文｜艾默生网络能源有限公司西安设计中心 田 晨

1 引言

随着我国经济实力的不断增长以及近些年来国家对机场交通事业的巨额投资，目前我国机场建设呈现出高速增长的态势。

据统计，2010年中国民航全行业完成运输总周转量、旅客运输量和货邮运输量分别达536亿吨公里、2.67亿人次和557万吨，分别增长25.6%、15.8%和25.1%。据估计，2020年我国航空旅客运输量将达到7亿人次，到2030年，旅客运输量将达到15亿人次。这些大大加剧了机场容量限制和旅客吞吐量增长的矛盾，机场设施、流程和服务等方面的要求会越来越高，将带领机场数据业务的发展进入一个全新的战略目标。

机场作为航空运输的重要基础设施，在推进我国城市化和国民经济发展、增进国际间交往等方面发挥着举足轻重的作用。为了更好地建设机场基础设施，为大众提供更加优质的运输服务，当前机场航空业正以IT技术为核心的网络技术的推广应用，以信息化手段改变机场的运营方式和流程。

2 国内机场数据中心概述

数据中心作为机场运营的大脑，其业务运行管理能力直接影响机场对广大乘客的服务质量，更是对国民交通经济有着深远的影响。机场数据中心管理者对数据中心的要求包括以下几点：高可用性、较低的基础设施成本、低能源消耗、可持续发展的业务。

当前机场信息系统通过IT技术、计算机网络技术、通信平台等实现机场综合信息资源的综合管理，系统架构如图1所示。

图1 机场数据中心系统典型示意图

机场数据中心信息系统主要由航管系统、机场运营管理系统、事务管理系统、机场专用系统、旅客服务系统、机场弱电系统等组成。

我国制定的《电子信息机房设计规范》（GB 50174-2008中），将电子信息机房定义为A、B、C 三类，其中A 类要求最高，如表1所示。

目前国内机场数据中心大多按照信息系统各子系统业务进行划分，形成若干独立的机房。根据承载业务重要性的等级，各个机房的可用性也有着不同的等级区别。如离港管理机房、中央主机房、网络核心机房等运行机场最重要业务的机房采用A级计算机机房等级要求设计；而培训中心、测试机房等次重要场地按照B级计算机机房等级要求设计。

随着IT技术的不断发展，特别是虚拟化技术的广泛采用，国内机场对新一代绿色数据中心的探索都已步入实践阶段。目前很多机场数据中心也开始将内部多个业务平台进行整合，形成从物理到逻辑上的集中数据中心，从而进一步简化运营管理，更加有效地利用IT设备资源，减少物理场地的要求，提高能源利用效率。

表1 电子信息机房等级要求

3 绿色数据中心节能实践

当前机场数据中心已经成为耗能大户，如何建设一个绿色节能的数据中心也成为关注的重点。提高数据中心的节能效果，必须从系统设备和管理的角度实现，两者缺一不可。以下从这两个方面提出机场数据中心节能的实践方法。

3.1 供电系统的节能

经过机场数据中心业务的整合，目前重要业务服务器均采用双电源服务器承载，供电系统多采用A级机房标准的双回路供电，图2采用单机双总线输出的UPS冗余系统。

经统计，供配电设备自身能耗占整个数据中心总能耗的10%。供电系统是整个数据中心业务的基础支撑平台，如何在不降低可用性的前提下提高数据中心供配电系统的效率，减小供配电设备损耗，成为构建绿色数据中心的关键所在。以下介绍两种创新性数据中心UPS供电系统。

对于数据中心供配电系统，首先系统可用性必须满足99.99999%的要求；对于系统结构要求，还需满足总线冗余的基本系统条件，即2N容错型双回路供电。

图2 单机双总线UPS冗余系统

图3所示的三总线UPS冗余系统，满足A级机房供电要求，并将双总线系统UPS单机带载率由最高的50%提高到了67%，既提高了UPS转换效率，也减少了供电系统UPS总容量，达到了节能的目的。

图3 三总线UPS冗余系统

除此之外，采用N+1台UPS构建的Catcher Bus冗余系统（如图4所示），后端采用STS（静态切换开关）对UPS进行切换，使得UPS使用率提升到N-1/N，提高系统效率，减少能耗。

图4 Catcher Bus UPS冗余系统

3.2 制冷系统的节能

数据中心中除IT负载以外，制冷设备是数据中心中能源消耗最多的系统（占25%以上），为解决这一难题，需要有既保证可靠性和灵活增长，又能保持最低总拥有成本的方法。

以下提出四种方法提高数据中心制冷系统效率（如图5所示）。

图5 机柜冷/热通道排列方式

（1）热通道/冷通道

数据中心采用“面对面/背靠背”的方式布置机柜列。将静电地板出风口放置于冷通道上，并把冷通道和热通道物理隔离，从而达到优化制冷容量和提高能效的效果。

制冷设备的放置不应与机柜排列平行，平行放置可能导致热通道空气由机架上部抽出，与冷空气混合，导致机架顶端设备制冷不足，降低了总体能效。

（2）电缆管理

对于电缆的布放，建议采用热通道/冷通道分开的方法，可改善电缆管理且提高效率。将电缆尽可能放置在地板的热通道下方，这样便不会阻挡气流通路。此外，一些机架有扩展通道功能，该功能可优化电缆管理并帮助散热。在机架顶部或中间走线，可减少地板下电缆的数量。另外通过采用先进的机架PDU、靠近负载放置，可大量减少机架内的电缆走线。

（3）密封

随着设备密度的增加，采用密封方法可以将受控环境和建筑物环境隔离。有效的密封可以防止外部湿空气进入数据中心或防止湿空气从数据中心散出，从而降低了机房空调除湿和加湿的能耗。

可使用塑料薄膜、防蒸汽油漆、乙烯基墙壁涂层和乙烯基地板方法进行蒸汽密封。密封破损或不当密封会让室外的湿气进入数据中心，使数据中心制冷更为困难。此外，劣质的密封会通过地面、墙壁和天花导致制冷损失，从而降低制冷效率。

（4）优化传统地板下送风制冷系统

随着需求的增长，传统的地板下送风制冷系统也在持续优化，以更好地适应新的需求。优化系统能够提供最高可靠性、最佳效率以及最低的TCO，具体特性如下：

◆ 可变容量

根据ASHRAE的统计，由于空调设备运行在最大制冷负荷的时间少于总运行时间的5%，故制冷系统应该能有效地运行在不断变化的负荷下。设备压缩机应该能够进行逐步卸载，从而不用频繁开关压缩机就能提供精确的制冷。例如，运行于“卸载”状态下的双压缩机系统，能耗约为满载系统能耗的50%，但却可产生76%的制冷量，这是因为，此状态下冷凝器和蒸发器均为满载运行。

◆ 制冷设备的群控

对设备进行群控也可提高制冷效率，这在高密度负荷机房中尤其重要。由于数据中心中的一些区域温度明显比其他区域高，采用设备群控可确保不同设备之间不会以相反的模式竞争运行。另外，还可针对高热密度区域提供直接制冷，从而提高能源效率。

◆ 增加辅助制冷

为应对高热密度区域的制冷需求，有效地弥补了传统制冷方法的不足，制冷源必须靠近热源，有效解决高热密度机柜发热问题（如图6所示）。

图6 高热密度制冷方案

3.3 数据中心基础设施管理

随着机场数据中心业务的不断扩展，计算性能、存储空间不断增长，使得数据中心的运行管理面临着更大的挑战，管理者缺乏行之有效的工具来规划业务的增长。

通常来说，网络管理系统和动力环境监控系统是完全孤立的两个系统，分别对IT设备和基础设施设备进行被动式的监控，缺乏有效的联系和互动，这大大降低了数据中心管理系统的效率。现代的数据中心需要一种有效的系统对基础设施进行管理、优化数据中心资源，从而提高效率和可用性。而这样一个系统需要从数据中心基础设施的三个层级（如图7所示）进行管理：数据中心基础设施层、IT基础设施层、以上两层的联系。

由此，数据中心管理者就可以方便准确的查看IT设备和基础设施设备真实的容量，使数据中心设备的规划更贴近于真实的负载情况，有效的利用所有设备的容量而不至于预留一定的容量以作缓冲。具体方法如下：

（1）监控：对数据中心潜在问题做出快速反应，改善管理流程。利用监控系统，数据中心管理人员可随时查看设备运行状态、实时接收告警，并做出有效的措施应对。

（2）数据采集和规划：自动收集数据中心各项数据，利用收集来的数据进行对物理空间、电力和制冷等各个方面的规划，决策是否需要部署新设备或是移除无效设备。

图7 数据中心基础设施管理系统

（3）分析和诊断：数据中心管理人员可以对基础设施的变化迅速做出应对措施和更有效的管理，从而延长数据中心的生命周期，减少MTTR（平均故障修复时间）等。

（4）建议和自动实施：在这个阶段，数据中心管理由被动变为主动，管理人员可有效预测潜在的设备失效风险，自动将计算和物理资源及时转移，规避宕机风险。

利用数据中心基础设施管理系统这四个步骤，在有效的规划数据中心从现在到未来发展的同时，也提高了整个系统的可用性、资源利用率和效率。

4 结束语

数据中心基础设施的能耗比重逐渐增长，给机场整体业务的运行带来了越来越大的挑战，如何建立新一代绿色数据中心，对提高机场管理运营水平和服务质量有着重要意义。

为此，本文着重从系统设备和管理的两个方面对数据中心节能实践进行了探讨，期望能够为新一代机场数据中心基础设施建设提供一些参考与建议。