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1、 - 1 -绿色数据中心节能专篇绿色数据中心节能专篇“绿色“一词如今已成为世界性的流行词，建设绿色节能的世界环境更是在全球范围内达成了广泛的共识。而随着倡导“绿色奥运，科技奥运，人文奥运“三大理念的 2008北京奥运会的顺利召开，政府也更加重视绿色节能的问题，在国内的各个行业都大力推行了绿色节能的产业方针。而导入绿色节能概念的各个行业也都获得了良好的发展，同时加速了中国经济健康持续的发展。并且，这场“绿色革命“已蔓延到了 IDC 行业。 长久以来，耗电量巨大的数据中心俨然是一只电老虎，吞噬了大量的财力，一直都是企业、政府们的心头之痛。根据美国节能联盟(Alliance to Save Ener
2、gy)资料显示，以目前的增长速度继续下去，如果数据中心的能效保持不变，那么数据中心的电费和用电需求将在不到 10 年的时间内翻倍，而且数据中心的电费每年将再增加 2 亿美元3 亿美元。如果按照这样的速度发展下去，越来越多的企业将面临“买得起，用不起“的尴尬境地。而且由于全球能源频现危机，“能源危机“的呼声愈演愈烈，能源也在变得更为稀缺和昂贵，电费像房价一样飞速飚升，不断攀升的能源成本正在逐渐成为企业的巨大负担，如何有效降低能耗支出，已经成为企业、政府们急需解决的问题。根据伯克利构架国家实验室的报告显示，在 2000 年到 2005 年之间电费的支出差不多增长了一倍。在如此严峻的形势下，打造“绿
3、色数据中心“已迫在眉睫。那么，如何打造一个绿色节能的数据中心呢？在规划设计方面，我们要求设计单位按美国 LEED 评估标准中银级设计数据中心，要求动力设备的高能效比；动态调节的电源输出和冷量输出；IT 设备电源智能化管理系统的应用；关注系统从分散到集中的整合；节能新技术的采用。数据中心整体能效比数据中心整体能效比指标指标 PUEPUE 小于等于小于等于 1.81.8。另外，通过下列的十个方法进一步提高能效：一、测量以便控制要是无法测量能耗情况，就无法控制，这是运营效率方面的经典格言。为了防止能效低下，先要从基准测量开始。如果不知道电力耗用情况，就不知道要关注哪些方面。为了帮助测量能耗，可以分成
4、以下几大类: IT 系统、UPS、冷却装置、照明系统等。- 2 -二、IT 系统虚拟化及整合美国环保署估计，数据中心的总耗电量中 50%来自服务器和存储系统，它们自然就成了首要的节电对象。眼下的热门趋势就是服务器虚拟化，这种有效策略可以节省空间、电力和冷却资源。虚拟化提高 IT 资源的利用率和适应力，让 IT 环境更加适应企业发展的业务需求，增强了数据中心的适应性，简化了管理为了充分获得服务器虚拟化带来的好处，需要存储基础设施提供汇集的网络存储资源。与服务器虚拟化一样，存储虚拟化也可提高能效: 数量较少、比较庞大的存储系统提供了更多的容量和更高的利用率，因而减少了空间、电力和冷却资源。通过实施
5、存储和服务器虚拟化技术，改用了更加节能的存储模式。我们用 10 个最新的存储系统换掉了 50 个较旧的存储系统，因而获得了以下好处:1. 存储机架的占用空间从 25 个机架减少到了 6 个机架;2. 电力需求从 329kW 减少到了 69kW;3. 空调制冷能力方面的需求减少了 94 冷吨;4. 系统供电所需的成本每年减少了 6 万美元。三、管理数据在进行存储虚拟化规划时，我们对现有业务数据进行了审查。结果发现，存储的数据有 50%可以删除。遏制数据过度增长的首要方法就是事先阻止数据激增。企业的磁盘卷通常都含有数百万个重复数据对象。这些对象被修改、分发、备份及归档时，重复数据对象也重复存储。在
6、使用了几种不同的方法之后，如重复数据删除、克隆和自动精简配置，它们都有助于实现同一目标: 减少不必要的数据。四、避免系统过度冷却现象冷却系统是 IT 部门往往开支过多、估计错误的一个方面。厂商通常根据系统一直- 3 -在峰值负荷下运行来估计功耗。要问问自己，系统在峰值状态下运行的时间有多长?答案可能是几乎没有。那么，为什么要对系统进行不必要的冷却呢?关键在于算出准确的电力负荷，这可能很棘手。为了帮助得出合理的电力负荷估计值，我们首先在实验室环境测试了设备，之后把设备部署到数据中心。通过这样的测试，我们确定了系统的合理电力负荷估计值比厂商的估计值低 30%到 40%。知道这一点后，我们就能监控每
7、个机架的电力使用情况，相应调整冷却系统，从而减少了冷却过头所浪费的能源。我们还采取更进一步的行动: 在空气处理器上使用了变频驱动装置。不是让风扇一直全速运行，变频驱动装置可根据每一排机架的实际设备冷却要求来改变风扇转速。由于风扇能不断监控温度，自动调整，以便需要时加快或者减慢风扇转速，我们大大节省了能源。实际上，风扇转速降低 50%可以把功耗降低 87%。五、合理设计空间布局对 IT 设备产生的热量进行“热管理” ，把热量限定在一定的范围内，提高冷却效率。通过合理布置机柜，采用“面对面、背对背”的布置方式，形成冷、热通道，提高冷却效率。同时，考虑在普通的冷、热通道作法的基础上，增加隔离措施，在
8、热通道两端及机柜上方安装物理隔离措施，把热空气限定在热通道内，直接送入机房空调进行冷却，阻止热空气进入冷通道，这种方法成本低廉、效果较好。对制冷系统产生的冷量进行“冷管理” ，把宝贵的冷量输送到最需要冷却的地方，避免过度制冷。中低密度机房，采用地板下送风的方式，提高地板下净空的高度，在冷通道采用可调节的地板通风口，对其他有可能漏风的区域进行封堵，最大效率的把冷风送入冷通道，使服务器得到有效冷却。高密度机房同时采用“主机带终端”的高热密度冷却系统，将冷量直接送到机房最需要制冷的热点。在高密度机架顶部或在机架之间冷通道上部安装液体冷却终端，从热通道或机架内部直接吸收热空气，经冷却后送到冷通道。在高
9、密度大型机侧安装模块化立式液体冷却单元。超高密度机架采用液冷式机架，冷媒通过防静电地板下冷媒管进入机柜内的制冷终- 4 -端，直接对机柜内空气进行制冷，可根据设备发热量确定制冷终端数量，根据机架内的温度控制风扇转速及冷却液流量，提高冷却效率。采用通风效率高的地板送风口，部分采用可调节的地板送风口。采用开孔面积大的、通风效率高的机柜。六、不断改进热隔离无论在什么地方使用热通道/冷通道方案的高密度机架，都需要另外的气流措施防止排出来的热空气进入到冷通道。我们把上升热空气经通风口排出去，同时采用了一种低成本的方法。这方法很有效，也很重要。为了隔离热量，我们在热通道的两头以及机架上的冷却排气系统使用了
10、透明塑料挂帘，使用透明塑料长条把空气控制在热通道，使用同样的长条在管道和设备周围形成一道物理屏障。七、合理规划设备选型空调系统的能耗占到数据中心总能耗的 45%左右，空调系统节能是数据中心节能工作中的重中之重。本次设计中，我们对整个空调系统进行了系统优化，采取了多项节能措施。采用冷水机组作为机房冷源，设备选型及搭配充分考虑节能。机房区总负荷很大，负荷变化率较小，因此采用系统能效比较高的大冷量机组；冷水机组本身带有微电脑控制，可实现全自动操作运转。设计采用水冷离心式冷水机组系统，系统能效比高，COP 值达 5.6 以上，部分机型 COP 值可达 6.0 以上，比传统的直膨式恒温恒湿机组（ COP
11、=3.0）节能 40%以上；制冷剂为环保型冷媒，对环境影响小。制冷机组自动控制水平较高，可自动根据需要进行冷量调节；冷冻水系统采用二次泵变流量系统，节约能耗，同时节省运行费用。本项目地处东北地区，冬季气温低、时间长，系统设计中考虑寒冷季节充分直接利用室外冷源，使冷水机组少开机或不开机，以达到充分节能的目的。在漫长的冬季中可节约制冷电能最高可至 8090%。- 5 -八、充分利用自然冷却本项目地处东北地区，冬季气温低、时间长，为此，我们在大楼一侧安装了调节风门，可自动调节从室外进入的空气。如果室外气温低于设定的温度点，调节风门会开启，室外空气经过滤后进入冷却系统。反过来，如果室外空气高于设定的温
12、度点，调节风门会关闭，冷却装置则开始工作。以达到充分节能的目的。在漫长的冬季中可节约制冷电能最高可至 8090%。不过，这种方法需要不断微调及改进。在环境工程师的帮助下，正在努力提高设定的温度点，以便更充分地利用室外空气。最初设定的温度点是 11 摄氏度，后来逐步提高到了 18 摄氏度。我们正在进一步提高到 24 摄氏度，这样可以把自然冷却的时间段增至全年的 85%。九、尽量减少电力变换损耗通过电池配置，优化 UPS 系统可靠性。数据中心如今不是使用依赖电池的系统，而是使用运转时可存储能量的动态 UPS。能量来自我们的切换基础设施，可以让每个 UPS设备的电动马达转动起来。UPS 存储的能量可
13、供电 15 秒到 20 秒，这时间足以执行任何切换操作。较旧的电池UPS 能效有 85%，如今最出色的 UPS 其能效平均达到了约 94%，而有些 UPS 的能效高达97.7%，损耗的能源不到电池 UPS 的一半。十、利用废热设置热回收机组，把本来需要排放掉的冬季主机房产生的热量，转换为冬季采暖所需要的热量一部分供数据中心办公区冬季采暖用，其余部分供科技园区孵化楼等的冬季采暖用，使能源的综合利用效率达到最高。十一、 建筑节能机房主体建筑外形工整，体型简洁，尽量减小外墙面积。增强建筑围护结构的保温- 6 -性能和隔热性能，保证机房内的环境参数；主机房不设外窗，通过走廊、空调机房与建筑物外墙隔开，
14、减少太阳辐射热和室内外能量交换，同时也有利于机房的安全。在首层机房地板、三层机房顶板安装保温层，利于保温节能，并防止产生结露现象。能源设备机房的布置尽量靠近负荷中心，以便缩短管线，节约能源。卫生间选用节水型洁具，节约用水。十二、 电气系统节能机房及其附属空间设计多种照明控制模式，可根据所需要的照度，灵活控制开启灯具的数量，可减少照明用电，同时也减少了灯具产生的热量，降低制冷系统负担。 采用 10kV 冷水机组，降低额定电流，减少一级变电，降低电能损耗，提高运行效率。 选用高效的灯具和光源。 选用高效节能电梯。 选用节能型变压器，降低变压器损耗。 采用无功功率自动补偿装置。 采用楼宇自控系统，用
15、计算机、网络及控制技术，对各冷水机组、新风系统、空调制冷循环系统、变配电系统、公共照明系统、电梯等进行实时监控，有效管理。通过各种管理软件进行优化控制，节省人力、降低能耗。十三、 定期监视和调整可以采取另一个步骤来帮助提高数据中心的能效: 准确、定期地监控环境。大多数数据中心测量周边的负荷，因而无法准则测量结果。为了能够真正提高能效，有必要提高测量的准确性，即在机架层面进行测量(每个机架耗用的瓦特)，而不是数据中心的某个地方开始温度升高时，单单加快风扇的转速。我们不断测试及调整环境，放在中间层的多个温度传感器测得温度高低平均相差 10 到 12 度。- 7 -十四、 总结绿色数据中心是数据中心发展到一定阶段的必然需求，它是涉及数据中心整体的系统问题，包括建筑、机房、空调、UPS、服务器等 IT 设备、应用系统和数据管理效率等全方位的问题。而绿色数据中心解决方案主要有三个层面：一是物理环境层面，包括机房、空调等，;二是 IT 设备层面，包括服务器、存储等，解决方案如服务器虚拟化、芯片性能能耗比提高等; 三是数据应用管理层面，包括应用系统与数据库，解决方案如应用系统整合、信息生命周期管理等。
