浅析环境友好型数据中心机房的节能

浅析环境友好型数据中心机房的节能

王泽彤

中建八局第二建设有限公司山东济南250000

摘要：新兴产业和新兴业态是竞争高地。要实施高端装备、信息网络、集成电路、新能源、新材料、生物医药、航空发动机、燃气轮机等重大项目,把一批新兴产业培育成主导产业。制定“互联网+”行动计划,推动移动互联网、云计算、大数据、物联网等与现代制造业结合,促进电子商务、工业互联网和互联网金融健康发展,引导互联网企业拓展国际市场。信息化的发展离不开数据中心机房。要具备高可靠、合理性、最大化的能源效率和最小化的环境影响的机房,就要抓住机遇,不失时机地推进数据中心机房节能,促进我国建筑与数据中心机房节能随世界潮流与时俱进。

关键词：环境友好型；数据中心；机房节能

1数据中心机房节能现状

1.1国外数据中心机房节能现状

1.1.1大力推行数据中心政策

美国能源部提出的国际节能效果测量和认证规程(IPMVP或称为测量和认证规程MVP)、美国绿色网格(TheGreenGrid,TGG)提出的《基于PUE的能效评测方法》、日本NTT提出的《基于DPPE的评测方法》和ETSI正在讨论的《能效KPI-第1子部分:数据中心》。日本还在1979年颁布实施了《节约能源法》,又分别于1998年和2002年进行了修改。《节约能源法》对办公楼、住宅等建筑物提出了明确的节能要求,并制定了建筑物的隔热、隔冷标准。

1.1.2PUE衡量数据中心能效指标的三大原则

美国绿色网络协会是一个由信息技术设备厂商组成的,其目的为了提高数据中心能效。PUE(PowerUsageEffectiveness,电源使用效率)是在2010年1月美国环保部和能源部组织的“国家数据中心能效信息项目”会议上确定,作为数据中心能效标准的三大原则是:

(1)PUE作为评价数据中心能效的基础指标。

(2)计算PUE的时候,可以利用在UPS(UninterruptiblePowerSupply)输出端测量的数据;鼓励逐渐采用更加科学的方法,在IT设备处直接采集能耗数据。

(3)PUE计算时的能耗应当包括数据中心使用的各种能源,以及各种耗能设施,包括IT设施、制冷、照明以及其他基础设施。

PUE是数据中心总设备能耗/IT设备能耗,此值越接近于1,表示一个数据中心的绿色化程度越高,是评价数据中心能源效率的关键性指标。先进的数据中心机房PUE值通常小于2。

1.1.3不断提高能源使用效率

2010年推出的美国联邦数据中心整合计划(FDCCI)和2014年美国联邦信息技术采集办法改革法案(FITARA)导致了1900多个数据中心关闭。美国联邦首席信息官托尼•斯科特说,数据中心优化倡议(DCOI)将“加快努力提高美国联邦数据中心的效率,降低成本,提高联邦政府的整体信息技术(IT)的安全状况。”斯科特阐述了DCOI的三个主要目标:

(1)优化:美国政府机构将被要求实现个五优化目标,其中包括安装跟踪功耗的电能计量,PUE目标,虚拟化,服务器利用率,以及设备利用率的度量指标。

(2)关闭数据中心:在三年的时间内,要求美国政府机构至少关闭其25%的Tier级数据中心(即大型数据中心设施)及其60%的非Tier级的数据中心(即服务器机房)。这将导致美国联邦政府关闭约52%的数据中心,减少31%的数据中心的建筑足迹。

(3)节约成本:该计划设定一个目标,在2018财年的年底减少至少25%的成本。美国政府机构将越来越多地使用云计算。斯科特也担心万一数据中心提供商采取垄断措施,并拒绝共享数据将如何采取措施。比如,美国雅虎数据中心采取鸡舍式的设计,使用纽约州北部寒冷的空气帮助服务器冷却,利用周围的空气温度和自然的气流来达到自然散热,降低了能耗。

1.2我国数据中心机房节能现状

1.2.1我国大力推进建筑节能,制定数据中心设计标准

我国政府和有关单位在产业布局、标准制定、市场准入、服务分级等方面给予政策指引,同时还在规模化、智能化和低碳节能方面等采取了一定措施。建立了GB50174—2017《数据中心设计规范》。倡导数据中心机房中的IT设备、冷却空调、照明和电气等取得最大化的能源效率和最小化的环境影响的绿色数据中心。

1.2.2我国数据中心PUE指标数值大,加剧能源危机

PUE(电源使用效率)是衡量数据中心机房能源效率的关键性指标之一。其计算方法很简单是数据中心机房总能耗除以IT设备能耗。《中国数据中心能耗现状白皮书》显示,2015年数据中心整体能耗已经接近1000亿度千瓦时。国内IT专家和数据中心机房技术人员普遍估计我国数据中心的PUE应该介于2.2~3.0之间。也就是说,一个2.0的PUE值即意味着IT设备每消耗一瓦功率,就需要二瓦数提供配套的电源及保持设备冷却,散热负荷。电力在数据中心机房的能耗占有33%供给了IT负荷,散热负荷却有63%,这意味着,降低IT设备的发热量,可相应地,降低散热负荷,这对于降低PUE值是一个关键的因素,需要从建筑节能、运营管理、能源效率等方面来权衡一个数据中心机房。

2实现数据中心机房节能的途径

2.1提高制冷能效比,降低机房散热所消耗的电能

采用水冷式精密空调,一般水冷式精密空调能效比在4以上,最大能达到6。在数据中心机房采用大型水冷式机房精密空调。但需要机房的发热量布局要非常均衡,一般的机房在IT设备机柜区或易产生热岛,故可能出现机房冷热不均,单机柜局部过热的问题。要解决此问题就要直接给IT设备芯片散热增加芯片冷却分支制冷管道,数据中心机房建设门槛就会提高,需要机房建设者了解服务器设备的结构,甚至需要产品供应商的支持,建设成本等也会相对提高,运行也需要专业维护人员。

2.2合理利用环境友好型的自然新风冷源

数据中心机房风冷式精密空调+大型新风机11配置。使用风冷式精密空调或自然冷风和水模方式,自然风的新风机系统最大的能效比最大可达12,比如,IBM的新SuperMUC超级计算机中心(LRZ)采用40℃的温水作为IT设备制冷的冷媒工质。这种水冷系统的散热效率比起风冷系统高4000倍,能耗也大幅度降低。除此之外,其产生的热水供给莱布尼兹超级计算机中心园区的其他生活建筑。

2.3液冷技术是服务器的福音

当空气成为数据中心冷媒时出现了限制,风冷又出现了高能耗、低性能的问题时,用液冷技术却得到改善。液冷技术也叫自然冷却系统(Freecooling)。液冷媒的进口温度需要低于15℃,而当环境温度低于此值时,只用自然冷量制冷即可。液冷技术一般可分为二种;一种是冷板式、另一种是浸没式。浸没式还处于发展初期,冷板式的液冷有产业化的可行性,其技术成熟。ASHRAE9.9技术委员会从1999年开始专注IT设备的功率趋势、常见机柜的气流方向、IT设备的通用环境指南、常见服务器的环境条件资料这四个主题,为了提升数据中心机房的能效和冷却技术的应用,在2015年进行第四版修正《数据处理环境热指南(ThermalGuidelinesforDataProcessingEnvironments)》放宽了数据中心机房的环境温度推荐范围,该机房定义的环境温度指标与要求,是经过国际上主流IT设备供应商确认,其目的是为了支持负荷的散热,而不损害IT设备其可靠性、安全性。

结论

随着国内科学技术的不断发展,数据机房已逐步融入到更加智能、绿色、节能、环保、和谐的社会发展潮流中,而作为数据中心驻场运维管理服务部门的工作人员,要勇于创新、开拓思路,通过采用新设备新技术、引进先进管理方案等手段,为客户在加快发展与节能减排之间找到平衡点,使机房基础环境保障设备在提升工作性能的同时更加节能环保。

参考文献：

[1]杨根发.数据中心机房节能分析[J].电信技术,2017(08):37-39.

[2]欧阳东,许静.数据中心机房设计的总体要求[J].智能建筑电气技术,2017(01):13-15.