數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的能源如何實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保？

前言

各中小機(jī)構(gòu)不需要建設(shè)自己的獨(dú)立的業(yè)務(wù)處理和安全服務(wù)數(shù)據(jù)中心。由安全服務(wù)平臺統(tǒng)一提供業(yè)務(wù)處理金額安全數(shù)據(jù)服務(wù)。各中小機(jī)構(gòu)只需要建立維護(hù)自己的辦公管理等系統(tǒng)即可。這一方面為各中小機(jī)構(gòu)減少了在數(shù)據(jù)中心方面投資，另一方面統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心將極大地減少電能消耗、房屋占用、裝修材料消耗。安全服務(wù)平臺將建設(shè)成為“綠色數(shù)據(jù)中心”。

數(shù)據(jù)中心通常是指在一個(gè)建筑物的物理空間場地內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲、交換、管理。其中計(jì)算機(jī)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通訊設(shè)備、存儲設(shè)備等通常被認(rèn)為是數(shù)據(jù)中心的IT關(guān)鍵設(shè)備，而供配電設(shè)備、空調(diào)設(shè)備等是為確保數(shù)據(jù)中心的IT關(guān)鍵設(shè)備提供安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行而設(shè)置配置的基礎(chǔ)設(shè)施。

在數(shù)據(jù)中心中為了業(yè)務(wù)和信息的處理要求，IT關(guān)鍵設(shè)備通常需要24＊7的運(yùn)行。而IT關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行需要配置和消耗大量的電能，并產(chǎn)生大量的熱量。為保證IT關(guān)鍵設(shè)備在規(guī)定的環(huán)境要求范圍內(nèi)正常運(yùn)行，有需要通過空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行，來維持IT關(guān)鍵設(shè)備對溫度和濕度等的環(huán)境要求。此時(shí)，空調(diào)設(shè)備也消耗了大量的電能。同時(shí)，數(shù)據(jù)中心被構(gòu)建在一個(gè)建筑物內(nèi)，采用的構(gòu)筑材料以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工性能，也對數(shù)據(jù)中心的環(huán)境產(chǎn)生直接影響。

舊的數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃是低效的。低效的根本原因如下：

● 供電和制冷設(shè)備的過度規(guī)劃

● 采用低密度應(yīng)用的制冷系統(tǒng)為高密度提供制冷．

● 低效的空間布局設(shè)計(jì)

● 低效的氣流組織模式

● 冗余（可用性）

● 低效的供電和制冷設(shè)備

● 制冷設(shè)備的低效運(yùn)行設(shè)置

● 氣流或液體過濾器的堵塞

● 制冷設(shè)備節(jié)能模式障礙或不可用

● 高架地板下部塞滿線纜

數(shù)據(jù)中心的消耗電力因?yàn)閿?shù)據(jù)中心擴(kuò)容急速增長。在所消耗的電力中，很大一部分是為了滿足網(wǎng)絡(luò)電子設(shè)備與樓宇運(yùn)行的需要。這些電子設(shè)備會產(chǎn)生大量的熱，這是數(shù)據(jù)中心所面臨的主要問題之一。隨著溫度的升高，IT 硬件的可靠性大幅降低。據(jù)估計(jì)，溫度升高10oC（18oF），電子設(shè)備的長期可靠性降低50％。具有諷刺意味的是，數(shù)據(jù)中心運(yùn)行所依賴的一些核心網(wǎng)絡(luò)電子技術(shù)產(chǎn)生的熱量正是會導(dǎo)致其效率和壽命降低：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備每消耗1W 功率，便需要配備1W 的散熱功率。這些配件的頻繁更換一方面產(chǎn)生大量的電子垃圾，同時(shí)提高了運(yùn)行成本。浪費(fèi)在散熱上的能源相當(dāng)于浪費(fèi)資源和金錢。由于氣流管理效率低下，大型數(shù)據(jù)中心提供的散熱容量最高達(dá)到了設(shè)備所需散熱容量的270％。

以“保護(hù)地球、環(huán)境以及各種生物的安全及持續(xù)性發(fā)展，并以行動(dòng)做出積極的改變”的綠色運(yùn)動(dòng)波及全球的各個(gè)領(lǐng)域。建筑領(lǐng)域和IT領(lǐng)域也逐漸形成了綠色建筑和綠色I(xiàn)T的概念。

而數(shù)據(jù)中心就其特征而言，是緊密關(guān)聯(lián)建筑和IT這兩大領(lǐng)域的。廣義的綠色數(shù)據(jù)中心是“綠色建筑＋綠色I(xiàn)T及其范圍的延伸”，狹義的綠色數(shù)據(jù)中心是“綠色I(xiàn)T＋綠色I(xiàn)T及其范圍的延伸”。

綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi)最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）。保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間、與自然和諧共生的建筑。

綠色I(xiàn)T是指IT設(shè)備的低能耗、低電磁輻射、低噪音、限制使用有害物質(zhì)、節(jié)約空間等。

綠色I(xiàn)T范圍的延伸是指涉及IT環(huán)境與 管理的IT基礎(chǔ)設(shè)施供配電設(shè)備、空調(diào)設(shè)備等設(shè)備的低能耗、高能效、降低全生命周期成本以及場地布局優(yōu)化、合理氣流組織、虛擬化以及環(huán)境控監(jiān)等軟件管理措施的應(yīng)用等。

國際上對綠色數(shù)據(jù)中心的定義為使數(shù)據(jù)中心中的機(jī)械、照明、電氣和IT系統(tǒng)取得最大的能源效率和最小的環(huán)境影響。

綠色數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)

1、綠色數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)的幾個(gè)視角

綠色數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)可概括為技術(shù)實(shí)現(xiàn)和產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)。綠色數(shù)據(jù)中心的實(shí)現(xiàn)包含了從設(shè)備的芯片到建筑物內(nèi)外環(huán)境的方方面面，可以從器件層面、設(shè)備層面、設(shè)施層面、軟件層面、場地層面、建筑層面、環(huán)境層面、管理管層面等由小到大、由里到外的多個(gè)視角來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的綠色特性。

綠色數(shù)據(jù)中心的基本特征是期望取得最大的能源效率和最小的環(huán)境影響。因此低能耗、高能效、降低全生命周期成本、節(jié)約與優(yōu)化空間、限制使用有害物質(zhì)、低電磁輻射、低噪音等均是綠色數(shù)據(jù)中心所需實(shí)現(xiàn)的最基本內(nèi)容。

2、器件層面

集成電路芯片、電子器件是構(gòu)成設(shè)備的基礎(chǔ)。而芯片器件的能耗也是決定IT設(shè)備能耗的主要因素。因此降低芯片器件的能耗、減少散熱量、提高主頻、采用多核、提高密度、減小空間，并使“功耗不變、性能提升”。是現(xiàn)行芯片器件廠商努力和用戶選擇的目標(biāo)。

3、設(shè)備層面

數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備主要有：計(jì)算機(jī)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、通訊設(shè)備、存儲設(shè)備等。

服務(wù)器設(shè)備在數(shù)據(jù)中心中是一項(xiàng)重要的設(shè)備，占有較多的數(shù)量和空間，也是數(shù)據(jù)中心中能耗較多的設(shè)備。近年來，服務(wù)器的形式發(fā)生了較大的變化。由原來的主機(jī)式、落地式到現(xiàn)在的機(jī)架式、刀片式。刀片服務(wù)器密度較高比機(jī)架式服務(wù)器消耗電能要少。

所謂刀片式服務(wù)器，就是指服務(wù)器外形扁而平，活像個(gè)刀片，于是形象的叫做“刀片服務(wù)器”。在標(biāo)準(zhǔn)高度的機(jī)架式機(jī)箱內(nèi)可插裝多個(gè)卡式的服務(wù)器單元（即刀片，其實(shí)際上是符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的板卡，上有處理器、內(nèi)存和硬盤等，并安裝了操作系統(tǒng)，因此一個(gè)刀片就是一臺小型服務(wù)器），這一張張的刀片組合起來，進(jìn)行數(shù)據(jù)的互通和共享，在系統(tǒng)軟件的協(xié)調(diào)下同步工作就可以變成高可用和高密度的新型服務(wù)器。

這些刀片服務(wù)器共用系統(tǒng)背板、冗余電源、冗余風(fēng)扇、網(wǎng)絡(luò)端口、光驅(qū)、軟驅(qū)、鍵盤、顯示器和鼠標(biāo)，一個(gè)機(jī)箱對外就是一臺服務(wù)器，而且多個(gè)刀片機(jī)箱還可以級聯(lián)，形成更大的集群系統(tǒng)。因?yàn)橐粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架式機(jī)箱通常內(nèi)置了8～14個(gè)刀片服務(wù)器，這些服務(wù)器是共用冗余電源，所以服務(wù)器電源的工作效率得到很大提升。而刀片服務(wù)器因?yàn)轶w積小，與同等速度與配置的機(jī)架式服務(wù)器相比，更加省電與節(jié)能。

服務(wù)器等IT設(shè)備要考慮選用高性能的芯片、低能耗器件，并具有冗余電源和冗余散熱送風(fēng)設(shè)施和動(dòng)態(tài)管理模式。

IT設(shè)備需選用低功耗的產(chǎn)品和選用有效用電率高的產(chǎn)品。IT設(shè)備采用低損耗的直流供電方式是未來的一種趨勢。

4、設(shè)施層面

為IT設(shè)備提供支持保障的數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施主要為：備用發(fā)電機(jī)、UPS不間斷電源、配電設(shè)備、空調(diào)設(shè)備、照明設(shè)備、消防設(shè)備、安防設(shè)備等。

數(shù)據(jù)中心常用柴油備用發(fā)電機(jī)、電池、UPS主機(jī)等構(gòu)成備用及不間斷電源系統(tǒng)。由于發(fā)電采用柴油為動(dòng)力燃料，運(yùn)行時(shí)需作通風(fēng)、排煙及噪聲處理。而電池采用免維護(hù)密封鉛酸蓄電池，均對環(huán)境有一定的影響。對此， 采用“綠色”的替代技術(shù)與產(chǎn)品將成為一種趨勢，如：可再生能源的生物燃料（生物柴油、植物油、乙醇、甲醇等）；生物柴油不含鉛和硫，無毒、滲漏可降解；金屬化鎳氫電池；綜合燃料電池系統(tǒng)（可替代電池組和柴油發(fā)電機(jī)）；無需傳統(tǒng)蓄電池而采用磁懸浮飛輪儲能技術(shù)的UPS電源系統(tǒng)等。

UPS不間斷電源主機(jī)的“綠色”主要涉及：采用數(shù)字控制技術(shù)，具有精度高，抗干擾能力強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)對故障診斷和隔離， 易于監(jiān)控和管理。選用高效節(jié)能的UPS應(yīng)具有實(shí)現(xiàn)交流電源的功率因數(shù)校正和電流諧波抑制、輸入諧波失真低、功率因數(shù)高、非線性負(fù)載的適應(yīng)能力強(qiáng)、在低負(fù)載率下也能具有高效率。UPS模塊化方式可隨需而變、靈活擴(kuò)容。與IT設(shè)備配套采用免逆變的直流供電方式等。

空調(diào)設(shè)備在綠色數(shù)據(jù)中心中成為主要的關(guān)注對象。空調(diào)設(shè)備由原來的針對機(jī)房房間的獨(dú)立機(jī)柜式發(fā)展為針對IT設(shè)備機(jī)柜列組的區(qū)域機(jī)柜式，針對高密度設(shè)備機(jī)柜的門板式、側(cè)板式、頂置式和彌補(bǔ)下送風(fēng)不足的吊裝式、吊頂式等。冷源也由常用的風(fēng)冷式、水冷式發(fā)展為冷凍水式、乙二醇水溶液式、乙二醇自然冷卻式、自然低溫空氣冷卻式、雙冷源式等?？照{(diào)設(shè)備的多樣化形式和冷媒多樣化，其目的是為能夠具有針對性地選擇，以取得更有效的制冷效果和更高能效比。

空調(diào)設(shè)備選用制冷性能系數(shù)、能效比高的空調(diào)設(shè)備。采用精密制冷和動(dòng)態(tài)智能散熱技術(shù)，對IT設(shè)備機(jī)柜采用熱傳感器進(jìn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)檢測，通過軟件計(jì)算散熱需求，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，精確制冷。有效地降低能耗成本。

照明設(shè)備選擇高效節(jié)能型的光源、燈具及附件。場地的照度、照度均勻度等照明指標(biāo)以及照明負(fù)荷功率密度值按照《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求進(jìn)行照明配置。采用高效、靈活、組合式照明控制系統(tǒng)。

5、軟件層面

虛擬化是通過軟件實(shí)現(xiàn)硬件“綠色節(jié)能”的一種有效手段。虛擬化技術(shù)是合并多臺低端使用率比較低的IT設(shè)備（服務(wù)器設(shè)備和存儲設(shè)備）到一臺或少量的幾臺高端IT設(shè)備上運(yùn)行。如：可以將一臺物理服務(wù)器虛擬劃分成多個(gè)相互隔離的小服務(wù)器，并且每個(gè)虛擬的小服務(wù)器都擁有獨(dú)立的IP。虛擬化可以提高系統(tǒng)適應(yīng)性，提高IT設(shè)備的有效利用率，同時(shí)降低設(shè)備的使用能耗。

電源管理軟件也是一個(gè)可有效降低電源消耗的工具。IT設(shè)備的處理器都有的電源節(jié)流裝置，可采用電源管理軟件設(shè)置管理策略控制電源損耗，還可對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測、統(tǒng)計(jì)、控制電源消耗狀況。

環(huán)境設(shè)備監(jiān)控軟件具有對環(huán)境及空調(diào)設(shè)備、電氣設(shè)備照明設(shè)備等進(jìn)行顯示、記錄、計(jì)量、控制、報(bào)警、趨勢分析和提示功能。以先進(jìn)的技術(shù)和合理的方式達(dá)到節(jié)約能耗的目的。

6、場地層面

場地是IT關(guān)鍵設(shè)備、IT基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備安置場所也是人員的工作場所。

場地合理的總體規(guī)劃、空間與平面布局是采用“綠色”技術(shù)實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)?？傮w規(guī)劃確定場地的等級規(guī)模和系統(tǒng)構(gòu)成?？臻g與平面布局確定場地的分隔和設(shè)備的布局?，F(xiàn)行場地采用密閉護(hù)圍、大空間、少隔斷、適宜的空間容積（架高、凈高、層高）、人機(jī)區(qū)域分離等都是其所推崇的設(shè)計(jì)理念與節(jié)能策略。

場地中的IT設(shè)備區(qū)域的布置，應(yīng)根據(jù)IT設(shè)備種類、系統(tǒng)成組特性、設(shè)備的發(fā)熱量、機(jī)柜內(nèi)設(shè)備布置密度、設(shè)備與機(jī)柜工藝所確定的冷卻方式等要素，合理地考慮機(jī)房區(qū)域、機(jī)柜列組、機(jī)柜內(nèi)部這三個(gè)層面的空調(diào)制冷的氣流組織，包括空調(diào)設(shè)備的位置布置、送回風(fēng)方式、送風(fēng)口設(shè)置、回風(fēng)口設(shè)置等。采用“冷端”與“熱端”的送回風(fēng)通道、平衡和散列高密度機(jī)柜中的設(shè)備布置等是主要的氣流組織節(jié)能策略。

在場地中，現(xiàn)行均以機(jī)柜為IT設(shè)備承載安裝方式，特別是IT設(shè)備高密度的流行趨勢，需要機(jī)柜具有60％至80％的高通孔率以達(dá)到良好的散熱性能，配置CPU、安置電流、溫度、濕度、熱量傳感器，實(shí)現(xiàn)精密配電和精確制冷提高機(jī)柜單元的能效。

7、建筑層面

數(shù)據(jù)中心通常是一幢建筑物或建筑物的一部分。在數(shù)據(jù)中心中，通過空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行來確保IT設(shè)備運(yùn)行所需要特定的溫濕度環(huán)境。所以數(shù)據(jù)中心建筑物的建筑護(hù)圍的熱工特性是影晌空調(diào)設(shè)備能效的重要因素，是節(jié)能的重點(diǎn)關(guān)注對象。

采用復(fù)合墻體節(jié)能技術(shù)工藝，在墻體主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加一層或幾層復(fù)合的絕熱保溫材料來改善整個(gè)墻體的熱工性能。復(fù)合墻體節(jié)能技術(shù)工藝根據(jù)保溫材料在墻體中的位置分為：內(nèi)保溫（是數(shù)據(jù)中心建設(shè)最常用的一種形式）、中保溫、組合保溫和外保溫四種。通常采用的保溫材料有：礦巖棉、聚苯板、聚氨醋、石膏板等。選用的保溫材料傳熱系數(shù)值越小或熱惰性指標(biāo)值越大，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱能力越低，其保溫隔熱性能越好越有利于節(jié)能。

8、環(huán)境層面

綠色節(jié)能主要關(guān)注的是各類資源的合理利用和環(huán)境保護(hù)。

數(shù)據(jù)中心的建筑施工需充分利用當(dāng)?shù)毓?yīng)的可再生材料建設(shè)，最大限度地節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、低電磁輻射、低噪音、限制使用有害物質(zhì)保護(hù)環(huán)境和減少污染。在數(shù)據(jù)中心的支持區(qū)和輔助房間等區(qū)域適當(dāng)?shù)乩锰烊还庠礊閿?shù)據(jù)中心的工作人員提供健康、適用和高效的使用空間， 與自然和諧共生的建筑內(nèi)外環(huán)境。

9、管理層面

管理是一項(xiàng)涉及廣泛、內(nèi)容多樣的工作。有運(yùn)用國家政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)過程的管理，也有綠色數(shù)據(jù)中心運(yùn)營階段的管理。

在現(xiàn)行日常運(yùn)營成本（主要是能耗成本）占總體成本的比例呈逐年上升趨勢的情況下，建設(shè)階段需要關(guān)注工程先期設(shè)計(jì)的合理性和適用性，充分地考慮如何在建設(shè)期和運(yùn)營期內(nèi)降低日常運(yùn)營成本（能耗成本）。運(yùn)營階段通過IT應(yīng)用系統(tǒng)的整合運(yùn)營管理方案的優(yōu)化，保持“綠色”提高能效，通過管理努力降低總體擁有成本，提高數(shù)據(jù)中心的整體經(jīng)濟(jì)效用比。

具體措施如下：

1、使用已有的房屋組建數(shù)據(jù)中心。

2、采用總體的節(jié)能設(shè)計(jì)和綠色節(jié)能的裝修。

裝修措施如下：

（1）減少裝修鋁材使用量

鋁是能耗最大的金屬冶煉產(chǎn)品之一。減少1千克裝修用鋁材，可節(jié)能約9．6千克標(biāo)準(zhǔn)煤，相應(yīng)減排二氧化碳24．7千克。如果全國每年2000萬戶左右的家庭裝修能做到這一點(diǎn)，那么可節(jié)能約19．1萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳49．4萬噸。

（2）減少裝修鋼材使用量

鋼材是住宅裝修最常用的材料之一，鋼材生產(chǎn)也是耗能排碳的大戶。減少1千克裝修用鋼材，可節(jié)能約0．74千克標(biāo)準(zhǔn)煤，相應(yīng)減排二氧化碳1．9千克。如果全國每年2000萬戶左右的家庭裝修能做到這一點(diǎn)，那么可節(jié)能約1．4萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳3．8萬噸。

（3）減少裝修木材使用量

適當(dāng)減少裝修木材使用量，不但保護(hù)森林，增加二氧化碳吸收量，而且減少了木材加工、運(yùn)輸過程中的能源消耗。少使用0．1立方米裝修用的木材，可節(jié)能約25千克標(biāo)準(zhǔn)煤，相應(yīng)減排二氧化碳64．3千克。如果全國每年2000萬戶左右的家庭裝修能做到這一點(diǎn)，那么可節(jié)能約50萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳129萬噸。

（4）減少建筑陶瓷使用量

家庭裝修時(shí)使用陶瓷能使住宅更美觀。不過，浪費(fèi)也就此產(chǎn)生，部分家庭甚至存在奢侈裝修的現(xiàn)象。節(jié)約1平方米的建筑陶瓷，可節(jié)能約6千克標(biāo)準(zhǔn)煤，相應(yīng)減排二氧化碳15．4千克。如果全國每年2000萬戶左右的家庭裝修能做到這一點(diǎn)，那么可節(jié)能約12萬噸，減排二氧化碳30．8萬噸。

3、服務(wù)器設(shè)備采用節(jié)能高效的刀片式服務(wù)器。PC設(shè)備減少顯示器的配置。

4、電源采用UPS設(shè)備，空調(diào)制冷采用行級制冷，優(yōu)化氣流。照明采用節(jié)能燈具。

5、使用電源管理軟件控制電能使用。

6、安全方面設(shè)置煙感、門禁、水浸、紅外等。

7、完善數(shù)據(jù)中心管理措施。