硅谷杂志：数据中心（IDC）电能损耗及节能措施探究 |
| 2012-12-23 11:44 作者：刘 军 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网文】 据《硅谷》杂志2012年第19期刊文，数据中心在国内外迅猛发展，预计在2020年将成为世界上最大的能源消耗行业，能耗问题已越来越被人们所关注，绿色数据中心的呼声越来越高。对数据中心电能损耗及节能措施进行探究。
0前言
“绿色环保、节能降耗”目前已成为衡量企业未来可持续发展的重要指标。2011年，美国数据中心的总耗电量已超过1000亿千瓦时，总电力成本高达74亿美金。随着数据中心的规模变得越来越大，IT产品的高密度化，数据信息急剧膨胀，能源消耗惊人，供电能力不足和日益增高的电费开支已成为能否建立绿色数据中心机房的“瓶颈性”制约因素，承载着更多数据业务需求的下一代数据中心，其技术集成化高，数据量大，网络容量大，在为IT用户带来便利的同时，也不可避免地存在能源消耗高、热密度高、功率密度高及维护管理难度高的“四高”问题。“数据中心节能”已成为未来数据中心建设的发展趋势。
1数据中心电能损耗概述
我国IT设备数量增长迅速，能耗也在急剧增加，数据显示，中国IT能源消耗占全国每年能源消耗的5%，而数据中心能耗又占到IT总开销的40%。数据中心能源消耗高、热密度高已成为企业必须面临的两大问题，为了减少数据中心能量消耗，提高数据中心的能效，绿色网格组织（GreenGrid）制定了数据中心的能效比指标，电源使用效率（PUE）=数据中心的总能耗÷IT设备的总能耗，传统IDC机房的PUE=2.0～2.4，节能优化IDC机房的PUE=1.6～1.8。
从表1中可以看出数据中心的能量消耗三大部分，即：IT设备及网络通信设备、空调设备、变压器/UPS供电系统，接下来对上述三个能量消耗部分及节能措施进行探究。
表1标准机房与实际机房的对比
标准机房能耗分配 现有机房多数能耗分配状况
IT设备及网络通信设备：50% IT设备及网络通信设备：30%
空调的通风及加湿系统：12% 空调的通风及加湿系统：14%
空调的制冷系统：25% 空调的制冷系统：36%
变压器/UPS供电系统：10% 变压器/UPS供电系统：18%
照明设施：3% 照明设施：2%
2IT设备及网络通信设备节能是数据中心节能的基础
在数据中心的IT设备，包含服务器、存储器、交换机等，其中以服务器数量最多，占绝大多数。油田公司数据中心机房大部分服务器采用是1+1冗余电源供电，在具有提高服务器的稳定性和可靠性的优点外，也存在着服务器电源工作在轻负荷状态下，工作效率降低的问题，每一个服务器电源的负载均小于50%（通常只有20%负载），这样电源模块的效率将只有80%。
IT设备的节能具体措施如下：
1）采用低能耗服务器，使用能源高效设计和部件的系统，要求系统供应商提高单位能源消耗下的计算性能，各个厂家之间存在25%-40%的差异。
2）引进刀片式架构，使用刀片服务器替代传统台式或机架式设备，刀片服务器比机架式服务器更节省空间，设备可以节省20%-44%的用电，大大提高了服务器电源的工作效率。
3）IT系统虚拟化及整合，通过虚拟化技术合并物理服务器，减少物理服务器的数量，并提高服务器使用率，虚拟化是通过软件实现硬件“绿色节能”的一种有效手段。虚拟化可以提高系统适应性，提高IT设备的有效利用率，同时降低设备的使用能耗。设备可以节省20%-30%的用电。
4）降低服务器所用CPU和DDR存储器的功率，主设备每节省一瓦电能，可使整个数据中心节省2.84瓦电能。在服务器采购选型就要选择节能性设备，从源头上最大限度的节约用电。
3空调设备节能是数据中心节能的关键
随着刀片服务器与虚拟化技术的普遍应用，机架内的IT设备密度也呈现加速集中的趋势，这导致机房总体能耗越来越大，散热需求也越来越高。如何有效地实现机房散热，确保机房良好的运行环境，成为数据中心管理者面临的重大挑战。
一般机房专用空调的能效比约为1:2.5～1:3左右，要消除274W机房热量需要消耗107W的电能，新疆油田数据中心机房总制冷量是454KW，需消耗177KW的电能。显然，能效比越大，空调效率就越高，空调也就越省电。数据中心机房能耗增加的根本原因：送风量的降低或过渡增大将导致空调机组制冷效率低，造成制冷能耗升高；热交换不充分和不均匀，制冷系统运行混乱，造成空调能耗升高；机房温度过低，导致外界对机房的热辐射增加，增加了空调的负担。
空调设备节能具体措施如下：
1）降低空调使用标准：在满足机房设备制冷的前提下，提高送风温度，应将机房温度测试点定在送风口处，平均每提高回风温度1℃制冷效率将提高3%。
2）采用下送风/上回风的气流组织，优化数据中心内冷热气流路径，减少冷热气流混合，高架地板以下空间作为送风静压箱，活动地板下送风，自由空间回风。送风系统地板下的高度应在50～80cm，地板下低于40cm的，最好将电源及综合布线系统布放在机柜上层，实行上走线模式。地板无法达到标准高度的应采用强制向上排风的装置，如活化送风地板，以达到气流的正常流通和循环。
3）采用冷热通道分隔技术，机房内服务器机柜按照冷热通道布置，将机柜按行排列，同时机柜按照面对面、背对背的方式布局。精密空调安装在热通道顶端，送风口安装送风导流板送风至地板下，在冷通道安装送风风口，送风至主设备正面进风口，冷却主设备后，由主设备背面或者上部自由回风至精密空调。这样可以将冷风集中送至发热设备，避免先冷环境后冷设备的现象，通过加装阻风盲板，可以大幅降低短路循环现象。每个机架的制冷量能达到3～6KW，能源利用效率大大提高，节能效果显著。
4）选用双冷源空调系统。双冷源机组具有直接蒸发式和冷冻水机组的双重优点外，同时还具有冷源相互备份的特点，当使用用户冷冻水资源时，只有冷冻水盘管换热，压缩机停止运行，有利于节能，当用户停止中央空调冷冻水系统时，机组启动压缩机进行制冷。
5）采用精密制冷和动态智能散热技术，对IT设备机柜采用热传感器进行环境的实时检测，通过软件计算散热需求，动态调节，精确制冷，避免局部出现热岛现象，有效地降低了能耗成本。
6）采用中央空调智能化集中控制系统，能够根据机房环境和湿度的变化随时对空调的运行进行调节和整体监控，来提高制冷系统效率。
7）选用制冷性能系数和能效比高的空调设备。
8）强化空调维护，由于空调维护的不到位，造成部分空调制冷能力显著下降，甚至出现失效空调任带电长期运行的情况，导致空调能耗无谓增加。
4供电系统节能是数据中心节能不可缺的要素
供电系统效率=变压器、不间断电源、输配电线路和开关装置的综合效率，采用高效率的供电系统是机房节能要素。
供电系统的节能措施如下：
1）应选择低损耗、节能环保、具有抗谐波能力及较高过载能力的变压器，并合理配置使用变压器。根据变压器的负载率及时进行负荷调整，均衡三相负荷，提高负荷率。
2）减少线路损耗，变压器应深入机房负荷中心，使供电距离最短，线路损耗最小，还减少了初期投资。适当提高配电线路运行电压，改变变压器分接头位置。尽量减少导线长度，增大导线截面积，按导线经济电流密度分配负荷，将负荷进行归类。
3）提高功率因数，可采用无功功率自动补偿装置，对供电系统实行无功功率补偿，既可改善电压质量，提高供电能力，更能节电降耗。
4）尽量采购高效节能的UPS主机，应具有实现交流电源的功率因数校正和电流谐波抑制、输入谐波失真低、功率因数高、非线性负载的适应能力强、在低负载率下也能具有高效率。采用按需扩容设计UPS系统（UPS在线并机扩容或模块化UPS），提高UPS效率是降低整个机房能耗的最直接方法。
5）采用动环集中监控系统，利用智能化检测仪表可对设备用电量进行远程监测、统计、分析、控制电能消耗状况，起到有效管理，提高了电源利用率。
6）机房应使用高效光源，采用紧凑型荧光灯具作为主用光源。采用高效率节能灯具和配件，采取集中控制和分区控制相结合，做到人走灯灭。
5结束语
“绿色”已经成为当今的主旋律，低能耗、高能效、降低全生命周期成本、节约与优化空间、限制使用有害物质、低电磁辐射、低噪音等均是绿色数据中心所需实现的最基本内容。节能降耗是构建“绿色数据中心”的关键所在。要实现节能降耗的目标，首先需要采用先进的技术和设备，还要通过精细化管理，从细微之处入手，不断挖掘节能降耗的潜力。
作者简介：
刘军（1978-），男，汉族，本科，毕业于大连理工大学，新疆油田公司数据公司基础设施部，现从事数据中心机房管理与维护工作。 |
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