关于IDC数据中心节能措施的探讨

上海宝景信息技术发展有限公司 徐 璐

IDC数据中心在建设时有周期长、投入高的特点，在运行时有能耗大的问题。本文先阐述了数据中心常规能耗的组成分析，再提出了IT设备节能技术，行级制冷技术和动环智能管理系统。旨在对数据中心节能方面的建设进行探讨。

当前中国IDC已达到千亿级的规模，同比增长率已经明显高于全球平均水平，随着IDC的迅猛增长，高能耗和巨大的电费运营成本令运营商们烦忧，因此节能减耗是当前至关重要的问题。

1 IDC数据机房能耗分析

数据中心能耗的主流指标是PUE，当前我国内该值在2附近。该值得含义为：用于保证IT设备正常运转时，动力等其他基本设备的功耗较大；当该值越接近1时，表示绿色节能水平越高，这便是目前努力的方向。

IDC能耗比重主要体现在IT设备、制冷设备、动力系统等。根据能耗分析，制冷设备的能耗大约为总比重的40%。当前传统节能减排的主要思考如下：

（1）功耗相对较低的设备作为优选。现在很多新型号的设备集成度高，但能耗低的优点，首先要满足建设的要求，优先选择该种设备。

（2）根据气流合理利用的方式对机房和机柜进行布局。使用下送风、上回风的方法，可以避免冷热气体混合，从而降低冷风的消耗率。机柜还可以采取面对面与背靠背，可以布局成冷通道或热通道。机柜内设备的设备要科学放置，还可以在空位安装挡风板。机架的配置密度不能太高，耗能高的设备可以放置在出风口附近。

（3）供电系统与设备。UPS系统为主要能耗，对于供电可靠需求一般的用户，建议暂不配置，预留扩容空间，可以在后续的建设中进一步完善。

（4）选择适宜的空调系统。当前数据机房空调系统大致分为风冷和水冷，水冷空调使用比较广泛，能效相对更高更节能。

（5）精准送风技术。为发热值高的机柜进行精确送风，控制送风量，这样可以防止设备发生局部温度过高的情况。

（6）新风系统技术。根据机房内外的室温差来调节机房内的温度，例如当室外和室内温度产生一定温差，系统会将过滤后的冷空气灌入室内，通过无成本的自然界的冷源控制机房内的温度。

2 IDC数据中心机房节能关键技术

2.1 IT设备节能技术

IT设备节能的解决方案，主要思考设备选型、配置和运维几个角度。

（1）设备选型。先参考该数据中心建设的标准，根据实际情况对设备进行选择性购置，优先选择扩展性好，且对工作环境，例如温、湿度要求宽泛的设备。不要盲目的追求高档次或高配置的设备，如遇到性能差不多的设备，则可以着重比较该设备的散热情况、体积大小、安装方便、质量大小和噪声大小等。尽量选择散热能力强好、体积相对小、质量轻、噪音轻安装方便的设备。在技术层面，符合低功耗的CPU处理器、虚拟化计算技术、刀片式结构、动态休眠技术等的设备应优先选择。设备要满足系统运转要求与负载情况，动态调整组件的工作和休眠情况，并可以进行智能调度，展示预期的降能效果，建议选择拥有国际/国家/行业节能认证的设备。

（2）在满足数据与业务安全可靠的基础上，最大限度的提升IT设备的使用率，使在运行的设备数量降到最低。具体如下：

◆根据数据中心建设标准和规模情况，合理控制设备的数量。例如终端、网管服务器以及KVM等设备。

◆将数据中心的各种计算、存储与资源一起进行统筹，使用松耦合的结构来分配资源。做到整个资源可以共享，并进行灵活调配，例如根据资源消耗量来增加或减少某类资源的供给，按需实际达到最优化的配置。

◆在技术能力的保证下，可以适当采取虚拟化和集群化。

（3）设备布局与运行维护中可以参考如下内容：

◆各机架的用电量宜分布均匀，避免局部热岛的现象。同一个机架内尽可能部安排尺寸和用电量等情况相近的设备，单独机架的耗电量一般小于机房设计能力的平均值，如果机架的用电量偏差较大并难以调整，可以考虑将机房制冷能力和制冷量进行调整。

◆机架应该按照方案设计的能力，饱满配置。如果机架没办法一开始装满，可以从较送风口近的区域放置设备，设备间的间隙宜设置挡风板。

2.2 数据中心行级制冷技术

行级制冷系统是对空调机组的位置进行改革，原来空调机组位置是远离负荷中心的机房，现在设置在IT设备机柜的列间周围，用途是为高热密度的数据中心提供行级散热的解决方案。

行级制冷系统按照紧靠热源的原则进行布局，这样确保了气流通道可以比较短，可以充分利用空调机组的额定制冷量。比起房级制冷系统，同等额定制冷量可以达到更优的负载密度。行级制冷系统是水平送风，可以显著降低机柜正面垂直温度的梯度。根据可靠数据，如果使用密闭通道，送风式机柜正面温度梯度可降低到1K以内，这样显著降低局部的热点。因为送风的路径短，所以空调机组的送风温度，机柜的进风温度大致接近，这样整体的温度场比较均匀。缩短制冷和热源的距离，这样冷热空气就不容易混合，冷量有效率得到了提升，则可以相应的降低冷风风量。风机的风量和转速一次方成正比，风机的风压和转速二次方成正比，风机的功率和转速三次方成正比。因此空调机组的风机依据风量下降转速，就可以实现降低能耗。因为冷热风混合量下降了，所以把空调机组送风温度与机柜前的进风温度设定的相近，这样既避免为了补偿冷量损失，而设定较低的空调送风温度，压缩机的功耗也会相应的下降，这样能耗降低效果更明显。设置较高的送风温度，就能够让制冷系统在露点温度以上的工况下工作。系统可以降低被动除湿与补偿除湿的次数，这样可以下降行级空调机组冷量、整体加湿、除湿的能耗，这样空调的制冷能效果能主要服务于冷却IT设备的显冷量，在合理设计的情况下，显热比接近100%，系统显热比越高说明节能效果越好。空调系统界面如图1所示。

行级制冷系统的架构简单，并且不太受机房形状的影响，还可以事先根据房间预计制冷情况。该系统不需要高架空地板，也不需要送回风管实施制冷，这些都非常适用于对于高热密度数据中心的应用。

图1 空调系统界面

图2 可视化界面效果图

2.3 数据中心动环智能管理系统

数据中心动环智能管理系统是通过现场传感器进行数据采集。在计算机上显示实时动态数据，还可以对历史数据进行加工导出，形成直观的曲线或分布图。数据中心作为一个公司的能耗大户，公司的节能减排主要取决于数据中心的绿色的情况。

（1）实时显示控制功能。可以对监控数据中心和机柜进行实时监控，例如温度，湿度等，并对各类异常值进行警告。根据温度情况，可以自动或人工对该区域产生的热源进行精确冷却，温度到达合理范围即刻自动停止。

（2）数据查询功能。数据中心动环智能管理系统可以生成一张二维的表格，列出选择设备及查询的时间周期。例如日报表，里面包含了每天能耗分布情况、每天高负荷与低负荷的时间段及情况、制冷量和总电量等，并生成一张历史曲线图，用于对该设备或多个设备的历史数据进行统计分析，进行参数的动态调整。

（3）监控数据管理。通过现场控制器或取相关数据，可以选取数据的时间段，并对这些数据进行详细分析，数据库中也保存了企业之前的相关数据，可以将多个数据进行对比，由此可以得到通风口开度和送风量的数据进行合理管控，并更好的调节中央空调系统，统计能耗数据，进行关联性分析，评价经济运行状况，整改能耗浪费现象。

（4）集中远程控制。平台可以独立工作，也可以设置多个房间的无人机房。在企业日常运营中，可以通过远程监控来进行管控，系统为可视化数据设计。通过能耗可视化，机房维护人员就根据经验和现场情况进行调优，可以准确对空调冷冻机组等进行启停调速等一系列操作。采用框架式开发模式，可以实现移动端高效的集成。可视化界面效果图如图2所示。

结束语：IDC数据中心建设本来就是十分巨大繁复的一项工程，在建设初期就要埋下绿色节能的种子。工程师们要仔细研究数据中心的能耗构成，从源头指定针对关键能耗的方案，这样就可以最大限度的降低能耗和减少资金的支出，为下一代数据中心新建与改造提供解决方案。