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如何践行数据中心的绿色与节能

2014-11-24 13:58:42   作者:中国能源建设集团广东省电力设计研究院 廖霄、吴劲松   来源:通信世界网-通信世界周刊   评论:0  点击:


  网络演进和数据业务的快速发展带动数据产业的快速发展,使数据中心的规模越来越大,消耗的电能也越来越来多。数据中心用电负荷的几何级数增长,远远超过供电容量的增长,用电问题已成为制约数据业务发展的瓶颈。据统计,用电成本约占数据中心整体运行成本的60%以上。巨大的用电容量给数据中心的发展和运营带来了巨大的压力,以“绿色、环保、节能、高效”为理念的绿色数据中心已作为下一代数据中心建设的主要发展方向。

  本文从数据中心的能耗结构分析出发,从IT设备、空调系统、供配电系统和照明系统等四个能耗主要构成方面,提出了绿色数据中心的节能解决方案和措施,为如何建设绿色数据中心提供了建议。

  数据中心的能耗构成

  根据国内外各大权威机构对数据中心能耗结构与组成的调查分析可知,一个典型的数据中心,其能耗主要由四大块组成:

  • 第一大块是占数据中心总能耗约50%的IT设备系统,包括服务器设备、存储设备和网络通信设备等。其中,服务器设备所占总功耗约40%,存储设备和网络通信设备约占总功耗的10%。
  • 第二大块是占数据中心总能耗约37%的空调系统。其中,空调制冷系统约占总功耗的25%,空调送、回风系统约占总功耗的12%。
  • 第三大块是占数据中心总能耗约10%的UPS供配电系统。其中,UPS供电系统约占总功耗的7%,UPS输入供电系统约占总功耗的3%。
  • 数据中心总功耗剩余的3%属于辅助照明系统。

  要降低数据中心能耗,实现绿色节能减排,最重要的就是降低IT设备的能耗,空调系统、供配电系统和辅助照明系统同样也是不可忽视的因素。

  从上述分析可知,绿色数据中心的节能设计,在满足业务需要和安全运行的前提下,应集中在IT设备、空调系统节能、电源系统和照明系统节能等四个方面进行节能措施和思路的探索。

  IT设备节能

  IT设备作为数据中心的第一能耗大户,选用低能耗的IT设备是数据中心最重要的节能手段。针对IT设备选用,节能措施主要从设备选型、使用、部署和维护三个方面考虑。

  (1)在设备选型上,首先应结合数据中心的建设标准,根据实际需求购置、扩容设备,宜选择扩展性强的设备,对工作环境温、湿度要求相对宽松的设备,避免超前使用过高档次或高配置的设备。其次,在同等性能条件下,设备选型时应优先选择散热能力强、体积小、重轻、噪音低和易于标准机架安装等的设备。

  在技术选择上,推荐选择运用低功耗核CPU处理器、虚拟化运算技术、刀片式架构、高效电源、动态制冷、电源智能管理功能及“动态休眠”等技术的设备。设备应能根据系统运行要求及负载状态动态调整系统各组件(CPU、硬盘、外设等)的工作及休眠状态,支持任务队列的同步智能调度,实现理想的降耗效果。建议设备整体休眠节能效果最低应达到20%,具有国际/国家/行业节能等级认证的设备为优。

  (2)设备使用,在满足数据中心业务安全性的前提下,应尽量提高IT设备的利用率,节省运行设备数量。

  • 根据数据中心规模,合理配置维护终端、网管服务器和KVM设备等的数量;
  •  统筹考虑数据中心内的各类计算、存储和网络资源,采用松耦合架构配置各类资源,实现资源的共享和灵活调度,可根据资源消耗比例灵活增加或减少某类资源的配置,使得资源配置优化,真正做到按需最优配置。
  • 在技术成熟的条件下,适时运用虚拟化和集群技术。

  (3)设备部署与维护,为达到良好的IT设备节能降耗效果,建议设备部署与维护中遵循如下原则:

  • 机架设备的部署应满足机房整体布局及冷热分区的要求,各机架用电量应与机房相应区域的制冷量相适应,设备的进排风方向应与机房气流组织的要求一致;
  • 合理规划设备部署,各机架的用电量应尽量均匀,避免出现局部热岛;同机架内尽量部署物理尺寸、用电量及进排风能力接近的设备,单机架耗电量建议不超过机房设计的机架平均用电量;当机架用电量差别很大且难以调整时,应将机房制冷能力及制冷量的分布相结合统一考虑不同功耗的机架位置。
  • 机架宜按规划设计能力饱满使用,若机架无法一次装满,宜从距离送风口较近的空间开始安装设备,设备之间的空隙位置应安装挡风板,防止冷热风短路。

  机房空调系统节能

  数据中心机房内主要部署的是服务器、存储设备、交换机、路由器等对环境温湿度、洁净度要求较高的精密设备,对机房环境有严格要求,因此需采用机房精密空调系统。在机房专用空调系统的选择上,应根据数据中心建设标准、建设规模、建筑条件、机房设备的使用特点、所在地区气象条件等,结合当地能源结构、价格政策和环保规定等因素,通过技术经济比较后确定。

  (1)空调设备选型和配置原则

  • 空调系统设计应根据当地气候条件采用节能措施,如大型数据中心机房宜采用水冷冷水机组空调系统;北方地区采用水冷冷水机组的机房,冬季可利用室外冷却塔作为冷源,并应通过热交换器对空调冷冻水进行降温。
  • 数据中心的机房专用空调制冷设备,按冷源的供给方式可分为单元式空调制冷设备和中央冷源空调制冷设备,空调设备在名义制冷工况和规定条件下,其能效比应不低于《公共建筑节能设计标准》GB50189中的规定,并以数值越高越好。
  • 在对空调设备进行选型过程中,机房的热负荷是重要参数之一。根据《电子信息系统机房设计规范》GB50174,数据中心机房的空调设备额定制冷量的计算,需综合考虑机房内设备的发热量、建筑维护结构热负荷、通过外窗进入的太阳辐射热、照明负荷、补充的新风负荷和维护人员的散热负荷等,并在确定的最大热负荷量的基础上留有15~20%的余量。
  • 在空调设备数量的配置上,宜每4~5台配置1台备用空调,并在每个机房至少配备1台备用空调。
  • 针对采用冷冻水空调的机房,可采用高温冷冻水设计。在同样温差条件下,蒸发温度每升高1℃,能效比可以提高2~3%。同样,提高蒸发温度还有利于利用自然冷源,对于同一个地区来说,蒸发温度越高,每年可利用自然冷源进行自然冷却的时间就越长。
  • 合理设计空调设备的回风温度。