苏玉良

（中海油信息科技有限公司广东深圳518067）

1 IDC发展现状

2007年以来，全球IDC市场保持高速增长的趋势，2011年，全球IDC市场规模已达到222.6亿美元，增速为21.5%（如图1所示），2011年中国IDC市场规模达到170.8亿元，同比增长67.1%。据统计，截止2011年底，全球IDC总量为372万个，其中，美国和欧洲占数据总量一半以上，但是亚太地区的IDC复合年增长率高达14.2%，成为带动此行业平稳增长的最大动力。

图1 .2011年全球IDC市场规模

近年来，随国内各行业信息化发展，云计算、物联网、虚拟化、电子商务平台等应用在物流、研发、化工、医疗、教育等行业快速落地。与此同时，众多企业级IDC在各地急速建设。根据2007年全球IDC统计数据，全球IDC消耗总电能为1834.56亿kw·h，成为重点节能对象。

聚焦于IDC内部，能耗组成分别为IT设备（包括存储设备、服务器设备、网络交换设备等）、制冷设备、负荷开关、UPS、照明系统、排风系统等。随着IDC的建设热潮，电力供应、散热、运营成本对企业IDC的影响日益扩大，逐年攀升的能源成本已成为企业的重要经济负担之一。以下即通过分析“成本组成”和“电耗成本”找出企业级IDC节能降耗的主线，进而通过一系列论述来阐述具体的节能策略。

2 IDC能耗主体分析

综合多家行业咨询公司所出版数据和众多企业级IDC运营经验值，目前，国内企业级IDC的运营成本组成如图2所示：

图2 .企业级IDC运营成本组成

在IDC运营期间，耗电费用占IDC运营总成本47%，成为所有成本支出中最核心的部分。意即只要控制好IDC的电耗，也就抓住了IDC能耗的“七寸”。

根据同类数据统计，企业级IDC电耗比例如图3所示：

图3 .企业级IDC电耗比例

空气处理设施（制冷系统34%、空调系统9%、加湿系统3%）用电量占IDC总电耗45%，机柜内IT设备用电量占总电耗33%，UPS系统用电量站总电耗20%。

由此可见，制冷系统和IT设备占据IDC总耗电量近80%。而IT设备的能耗由行业整体技术现状决定，基本不可能通过单一技术手段进行降低。

因此，“空气处理设施的能耗”即成为企业级IDC中构成核心成本的核心要素，合理控制空气处理设施的能耗也就成为IDC成本管理和节能管理的当务之急。以下即针对不同规模企业级IDC的应用情况，分析具体的节能措施。

IDC规模划分详见下表：

3 低功率密度小型IDC节能策略

3.1 精密空调与普通空调对比

目前，相当多企业，特别是企业中下级单位的IDC建设为100M2以内小型机房（此类设施尚不具备IDC功能，仅作为IT机房，功率密度基本处于2kw/机柜以下）。其中，空气处理系统甚至利用舒适性大功率空调或所谓工业级柜机进行制冷。如果参照国标，勉强属于C级机房。

以上企业可能会基于购置费用、使用成本等方面考虑，认为只要达到一定低温即可满足机房要求。可是，通过对比机房专用精密空调和舒适性空调的功能和运营费用即可知二者区别。.

首先，机房精密空调的室外机启动环境为-35℃～42℃ ，而舒适空调的室外机启动环境为-5℃～32℃，意即舒适空调特别是在冬天-5℃的环境下无法启动室外机组，无法满足机房严冬和酷暑仍需制冷要求。

其次，机房精密空调可以全天候不间断工作，设备寿命大约8年。而舒适空调仅能够满足夏季每天10小时连续工作，设备寿命大约3年。意即舒适空调无法满足机房不间断运行要求，且设备寿命短。

再次，机房精密空调具备来电自启动功能和恒温、恒湿、恒洁净度功能，而舒适空调和工业空调不具备此功能，意即舒适空调和工业空调无法满足机房无人值守的应用要求。

最后，相较舒适空调，精密空调在同等制冷量前提下，耗能更小。计算如下：

以产生1.4KW显冷量、工作周期为1年计算耗电费用：

机房精密空调：（（1.4KW÷0.9）÷3.3）×365 天×24 小时×0.8＝3303.4 元/年

舒适空调：（（1.4KW÷0.65）÷3）×365 天×24 小时×0.8＝5031.4元/年

即舒适性空调和工业空调用于机房时，所产生的电能消耗费用是机房精密空调的1.5倍。

3.2 精密空调节能策略

在多数安装机房精密空调的小型IDC中（功率密度约为3～4kw/机柜），通常采用空调风帽送风的方式进行制冷，此种形式下IDC的PUE基本大于3。

当功率密度大于4kw/机柜时，或在IDC内部由于部署原因出现局部热点时，精密空调风帽送风的模式便逐渐无法满足设备需求。因此，可将精密空调改造为机柜下送风的方式，以此满足机柜内设备环境要求。此种方式的应用前提为IDC中各机柜部署空间较松散，柜内设备之间有较大空间，以便机柜底部的冷风能够顺利到达上方。

但是，随着机柜内设备继续增加，功率密度继续升高，机柜下送风方式的弊端逐渐显露。由于柜内设备部署较紧密，设备间空隙较窄，底部冷风无法高效到达机柜顶部，易造成顶部设备温度较高等故障。

4 中等功率密度中小型IDC节能策略

近年，国内新建企业级IDC的规模逐渐增大，企业总部级或灾备级IDC基本处于1000M2左右，功率密度处于5～8kw/机柜。为解决在3.2中所述的局部热点等问题，在此类中等规模的IDC中，可采取以下多种方式提高制冷效率，降低PUE。

4.1 封闭冷（热）通道

传统的IDC内机柜布局方式为横排等距布置，即各排机柜的首尾方向一致。但是，为解决3.2中所述问题，可通过封闭冷通道方式提高冷能利用率，即是将IDC内机柜布设成为每两排面对面形式，通常以两排共20～30个机柜为一组，封闭两端通道出口和通道顶端，以此构成机柜前部的公共封闭空间，并将此区间的地板设为孔洞式防静电地板。冷风由防静电地板下的静压箱注入封闭冷通道，并形成通道内的正压力，机柜设备前部吸入冷风，从机柜后部将热风排出。

此方式的优点是极大地提高冷风利用效率，达到精确送风的效果。但是需具备的前提条件是1、IDC在建设期需具备至少60cm高度的防静电地板下空间；2、机柜门的开孔面积率应在65%以上。

所谓封闭热通道即是将IDC内部机柜布设成为每两排背对背方式，并封闭通道两端出口，热量通过顶端排风装置排出，造成此空间为负压，以此确保封闭空间外部均为冷风区域。

4.2 机柜设备间隙封闭

由于安装机柜内设备时，考虑设备间散热因素，因此均存在一定程度的间隙。在4.1中所述冷通道内正压情况下，一部分冷能会通过此间隙流失，因此，为进一步提高冷能利用率，可利用盲板在机柜前端封闭间隙，以确保封闭冷通道内的冷能能够最大限度地通过设备内部进行制冷。

4.3 提高封闭冷通道内制冷功率

当封闭冷通道单元中存在个别功率密度高于8kw/机柜时，可采用LCU冷冻水行级制冷的方式，在高功率密度区加大制冷功率，或在高功率密度机柜对面安装LCU进行专项制冷，以达到设备所需环境温度。

4.4 封闭（冷）通道非平衡布局

当封闭冷通道内出现多个高功率密度机柜时，除采用4.3中所述方式外，还可采用高功率密度机柜间隔布局的方式防止局部热点的出现，即在每个高功率密度机柜两侧和对面均布设功率密度较低的机柜，以此平衡该小区域内的制冷量，从而达到设备所需环境温度。

5 高功率密度IDC节能策略

随高性能服务器等IT设备的应用，高功率密度机柜已经向更高的标准发展。目前，IBM、HP、SUN等公司的小型机、刀片服务器功率介乎4kw至7kw，机柜密度均大于10kw/机柜。如果使用传统的精密空调制冷或密闭冷通道制冷，加设每个地板风口的最大出风量为700-800m3/h，以8℃温度差计，单台机柜的最大散热量约为10kw。因此，当单台机柜的功率密度大于10kw/机柜时，通过传统的精密空调制冷或密闭冷通道制冷，已经无法满足高功率密度机柜的制冷需求。

5.1 高功率密度机柜开放式水冷背板

当单台机柜功率密度大于10kw/机柜时，必须采取其他辅助手段进行制冷，来解决高功率密度机柜的制冷问题。目前，机柜水冷是制冷效率最高，并被广泛接受的方法。

将机柜背板改为水冷背板，服务器、小型机等IT设备背部排出的热空气通过水冷背板内置的热交换器，由冷水制冷，冷却后的空气重新送入机房。此种方式加快制冷循环，改善机房单台高功率密度机柜的制冷效果。

5.2 高功率密度机柜内部水冷系统

内部水冷系统即是在高功率密度机柜内部安装一套密闭的水冷循环系统。服务器、小型机等IT设备从背部排出的热空气通过内部空气循环系统送入机柜内置的热交换器，由冷却水制冷，冷却后的冷空气重新从前部送入服务器、小型机等IT设备。由于此系统是在机柜内部进行循环，冷能利用率极高，可支持功率密度高达25kw/机柜应用，同时可进行独立控制、调节，系统可靠性高。

6 综述

综上所述，企业级IDC由于行业差异性和建设级别定位的不同，所采取的节能策略也不尽相同。同时，IDC建设和运营是一项系统性工程，需要兼顾投资与回报、投资与节能等多维度的平衡。一般情况下，将企业级IDC放置于15年应用周期内考量其各项投入和回报的平衡较为合理。

另外，IDC的节能策略固然重要，但是节能的核心仍是“人”，也就是说IDC管理人员的“管理”在节能方面起着同等重要的地位。尽管选用了最新的服务器构架、高效的空调系统，采用了封闭空间布局，但是IDC的效率有时并不能达到预期。其主要原因很可能是由于IDC能源分配管理不到位所造成。因此，节能策略与节能管理应在企业级IDC建设和运营中齐头并进，同时做好策略和管理，才能保证IDC的真正节能。

（注：PUE，Power Usage Effectiveness，功率使用效率。PUE= 数据中心总设备能耗/IT设备能耗，意即此数值越接近1，表明IDC的能耗效率越高。）

[1]顾大伟郭建兵《数据中心建设与管理指南》电子工业出版社2010

[2]中国IDC圈《2011-2012年中国IDC产业发展研究报告》2012

[3]罗洪元温开华《IDC机房的建设投资与运行成本分析》2008

[4]GB50174-2008《电子信息系统机房设计规范》2008

[5]ANSITIA 942-2005《数据中心电信基础设施标准》2005