数据中心机房节能策略研究

2017-04-18崔凯

电脑知识与技术 2016年35期

崔凯

摘要：在当今能源紧缺的大环境下，如何节约能源已经成了一个企业追求的目标。尤其是对于通信企业，降低数据中心机房的耗电量是企业节约成本的关键。本文对数据中心机房节能的策略进行了研究，从网络设备、机房空调系统和机房管理三个方面，详细地介绍了几种节能技术。

关键词：数据中心机房；节能；网络设备；空调系统；节能技术

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）35-0236-02

1 数据中心机房节能背景

基于最近几年调查的数据，从电能的消耗情况来看，我国电力的利用率是不高的，单位GDP的能耗量是发达国家的3～5倍，出现了大量的能源浪费，如果采用先进的节约管理模式，则能大大的降低能耗，提高能效，创造出更多的利益。为了分析数据中心机房能耗的主要构成，我们对当地的机房进行了调研与数据收集。通过对数据的分析我们发现，网络设备和空调制冷系统所占的能耗比是最多的，分别为50%和40%，照明设备所占的能耗比例为2%，其他能耗为8%。因此，数据中心机房节能的重点应该放在网络设备以及机房空调设备的节能上。由于网络通信设备大多是无可避免的能源消耗，所以节能措施主要针对的是设备的选型上，而对于机房空调的节能，则需要使用多种技术方法。

2 节能的基本原则

数据中心机房不同于其他的设施场所，为了保证其正常的工作，需要一定特殊的工作环境，采取的节能方法与技术必须要满足以下基本原则：

1）确保机房的安全

机房的安全永远是第一位的，无论采用哪种节能方法，首先要确保机房可以在足够安全的环境中正常工作，因为引进了节能技术而导致了安全隐患，是绝对要杜绝的。

2）节能技术可实现

节能的技术手段多种多样，每一种技术方法都有各自的优点和不足，用哪一种方法需要根据机房的实际情况，首要的，一定是这个技术可以在实际运作中可以实现，不然毫无作用。

3）满足机房环境要求

机房的环境比较特殊，由于里面的设备很多使用的是集成电路和电子组件，所以不管采取什么节能技术，机房需要保持恒温、恒湿和较高的清洁度，不然的话会影响到机房设备的可靠性和寿命。

4）评测机制合理

节能技术引进之后，是否安全，可不可以实施，满不满足环境要求，能不能实现节能，节能了多少，节约了多少成本，这些指标都必须要有一套完整和合理的评测机制来评估，这样才能在不影响利益的情况下保证节能的质量，引进的节能技术才有价值。

3 网络设备的节能

由于数据中心机房的运作就是基于网络设备，所以网络设备的能耗大多是无可避免的，节能措施最主要的在于设备的选型上。

1）注意电源供应器的转换率

在选择网络设备服务器的时候，除了考虑一些基本参数的选型，例如处理器、硬盘、内存等之外，最容易被忽略的就是电源供应器的选型。一般的网络设备使用的电力都是交流电，而服务器内部组件需要的是直流电，电源供应器的作用就是将设备的交流电转换成直流电供给服务器内部组件使用，在这个转换的过程中不可避免的会出现电能的损失。大多数电源供应器的规格只标注了功率，而并没有标注转换率，如果选择的电源供应器转换率过低，则损失的电能就越多。例如，以一个5000W的电源供应器为例，如果它的转换率为70%，也就是说当有5000W的交流电输入，只有3500W的电能转换为直流电输出，这样就有1500W的电能出现了浪费，如果该电源供应器的转换率为80%，则只有1000W的电能浪费。所以在对电源供应器选型时，一定要测试它的转换率，选择合理的型号可以达到很显著的节能效果。

2）注意网络设备的工作温度与湿度范围

为了保证设备的可靠性，数据中心机房的设备都需要在一定的工作温度和湿度范围内才可以运行，但是如果选用的网络设备对工作的温度和湿度过于敏感，就会导致需要花费大量的人力物力去维护空调系统以保证机房温度和湿度，造成了很多的资源浪费。所以，在网络设备选型时应尽量选用具有较宽的工作温度和湿度范围的网络设备。根据以往的数据分析，对于空调系统而言，在其他条件保持不变的情况下，每当把空调的运行温度（回风口温度）提高 1℃，那么空调的运行效率就会提高3%左右。所以在不影响正常工作的情况下，设备工作的温度与湿度要求范围越大，节能效果越好。

4 空调系统的节能

根据上文的分析，空调系统的能耗占数据中心总能耗的40%。其中有30%左右的能耗来源于空调的制冷系统，10%左右的能耗来源于空调的送风和回风系统。下面介绍几种最常见的空调节能技术：

1）冷凝器的温压双控雾化喷淋系统

冷凝器的温压双控雾化喷淋系统可以根据机房温度的变化，自动实现雾化喷淋，当温度与湿度保持在标准的范圍，空调就可以停止工作，当温度与湿度达到临界值，喷淋系统就会启动，对温度与湿度进行调节。

每一个雾化喷淋系统可以对16台机房空调进行温度与压力测量，来实现雾化喷淋，因为每一个系统都拥有着16个独立的控制回路，每个控制回路都配置了独立的温度传感器与压力传感器，这些传感器可以对机房每一个位置的温度值与压力值进行采集，采集的数据经过中央处理器进行处理，处理的数据反馈到电磁阀，来实时调节温度值与压力值。

为了评测雾化喷淋系统的节能效果，我们对机房的空调电表进行了统计与分析，当喷淋系统关闭时，一台机房空调一小时的耗电量为24.943kW，当喷雾系统开启时，耗电量为21.892kW，节能率为12.23%，按照这个比例估算，每天大概可以节省50元左右的电费，而喷淋系统大概每天的用水量损耗为6到8元，这样每天节约的总费用大概40多元，一套喷淋系统大概一万元，这样一年不到就可以收回成本，可见喷淋系统的节能效果是可观的，这样可大大降低耗电量，有效节约了成本。

2）冷通道全封闭变风量送风方案

大多数数据中心机房都存在着一个普遍的问题，设备经常会出现局部发热现象，为了改善这种现象，我们可以采取一种新的送风方案，冷通道全封闭变风量送风。这个方案是把送风器安装在每个设备的机柜柜门上，送风器的上端为圆形管，圆形管通过螺旋软管连接着主风管，安装的送风器要求不影响设备柜门的正常开关。当空调运行的时候，空调的冷风会直接通过送风器送到每个机柜，这样前排机柜的热气流就会被隔离开。除了安装送风器，在机柜顶部的主风管上还开设了圆形的送风口，每个送风口都安装了着送风阀，用来调节每个机柜的送风量。这样做带来的优点是，可以按照每个机柜实际的发热量，来精确的分配空调的制冷量，从而避免了多余的制冷造成的浪费。

这个方案可以隔离一部分热源，而且能够合理分配送风方式，可以最大化的实现空调的制冷效率。

3）水浸式新风节能系统。

水侵式新风节能系统是一种常用的节能技术，它可以保证机房环境的洁净度和湿度，并且做到有效的节能。传统的新风系统是直接引入外面的空气，虽然也有过滤装置，但是不可避免地会有少量的尘埃、杂质残留其中，这些杂质长期积累会影响机房的洁净度，一旦洁净度不达标，就会花费人力物力去保证洁净度。水侵式新风节能系统在进风口安装了滚动湿膜，滚动湿膜可以保证进风口有持续的水流冲刷，这样残留在进风口的杂质就可以被及时排走，保证了机房的持续洁净。

除此之外，机房环境对湿度也有严格的要求，在低温的气候里，由于传统的新风节能系统是引进外面的空气，机房的湿度就会降低，这样为了保证机房湿度，就不得不运用加湿器，增加的能源的消耗，水侵式新风系统则不会影响到机房的湿度。安装了水侵式节能系统之后，每年有一半的时间不需要加湿器，假如每个机房有4个加湿器，每个加湿器的功率是30kw/h，按照传统的新风系统，加湿器的开启时间为全年的60%，而引进了水侵式新风系统，开启时间会降低为50%以下，按照这种比例估算，水侵式新风系统的引入每年可以给机房节省大概十万元的电费。

4）供电系统的改进

数据中心机房的设备主要用的是交流电，交流电不仅比直流电耗能多，而且有的设备组件需要把交流电转换为直流电才可以使用，在转换过程中就有能耗额损失。这里有两种措施可以对供电系统进行改进，从而达到节能的目的：

（1）推动数据中心机房直流供电替代交流供电

如果技术允许，尽量在机房的供电系统中用交流电来代替直流电，无论是从供电的能效比，还是从供电的可靠性看，直流供电都优越于交流供电。

（2）采用无变压器的UPS设备

机房的交流电是由UPS设备输入供电系统所产生的，而传统的UPS设备是由ATS开关和变压器所构成，它对电源电能的利用率只有80%，而采用无变压器的新型UPS设备，则可以把电源电能的利用率提升到90%，有效地降低了用电的成本。

5 机房管理节能

管理节能就是站在人的角度进行必要的节能措施，很多时候能耗的损失来源于人为因素，在管理方面可以采取以下措施：

1）制定机房清洁标准，每天的工作人员必须严格按照标准保持机房的清洁，为了保证标准的有效性，要进行定期的检查与考核，制定奖励与惩罚制度

2）每过一段时间，定期地对机房设备零件进行检查，拆除一些没有用或者已经老化的设备，避免不必要的浪费。

3）加强员工的节能意识，对员工进行节能教育，让员工养成良好的节能习惯，在工作中自觉遵守相关的节能政策。

参考文献：