数据中心节能减耗技术探讨

杨晓芳

【摘 要】近年来，随着大数据、云计算与人工智能的发展，以及Google、Facebook、阿里巴巴、腾讯等大型科技、互联网企业的业务发展，对支撑这些前沿技术和企业信息运转的数据中心基础设施也提出越来越高的要求，涌现出一大批大型、超大型规模的数据中心。这些大型的数据中心配置有几万台、几十万台的服务器设备，而且设备几乎是不间断的运行着，因此，可以想象所产生的能耗量是巨大的。为降低数据中心的运营成本，满足可持续发展的需要，节能减耗成为数据中心建设的追逐目标，PUE（电源使用效率）成为数据中心的重要指标。

【关键词】数据中心；节能减耗；技术

1对数据中心机房减排的必要性

1.1能够有效的降低中心机房的运行成本

在数据中心机房的运行成本中，通风制冷系统的运行成本占据其中的大部分因为机房内的大多數设备对温度很敏感，而目前的数据中心机房都是相对比较传统的通风制冷系统。这样造成的结果就是既不能进行很好的制冷，同时也会造成大量的能源消耗。与此同时，机房设备局部温度过高的问题一直无法彻底解决，会使对中心机房的检查和维护经费大大提高。所以我们要提高技术，减少能源排放，尽量做到对机房设备的低消耗制冷。这样可以有效的提高通风制冷系统的性能，还能有效的降低的能源的消耗。

1.2可以确保数据中心机房设备的运行效率

数据中心机房内一般有许多重要的设备，包括交换机和服务器等。通常这些设备都是对温度很敏感的，一旦出现温度较高的情况，就会导致设备出现异常情况，并出现局部过热的安全隐患。如果这类问题无法被修护，就会导致设备故障和损坏。当我们运用节能减排技术时，就是科学的通风制冷的模式时，可以使机房内的设备处于稳定的状态运行，确保了中心机房的运行效率。此外，在机房内的设备真正实现了节能减排的目标，符合了我国的绿色经济发展的原则，并且实现了绿色环保的目标。

2数据中心节能减排技术的实践和应用

2.1空调系统的选用

数据中心制冷系统占用很大能耗，约占数据中心整体能耗的40%～50%，减少数据中心制冷系统的能耗对降低数据机房PUE有着决定性的作用。在数据中心规划与设计阶段，应根据当地气候条件、数据中心的规模、空调系统综合能效等因素进行考虑，选择合理的空调冷源方案，能有效节约能源。

数据中心常用的制冷系统有风冷型空调系统、冷冻水型空调系统、水冷型空调系统、乙二醇冷却型空调系统和双冷源型空调系统。风冷型空调系统可实现每台空调独立循环、控制，属于分布式空调系统；机房无需要引入冷冻水，并且易实现模块化配置，冗余运行，可靠性高，安装、维护简单。冷冻水型机房空调系统采用冷源集中制冷的方式，可以运行高效率的冷水机组，制冷效率较高，制冷量大且节能性好。数据中心空调系统可以根据当地气候条件，充分利用自然冷源。

2.2优化系统架构，提高设备利用率

采用大数据与云计算新技术构架，实现系统低业务时段的低系统功耗。其次，服务器设备选型需要紧跟节能趋势。例如刀片服务器具有高性能、低能耗、空间小的特点，它的处理能力更强，而且相比于机架式服务器，刀片式服务器更易散热、更为省电。

2.3电气节能技术

采用高效、低损耗非金合金变压器，降低涡流损耗；高压设备配置的断路器为真空断路器，用电功率小；低压用电设备的无功损耗在低配室采用集中补偿方式。采用能耗检测系统，可以有效评估耗电情况，发现问题后及时采取措施，降低能耗。数据中心机房精密空调采用空调自适应系统，可避免空调竞争运行，可避免机房出现过冷、过热现象，达到有效节能目的；集中空调冷冻站采用节能自控系统，可有效降低冷冻站能耗。

2.4机箱柜的动态智能散热

将温湿度传感器设置在数据中心机房和各个高负荷柜内后，高负荷机柜的动态监测温度和湿度。数据中心机房内每个机柜的相应操作都可以实时监控，而数据中心机房的冷却装置，还有专门针对冷却需求的实际情况，动态的冷却气源。解决这个问题可以帮助用户非常有效地将数据中心机房的冷却成本减少40%。在整个数据中心机房内的任何一个高负荷柜前面的地板下面，都事先设置了相适应的可调通风口，实际的空气量可以根据实际需要进行调整。

2.5冷通道封闭技术

根据美国的TIA-942《数据中心电信基础设施标准》，“面对面，背对背”的方式把机柜排成排，创造“热”和“冷”通道。“冷”通道在机柜的前面。“热”通道在机柜的后面。冷通道封闭技术就是建立冷池的技术，引导冷池的冷气流最大限度地流向机柜正面给服务器设备降温。降温后冷气流变成热气流从机柜背面流出，热气流再进入空调设备制冷后循环使用。

由于机房中传统机柜排列没有对冷热气流进行有效遏制措施，从而形成大量的冷热气流短路现象、机柜冷却不均匀现象，有的机柜过渡冷却，有的机柜散热不良，造成空调冷气流利用率低、空调耗电量增加以及空调运转时间延长等现象，不利于机房节能减排。经过相关测试，冷通道封闭比传统技法可节能达8%～15%。

冷通道封闭技术的气流组织是：由精密空调送出的冷风通过地板下冷风静压箱从冷池内的通风地板送出来，冷风聚集在冷池内，只能通过机柜正面网孔门进入机柜，一般IT设备的前面设有进风口，后面设置风扇排风口，设备冷却后的热气流从机柜背部网孔门排到热信道，热信道是开放的，热通道的热气流在受空调顶部回风口负压吸引下回到空调回风口，经过空调冷却后其冷风再从下部送风口送入地板静压箱，如此完成气流循环。数据中心机柜内设备常常并未占满整个机柜，机柜内设备之间有不同的间隙，冷通道内的冷气流除了进入机柜内服务器，部分冷气流也会从间隙中穿过机柜。此外，机柜背面的热气流受设备进风口的吸力影响，会从机柜间隙倒流至机柜前面与冷气流混合重新吸入设备进风口。为避免以上两种降低制冷效率的情况，可以通过在机柜间隙安装盲板阻挡不利气流流动。

2.6自动温控技术

目前实现数据中心机房节能减排的有效技术是自动温度控制技术。随着科技的发展，自动化已经实现了大众化，自然温度也是可以通过自动化设备控制的。这项技术能够精确采集并了解到机柜上的实时温度变化。然后及时的对局部过热的机柜设备进行降温处理。减少设备因局部过热而出现损害。这类技术不仅仅可以及时将机柜的温度冷却，系统还可以能够快速使设备恢复稳定的温度要求。正是自动温度控制技术能够实时掌握温度变化，才能使制冷设备达到理想的要求，同时也是实现中心机房节能减排的重要手段。

结论

数据中心机房节能涉及机房建设的各个环节。仅受IT设备能耗，空调能耗，供电系统能耗等因素的影响，还受到机房设计，房间格局，机柜内空气流动的影响等等。因此，数据中心建筑节能减排需要统筹规划，以达到理想的节能效果。

参考文献：

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[2]耿英保，王宗殿，杨松涛，等.浅议计算机机房节能[J].中国集体经济，2018，6（上）：160-161.

（作者单位：中铁第五勘察设计院集团有限公司）