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如何构建绿色数据中心

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如何构建绿色数据中心

发布日期:2018-06-13 作者: 点击:

    从分析数据中心现状着手,结合工程经验介绍了构建绿色数据中心的一些技术手段,并从数据中心选址、建筑设计、平面布局、机房装修、制冷与散热通风系统、电气系统、IT系统等方面论述采取的节能措施和新技术。


0 引言

    绿色数据中心是指建筑结构、IT设备、空调、照明、配电等系统均能达到最大能源利用效率和最小环境影响的数据机房。随着大数据、云计算技术的发展,各种数据的处理量正逐年飞速递增,数据中心机房面积紧缺、能耗成本持续增高、环境影响加大等问题也日益严峻。而能效管理和减少碳排放对IT企业的盈利和可持续发展至关重要,所以采用各项绿色节能技术手段构建数据中心是形势发展的必然。


1 现状

      目前,互联网业务的飞速发展造成IT需求激增,严重导致数据中心电力消耗的增加和供电能力的不足,限制了数据中心的发展。国内为数众多的普通数据机房普遍存在大量低效系统,使得数据中心的PUE值居高不下,真正能达到绿色数据中心要求的数量很少,具有较大的改进空间。


2 如何实现数据中心绿色化

       构建绿色数据中心应该从数据中心选址、建筑设计、平面布局、机房装修、制冷与散热通风系统、电气系统、IT系统、环境及运营监控系统等诸多方面进行通盘合理规划,做到各专业和各系统的有机整合、静态布局与动态发展协调平衡,使数据中心兼备节能环保,高可靠性、可用性和合理性。


       因数据中心的总能耗= IT设备能耗+制冷通风系统能耗+供配电系统能耗+照明等其他辅助设备的能耗,所以以上各系统的设计、规划都会影响到数据中心的总能耗,下面笔者将根据工程实践经验,提出绿色数据中心建设中一些切实可行的技术手段,使数据中心更节能环保,具备更高的可靠性、可用性和合理性,满足绿色节能的相关要求。


2.1 数据中心选址

      由于数据中心属于高能耗产业,且数据中心的用电负荷供应必须高度可靠、稳定,因此必须选择在供电能力充裕、供电价格相对较低的区域建设,以降低数据中心的运营成本。


      又因数据中心内设备的能耗大部分会转化为热量,所以为尽可能地提高制冷系统的效率或是使用自然冷源散热,数据中心更适合建设在室外环境温度常年较低的地区,而在环境影响评估许可的前提下,大面积江河湖海的附近也较适宜建设,以方便利用水体散热。


       此外,选址还需注意对周边环境的热效应以及噪声影响。


2.2 建筑设计


      数据中心的建筑节能就是节约建筑物的能源消耗,减少太阳及外界的辐射热量传入,提高能源利用率。故绿色数据中心应采用新型保温围护结构进行机房密闭围护,机房屋面、光照条件好的墙面应能充分利用高效光伏器件进行覆盖;采用大空间、少隔断、模数化的空间格局以充分利用机房空间。


      众所周知,在其他条件相同的情况下,建筑物耗冷量指标会随着建筑物体形系数的增长而增长,体形系数越小节能效果越好,建筑平立面越简洁越能减少建筑表面积,所以绿色数据中心的设计可顺应当今主流:设计为全封闭围护结构的立方体建筑。


2.3 平面布局


     数据中心的平面布局应当具有适当的灵活性,各楼层的机房应进行合理的面积分隔,按业务发展程度分步投入使用;机房内的隔断墙结构应便于拆装,既能相对独立分隔使用,又能适应扩容组合和面积扩充。


      此外,数据中心一般由主机房、辅助区、支持区、管理区等功能区域组成。主机房区域是整个数据中心最需动态扩展的区域,设计须有充足的超前意识;辅助区相对较为固定,可以一次规划、适当预留扩展空间;支持区是需要随着主机房的扩展同步扩展的设备区域;绿色数据中心趋向于少人化管理,故管理区趋向小面积空间。


 2.4机房装修


      墙体通常采用岩棉、玻璃棉、高防火特性的挤塑板等新型高效保温绝热材料以及复合墙体,以降低外墙传热系数,内墙、顶、底六面体均采用防火高效保温绝热材料包覆。这里尤其要注意的是,绿色数据中心的装修材料要采用无毒、环保、可回收的材料。


     管理区、辅助区、支持区等需要开窗的区域采用多层中空玻璃、低辐射玻璃(low-E玻璃)或贴膜玻璃、绝热密封性能好的窗材等措施,以改善门窗绝热密封性能,有效阻挡室内空气与室外空气的热传导以及粉尘的传入。


     此外,机房装修还应考虑照明节能,采用智能照明控制系统,以实现多模式分区控制。

   

2.5制冷与散热通风系统


     数据中心制冷系统的节能有很多常规手段,可以采取如下的技术措施来提高数据中心机房制冷与散热通风系统的效率,从而达到节能降耗的目的。


      1)将自然冷却技术引入到数据中心散热系统中就可大幅降低制冷能耗。自然冷却方式可根据数据中心规模、所在地理位置、气候条件、周边环境等因素进行选择。具体做法有:利用自然冷源的“冷冻水空调”机组的设计方案;利用自然冷源的乙二醇型空调机组的设计方案;直接引入室外冷空气进行自然冷却的方案;采用直接引入自然界低温水的方案。建议支持区散热密度不大的设备(如变配电设备、UPS、电池间等)采用直接引入室外冷空气散热的方案,以减少空调系统能耗。


      2)通过采取“封闭冷通道”或“封闭热通道”的技术措施、可调风口、行间空调等手段智能调节,达到进一步提高制冷效率的目的。


      3)对主机房进行严格的隔热、隔湿、防漏、防尘处理,以便提高机房洁净度,保持IT设备良好的散热能力。


      4)采用湿膜加湿 、机房空调群控手段,以隔离普通精密空调的加湿、电热功能。


      5)合理提高机房回风温度,提升冷冻机组效率。


2.6 电气系统

  

     虽然制冷系统的能耗占机房总能耗的比重很大,但配电系统(包括UPS系统)的能耗也不可忽视。降低数据中心机房中供电系统本身的能耗能显著降低机房PUE值,具体方法如下。


      1)选用节能型变压器可以大幅降低变压器的空载损耗和负载损耗


随着科技水平的不断进步以及新材料、新工艺的不断应用,各种新型低损耗配电变压器相继面世,故变配电设计应优选节能目录中推荐的干式变压器,及其他运行稳定、安全性高的成熟产品。


       2)提高UPS单机效率


      目前各大厂家均不断推出新型节能的UPS产品,根据各典型的效率参数:新型号高频机型UPS的满载效率96%;工频机型UPS的满载效率94%;老式工频机型UPS的满载效率92.5%,应优选高频机或模块机。


      由于数据中心用电容量往往是分步提升、扩容的 ,选择UPS时还应优选低负载、高效率的UPS  ,提高UPS供电系统的动态效率及输出功率因数值,使其尽可能地与IT设备的输入功率因数值相匹配;优先选用具有低输入电流谐波含量的UPS产品。


      3)优先采用高压直流供电系统


      传统的UPS供电系统由于存在交流变换直流、直流变换交流的双变换过程,效率的提升已受限,同时系统存在负载和UPS本身两个谐波源,系统复杂、故障率较高。对此,越来越多数据中心采用改变备用电源配置方式,由备用电源(直流)直接对负载供电、高压DC 240V或更高电压等级的直流供电系统。 通过使用装有嵌入式电池的定制服务器或机架,可降低由传统不间断电源(UPS)系统带来的能耗损失。


     4)简化配电系统结构


      目前很多数据中心过分强调配电的可靠性,大量运用ATS进行电源切换,大量运用隔离变压器降低零地电位和电网干扰,以增加系统的复杂度和故障点,虽然客观上降低了系统可靠性,但配电设备及器件越多、配电线路越长,本身的能耗也越大,对降低机房整体PUE值不利。通常认为在满足供电可靠性要求的前提下,配电系统应该越简单越好。


     5)利用光伏发电+蓄电储能等再生能源部分或全部取代UPS的功能


     国外某些先进的数据中心已经开始了这方面的实践,可以大幅度提高数据中心可再生能源利用率,根本性实现数据中心绿色化。 

  

2.7 IT系统


      绿色数据中心中最大的能耗显然是IT设备的能耗,而网络设备/IT设备的数量以及节能特性是决定机房优劣的关键。避免过度规划添置大量不必要或低效的设备,同时采用高效节能的服务器、存储及网络设备是数据中心能否节约能效的技术基础。


      近几年,IT设备的节能手段层出不穷,其中,服务器虚拟化的设计方案、合并计算的设计方案、采用节能CPU和固态硬盘以及“动态休眠”等技术是应被优先考虑的机房节能措施。


2.8环境及运营监控系统


      常规的机房环境监控系统和运营监控系统都是分别运行的,不能很好地做到数据共享。绿色数据中心应将这两个系统有机结合,尤其要建立数据中心机房环境及PUE动态的监测系统,对数据中心机房内各种环境参数、用电设备的各种实时运行参数和历史数据进行在线检测、统计和分析,对设备能耗进行动态管理和监视,制定出切实可行的节能降耗管理策略和应对预案,从而确保数据中心机房始终处于PUE值尽可能低的节能环保状态。


3 结束语

      绿色数据中心机房建设是一个系统工程,大数据、云计算等技术的进步促进了机房工程建设的飞速发展,也对机房的绿色节能等方面提出了更高的要求,环保材料的选择、节能设备的应用、IT运维系统的优化等方面也必将产生越来越多的创新性技术。



文章载于《智能建筑电气技术》杂志2016年第6期,《如何构建绿色数据中心》,文章版权归《智能建筑电气技术》杂志所有,转载请注明出处。

相关标签:湖南美的中央空调

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