)過研討我們確定了部分解決方案：電力系統(tǒng)節(jié)能分析、動力環(huán)境系統(tǒng)節(jié)能控制、IT設備的智能控制等，以上這些都是節(jié)能設計關注的要點。在進行設計時，需要結合實際情況統(tǒng)籌兼顧，將綠色、環(huán)保的理念貫徹落實。

2.1 基礎設施及節(jié)能措施

2.1.1 機房環(huán)境的要求現(xiàn)代

IT設備是由諸多元器件構成，這些電子設備很容易受到空氣濕度、有害物質及電磁等外界因素的影響，為了使設備功能不受影響，機房內部環(huán)境必須要達到相關要求。

2.1.2 基礎設施節(jié)能措施

經(jīng)過相關調研發(fā)現(xiàn)，在搭建數(shù)據(jù)中心的過程中，涉及到建筑熱工的領域基本有：圍護結構、內墻保溫、保溫材料等方面。

2.2 機房空調與機房空調節(jié)能措施

2.2.1 機房對機房空調的要求

所有數(shù)據(jù)都會在機房進行匯總，然后再進行相應的處理。機房內部設備眾多，計算機、交換機、路由器等設備都安裝于此，這些儀器大多對環(huán)境要求極高，通常而言，房間內的溫度、濕度和潔凈度是重點關注的三個方面。

計算機機房內由于需要控制溫度、濕度等環(huán)境因子，故而必須要安裝機房專用空調，這種精密空調系統(tǒng)旨在準確的調控室內的溫度和濕度，經(jīng)過工程實踐表明，該系統(tǒng)具有很高的可靠性，即使是一整年連續(xù)運行都不會出現(xiàn)問題。于此同時，其還具有維修性高、容錯率大、安裝靈活等優(yōu)勢，這些都為空調的穩(wěn)定運行做出了保證。

相較于傳統(tǒng)空調，計算機機房專用空調不管是在設計上，還是在舒適性上都有較大的差異，兩者的設計目的在一開始都是不一樣的，這就意味著其兩者之間沒有互換性可能。故而，在機房內必須要使用專用空調。

2.2.2 機房專用空調設備類型

對于機房專用空調設備，其內部的制冷系統(tǒng)也存在較大差異。這就意味著其可以根據(jù)工程實際而定，不同的項目可以選擇針對性的制冷系統(tǒng)。就制冷系統(tǒng)的冷卻形式而言，一般有如下幾種：風冷式、水冷式、雙冷源系統(tǒng)等。

2.2.3 機房空調節(jié)能措施

在自控新風冷氣機設備選型環(huán)節(jié)，一般會根據(jù)房間熱負荷和換氣次數(shù)進行考慮，這是選型過程最重要的兩個指標，其直接決定房間內的溫度、濕度是否恒定，以及潔凈度是否達到標準。故而在機房專業(yè)空調設備選型時，需要優(yōu)先考慮這兩個因素，之后才是其他安裝尺寸等方面的要求。

2.2.4 冷氣流組織與節(jié)能措施

氣流組織指的就是將從設備出來的冷風導入既定的風道、風口，然后施加其預定的風速，控制一定的風量，將其輸送至目標制冷點，與此同時，還需要將熱風回收至空調內部。根據(jù)氣流組織的整個循環(huán)過程，可以將其分為三大部分，分別為冷氣生成、冷氣輸送與氣流回收。

2.2.5 機柜內制冷的節(jié)能措施

（1）機柜布局：機柜的排布原則是以行為標準，背靠背放置。

（2）安裝盲板：機柜一般都被當作支撐結構，起到一個設備支架的作用，但是其還有一個重要功能，就是避免已經(jīng)排出的熱空氣再次進入進氣口。

在進行IT設備采購時，這些廠家都會建議使用盲板，不過在設備實際使用環(huán)節(jié)，幾乎九成以上的工作人員都會忘記這點。其直接引發(fā)熱空氣再循環(huán)問題，導致的后果就是設備溫度直接上升八度以上。值得一提的是，盲板的安裝是一個極為簡單的過程，而且花費也很少，可以很便捷的運用于所有的數(shù)據(jù)中心。

（3）在進行機柜的采購時，建議使用標準寬度機柜，一旦寬度過長熱空氣就有可能再次進入設備。

（4）建議采購時選取深度擴展的機柜。

（5）盡量采取螺紋固定的手段，以往的托盤安裝會直接制約盲板的安裝，如上所言，其將導致熱空氣的短路循環(huán)問題。

（6）采購的機柜內部需要兼具風扇系統(tǒng)，其目的在于將機底空氣輸送至前端，或者將熱空氣從后面排出。

（7）安裝之前進行合理的負載布局。對于一些高功率、高密度設備需要合理選擇安裝位置，否則將顯著增加機房負載壓力。這些特殊設備一旦安裝不當，就會出現(xiàn)高負載密度設備群。就溫度監(jiān)控層面上來看，就是在數(shù)據(jù)中心產生了熱點，此時，必須要實施對應的應對方案。

3 供配電系統(tǒng)節(jié)能

3.1 供配電系統(tǒng)節(jié)能概述

3.1.1 精確計算供電功率

對于用電功率的計算，必須要借助用電管理軟件來實現(xiàn)，其還能夠智能化調控系統(tǒng)用電，以此來綜合提升對于電源的利用率。這對于機房的建設規(guī)劃意義非凡，還能夠靈活調控機房整體用電。

3.1.2 供配電系統(tǒng)節(jié)約電能的技術方法

一般而言就是，對于系統(tǒng)內配電變壓器的擇取以及其運行問題、根據(jù)系統(tǒng)的要求對電壓的即時調節(jié)、還有無功補償?shù)燃夹g手段的運用。

對于當前中國的電力系統(tǒng)，遠距離輸電的電壓一般都高于35kV，現(xiàn)在配電系統(tǒng)中一般都是使用380/220V電壓等級，該數(shù)值的電壓與我們的日常生活聯(lián)系最為密切。通常情況下，電能會經(jīng)由電線、開關、變壓器等元件進行傳輸，這個過程中由于發(fā)熱等情況的出現(xiàn)，勢必會造成功率損失，當然也會不可避免的出現(xiàn)能量損失。

3.2 UPS節(jié)能措施

UPS的節(jié)能是一個系統(tǒng)性的工程，它需要從方案、UPS、電源等多角度進行考慮。

3.2.1 UPS供電方案設計

經(jīng)過科學的估量遠期IT負荷值不會超過800KVA，由此在進行UPS供配電系統(tǒng)設計時，盡可能使用輸入/輸出一體化模塊化。在實際使用過程中系統(tǒng)的可用性是一項極為關鍵的參數(shù)，為了對此進行保證，需要采取模塊化冗余手段。

在工程中我們使用兩模塊化UPS電源，其可以為不同型號的負載單獨供電。就模塊化UPS而言，其最大的優(yōu)點在于能夠按照實際負載需求安置功率模塊，繼而使得UPS的輸出與負載之間相互適應，既能夠滿足工程的需要，也能夠盡可能的降低成本。

3.2.2 UPS在線并機擴容功能

近些年來，模塊化結構己然大面積使用在了IT設備之中，最經(jīng)典的應用有服務器、小型機等。之所以使用模塊化結構，就是在于捋清楚系統(tǒng)結構的邏輯，使其變得更加清晰明了，最大限度地減低其復雜程度，這在另一個層面上也是對系統(tǒng)可靠性的一種提升;熱插拔技術優(yōu)點在于其高度的靈活性，它能夠根據(jù)系統(tǒng)配置需要進行對應的調整。由于全部采用模塊化結構，故而，在故障發(fā)生時，工作人員能夠在最短時間內找到問題所在，極大的縮短維修時間，在不借助廠商工程師的情況下，也能夠快速解決問題，維持系統(tǒng)的正常運營;模塊化的實現(xiàn)還能夠完成單機冗余，在冗余度上也能夠根據(jù)實際情況自動調節(jié)，在可用性上也有了質的飛躍;模塊化還對備件數(shù)量進行了削減，這就可以大量降低庫存，減少成本的投入;模塊化還優(yōu)化了電池的配置，這也是一種成本的減少。自從采用模塊化結構之后，就再也不用擔心單機六十分鐘，還是并機六十分鐘的問題了。

3.2.3 采用模塊化UPS，實現(xiàn)逐步擴容

就當前情況來看，模塊化UPS已然逐漸在國內普及，其主要特點包含：支持擴容功能、修復時間縮短、可以完成“N+x”冗余并機。

3.2.4 提高UPS自身能效，優(yōu)化負載效率曲線

現(xiàn)在的UPS使用的都是在線式雙變換構架，這種模式在運營過程中，整流器、逆變器都會有一定的功率消耗。舉個最簡單的例子，將容量為500kVA的UPS作為研究對象，假設當?shù)氐碾娰M為1元/度，UPS效率如果提升百分之一，那么一年就能夠節(jié)約500×0.8×0.01×24×365×1=35040元。由此可見，只要稍微提升一點UPS的工作效率，數(shù)據(jù)中心一年下來節(jié)省的電費也是一筆可觀的數(shù)值，也就是說，提升 UPS效率能夠有效降低機房能耗。在工作人員進行UPS采購時，盡可能選取效率更高的UPS。

4 機房動力環(huán)境監(jiān)控與節(jié)能措施

4.1 機房動力設備監(jiān)控

機房動力設備監(jiān)控是一個多項目并行工程，內含諸多監(jiān)控類別。就電力監(jiān)控而言，其關注電源的電壓、電流、頻率等參數(shù);就發(fā)電機監(jiān)控而言，其中的轉速、輸出電壓、油溫等是檢測的重點;就UPS監(jiān)控而言，一般關注UPS狀態(tài)、電流、頻率等參數(shù)。

4.2 機房動力環(huán)境監(jiān)控

機房環(huán)境對于設備的運行至關重要，因此對于一些關鍵因素需要格外注意，監(jiān)控重點關注房間內的溫度、濕度、消防安全等。

4.3 安防監(jiān)控

安防監(jiān)控系統(tǒng)一般有三大部分：視頻監(jiān)控、紅外射線監(jiān)控、門禁監(jiān)控。

5 新風系統(tǒng)與節(jié)能措施

5.1 新風量計算

在進行設計時，有一個重要的

參考文獻就是《電子計算機機房設計規(guī)范》，根據(jù)文件顯示，新風量取值應該滿足以下三個條件：占空間總送風量的百分之五;室內單人按40m³/h設計;新風量必須要使室內保持正壓。

5.2 新風凈化處理

通入機房的新風通常都會經(jīng)過三級處理，當對新風質量還有更高要求時，還需要再添加一個紫外線滅菌設備，這些被處理之后的新風會直接進入空調的回風口，再與一次回風一起進入空調機組，然后專用空調機會將其通入房間之中。新風在與回風混合之前，十分有必要經(jīng)過溫度和濕度上的處理，這樣做的好處就是可以避免在炎熱的夏季，壓縮機與電加熱器都處于工作狀態(tài)，盡可能的減少電量的消耗，延長空調的壽命。

6 IT設施的節(jié)能措施

6.1 KVM主機切換系統(tǒng)節(jié)能

KVM在工程應用上優(yōu)勢明顯，不但能夠使得空間利用率最大，還能夠提升效率，并且操作簡單、管理方便，并且在節(jié)約成本的同時還實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的理念。毫無疑問，KVM機房監(jiān)控管理智能電源管理解決方案的提出，為數(shù)據(jù)中心“綠色”戰(zhàn)略的發(fā)展起到了重要的推動作用。

6.2 刀片服務器節(jié)能

相比于傳統(tǒng)的機架式服務器，刀片服務器的應用又省出來一大部分空間，通常其在銀行金融領域有著廣泛的應用。就當前市場對于服務器的要求而言，能夠節(jié)省空間、適合集中管控、便于隨時拓展以及能夠帶來不間斷服務等性能顯得格外重要，這些特性刀片服務器都兼而有之，因此，其正得到越來越廣泛的運用。

7 數(shù)據(jù)中心管理軟件節(jié)能

7.1 電能管理軟件節(jié)能

智能PDU能夠借助用電監(jiān)控管理，精準的采集到設備端的耗電量，這一數(shù)據(jù)不管是對用電量的管控，還是對電費的繳納都有著極為重要的意義。相較于以往的PDU，智能PDU的優(yōu)勢在于其遠程操作能力，即便是沒有身臨現(xiàn)場，也能夠對電源進行啟停操作，并且還能夠遠程修復故障確保設備的穩(wěn)定運行。值得一提的是，PDU空閑插座還能夠人為的設定為無電狀態(tài)，以此來防止誤插設備導致的過載跳閘?？偠灾悄躊DU最為顯著的特點就是，不但能夠對各個端口進行精準的電量統(tǒng)計，還能夠即時監(jiān)控設備所在環(huán)境的溫度與濕度。

7.2 數(shù)據(jù)中心電源管理系統(tǒng)節(jié)能

在數(shù)據(jù)中心進行的電源管理一般可分為四部分：第一階段為連接，以此確保電源的穩(wěn)定供應;第二階段為計量，對電量的使用有一個精準的記錄;第三階段為分析，找到影響電源效率的因素;第四階段為智能分配，按需分配電能，實現(xiàn)資源利用最大化。當前的電能管理還處于前兩個階段，為了向更高階層邁進，引入智能電源管理就顯得更加關鍵了。

7.3 虛擬化管理方案的節(jié)能

虛擬化管理是在硬件基礎上完成的，該系統(tǒng)以VMware或微軟的虛擬服務器為前提實現(xiàn)。此種模式為單個虛擬服務器模擬物理的服務器硬件，在硬盤層面上，各大服務器都是一個單獨的體系，每個硬盤都有各自的操作系統(tǒng)和相關應用。

8 小結

綜上所述，機房建設工程龐大而系統(tǒng)，現(xiàn)代科技的進步推動了機房工程建設的向前發(fā)展，同時也對機房的安全性、穩(wěn)定性、兼容性、機架化、節(jié)能環(huán)保等方面做出了更高的要求，綠色數(shù)據(jù)中心的搭建，不但提升了機房的可靠性與可用性，而且還使得其結構更加合理，節(jié)能效果更加強大。

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