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　　1、淺析數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排 淺析數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排 【摘要】能耗居高不下已經(jīng)成為制約數(shù)據(jù)中心開展的一大因素，而節(jié)能減排是貫穿數(shù)據(jù)中心全生命周期的重要工作。通過提高IT設(shè)備能效利用率、降低配套設(shè)施能耗這兩方面剖析了數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的重點方向，并提出新建和已有數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的措施，為數(shù)據(jù)中心帶來長遠(yuǎn)健康的開展。 【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)中心 節(jié)能減排 PUE UPS 中圖分類號：TK01+8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-1010-14- 1 概述 隨著虛擬化技術(shù)的日益成熟，云計算和大數(shù)據(jù)應(yīng)用需求的不斷增長，數(shù)據(jù)中心迎來了又一次大開展。各互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和運(yùn)營商紛紛開始大規(guī)模建設(shè)數(shù)據(jù)中心，但是能耗本錢居高不下成為

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　　2、制約數(shù)據(jù)中心開展的首要問題。綠色節(jié)能成為數(shù)據(jù)中心開展的必然趨勢。 2 節(jié)能減排重點方向 目前衡量數(shù)據(jù)中心節(jié)能的重要指標(biāo)為PUE，計算公式如下： PUE=數(shù)據(jù)中心總能耗/IT設(shè)備總能耗=/IT設(shè)備總能耗 由公式可知，PUE值越接近1，說明數(shù)據(jù)中心能效比越好，越節(jié)能。但是這個數(shù)值僅能說明IT設(shè)備與保障IT設(shè)備正常運(yùn)行的配套設(shè)施的能耗比例，無法評估IT設(shè)備本身的能效利用率。 數(shù)據(jù)節(jié)能措施應(yīng)集中在以下兩個方面： 提高IT設(shè)備能效利用率，即在保持同樣計算能力的前提下，降低設(shè)備功耗； 降低配套設(shè)施能耗，即降低PUE值。 2.1提高IT設(shè)備能效利用率 IT設(shè)備是數(shù)據(jù)中心的核心，所有的設(shè)施均為IT設(shè)備效勞。提

　　3、高IT設(shè)備的能效利用率是數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排的重中之重。 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心普遍存在IT設(shè)備利用率不高的問題，例如：效勞器設(shè)備的CPU和內(nèi)存利用率較低，設(shè)備能力沒有“物盡其用，在浪費(fèi)設(shè)備資源的同時，也浪費(fèi)了機(jī)房空間、電力和空調(diào)等配套資源。 提高IT設(shè)備能效可從以下兩個方面入手： 新技術(shù)、新設(shè)備的使用 隨著時代開展，CPU、內(nèi)存和硬盤等技術(shù)日新月異，同樣計算能力的設(shè)備體積越來越小，所需功耗也越來越低。同時，虛擬化、云計算技術(shù)的出現(xiàn)使計算和存儲資源可進(jìn)行池化，根據(jù)不用的業(yè)務(wù)按需提供效勞，這使業(yè)務(wù)對設(shè)備的耦合度大大降低，為數(shù)據(jù)中心同時使用不同廠家、不同型號和不同技術(shù)背景的設(shè)備提供了可行性。 因此，數(shù)據(jù)中心在選

　　4、擇設(shè)備時，要同時關(guān)注設(shè)備性能和設(shè)備功耗；做好設(shè)備更換的方案，當(dāng)設(shè)備的計算能力與設(shè)備所消耗能源不匹配時，應(yīng)及時進(jìn)行更換，優(yōu)先選擇能效比擬好的設(shè)備；同時在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用各種新技術(shù)，保證設(shè)備更換不影響業(yè)務(wù)。 進(jìn)行設(shè)備定制 目前數(shù)據(jù)中心大多使用的是通用設(shè)備，但是計算密集型業(yè)務(wù)和存儲密集型業(yè)務(wù)對設(shè)備的需求不同，使用通用設(shè)備勢必會浪費(fèi)設(shè)備局部資源，即使通過云計算等技術(shù)對資源進(jìn)行池化，仍然無法很好地解決通用設(shè)備存在的問題。因此，根據(jù)業(yè)務(wù)需求定制設(shè)備將是數(shù)據(jù)中心開展的一個趨勢。 隨著精細(xì)化運(yùn)營的開展，業(yè)務(wù)種類不斷豐富，用戶對業(yè)務(wù)SLA的要求也不斷提高，在系統(tǒng)建設(shè)中大多采用模塊化的建設(shè)方式，不同的模塊滿足不同的業(yè)

　　5、務(wù)需求，這也為定制化效勞器的應(yīng)用提供了有利條件，不同的模塊可以采用不同的定制設(shè)備與業(yè)務(wù)緊密耦合，提高設(shè)備的利用率。 同時，定制化設(shè)備還可以充分考慮節(jié)能減排的需求，優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，采用新技術(shù)，減少設(shè)備對配套設(shè)施的需求，從而到達(dá)降低數(shù)據(jù)中心整體能耗的目的。 2.2降低配套設(shè)施能耗 配套設(shè)施是保障IT設(shè)備正常運(yùn)行的重要設(shè)備，包括制冷系統(tǒng)、電力供給系統(tǒng)和照明等。 制冷系統(tǒng) 1現(xiàn)狀 制冷系統(tǒng)目前的主要表現(xiàn)形式就是空調(diào)，空調(diào)系統(tǒng)是與機(jī)樓同時進(jìn)行規(guī)劃和建設(shè)的，建好后改造的難度很大，因此在初期規(guī)劃時就必須充分考慮各方面的因素，盡量做到節(jié)能?？照{(diào)系統(tǒng)節(jié)能的主要手段是自然冷源的利用，如天氣寒冷的地區(qū)，全年的大局部時

　　6、間可以直接利用外界冷空氣進(jìn)行除塵、加濕或除濕后為機(jī)房提供冷量。 空調(diào)系統(tǒng)的冷量是通過合理的氣流組織傳送到IT設(shè)備的，衡量氣流組織是否合理的標(biāo)準(zhǔn)為：冷量是否第一時間被IT設(shè)備利用、冷熱氣流是否被有效隔離。目前應(yīng)用較多的下送風(fēng)上回風(fēng)、冷熱通道設(shè)計、封閉冷通道或熱通道等手段都是出于上述因素的考慮。 2開展趨勢 傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)無論怎樣設(shè)計，都是數(shù)據(jù)中心的“耗電大戶，因此未來制冷系統(tǒng)的開展趨勢是制冷末端無限靠近熱源，實現(xiàn)精確制冷。 傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心多數(shù)以機(jī)房為單位進(jìn)行制冷，目前應(yīng)用較多的模塊化機(jī)房是以模塊為單位進(jìn)行制冷，其效率相比傳統(tǒng)的機(jī)房級制冷大大提高；隨著技術(shù)的開展，機(jī)架水冷背板、效勞器熱管等機(jī)架級和設(shè)

　　7、備級的制冷技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其目的就是使制冷系統(tǒng)直接作用于熱源，實現(xiàn)精確制冷，這些技術(shù)的應(yīng)用勢必使數(shù)據(jù)制冷效率又有了質(zhì)的飛躍。同時，新技術(shù)的產(chǎn)生催生了數(shù)據(jù)中心“去空調(diào)化的建設(shè)模式，這不僅大大提高制冷效率，降低制冷設(shè)備功耗，也節(jié)省了機(jī)樓的建設(shè)本錢。 電力系統(tǒng) 電力系統(tǒng)節(jié)能的重點是提高電力設(shè)備轉(zhuǎn)換效率，降低線現(xiàn)狀 目前數(shù)據(jù)中心大多使用UPS為IT設(shè)備提供220V交流電，其較高的電壓相比-48V的直流電源系統(tǒng)有效地降低了線損，節(jié)約電源線纜的投資。但是UPS設(shè)備需要對市電進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)換整流和逆變，且為了保證數(shù)據(jù)中心的可靠性，UPS一般都采用N+1、2N等備份方式，大大降低了UPS的負(fù)載，UPS設(shè)備在

　　8、低負(fù)載狀態(tài)下工作，轉(zhuǎn)換效率較低，使UPS本身消耗了較多的電能。為了解決這個問題，可采用以下方式： 模塊化UPS：模塊化UPS的工作原理與傳統(tǒng)UPS相似，仍然需要兩次電力轉(zhuǎn)換，但是可以像直流開關(guān)電源一樣，通過模塊備份的方式解決高可用的問題，從而提高了UPS設(shè)備負(fù)載，有效地提高轉(zhuǎn)換效率； 高壓直流系統(tǒng)：直流開關(guān)電源系統(tǒng)只需要對外電進(jìn)行一次整流變換，比UPS設(shè)備具有天然的優(yōu)勢，但是傳統(tǒng)的-48V系統(tǒng)線損太大，而高壓直流系統(tǒng)采用240V或336V的高壓直流為設(shè)備供電，解決了線損大的問題，是目前效率較高的供電方式； 市電直供：外電無需進(jìn)行整流和逆變轉(zhuǎn)換而直接為設(shè)備供電，效率最高，但是存在電力高保障如何解

　　9、決的問題，這種方式一般會配合飛輪UPS等設(shè)備使用，目前應(yīng)用還不成熟，且造價較高。 2開展趨勢 高壓直流擁有轉(zhuǎn)換效率高、技術(shù)簡單、維護(hù)本錢較低的天然優(yōu)勢，是諸多新建數(shù)據(jù)中心的首選供電方式。此外，蓄電池是提供電力高保障的重要設(shè)備，電池組的后備時間越長，所需的充電功率越大，技能效果越差，但得到的電力保障就越高。因此，要權(quán)衡電力高保障與節(jié)能需求，配置合理的電池后備時間。 隨著飛輪儲能技術(shù)和發(fā)電機(jī)并機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，市電直供將是效率更高的方式，省去了電力轉(zhuǎn)換設(shè)備和蓄電池組。 3 節(jié)能減排措施 3.1新建數(shù)據(jù)中心 隨著互聯(lián)網(wǎng)和云計算等新技術(shù)的出現(xiàn)，使數(shù)據(jù)中心的位置與用戶所在地之間的耦合度逐步降低，數(shù)據(jù)中心的選

　　10、址應(yīng)更注重電力資源是否充足、是否具備自然冷源等與節(jié)能減排相關(guān)的因素。 在數(shù)據(jù)中心機(jī)樓規(guī)劃時應(yīng)明確數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)類型、IT設(shè)備的具體需求，并將IT需求轉(zhuǎn)化成機(jī)樓的建設(shè)需求。充分考慮自然冷源的利用、制冷系統(tǒng)靠近熱源等新技術(shù)的應(yīng)用；同時明確電力系統(tǒng)的保障等級，根據(jù)實際情況選擇高效的電力供給方式。 在IT系統(tǒng)建設(shè)過程中，以業(yè)務(wù)為導(dǎo)向，采用模塊化建設(shè)的方式，不同模塊滿足不同的業(yè)務(wù)需求；同時積極采用各種新技術(shù)、新設(shè)備，提高設(shè)備利用率。 新建數(shù)據(jù)中心可采用的節(jié)能減排措施和相關(guān)的新技術(shù)很多，但必須因地制宜，權(quán)衡業(yè)務(wù)需求、建設(shè)本錢和節(jié)能效果等各種因素科學(xué)地進(jìn)行選擇。 3.2已有數(shù)據(jù)中心 已有數(shù)據(jù)中心無法對機(jī)樓結(jié)

　　11、構(gòu)和基建配套進(jìn)行大規(guī)模改造，已有設(shè)施對高功耗設(shè)備的匹配度較低，在電力和空調(diào)系統(tǒng)方面可采用新技術(shù)的空間較小。因此，已有數(shù)據(jù)中心節(jié)能減排需在IT設(shè)備使用、IT系統(tǒng)新技術(shù)、電源設(shè)備、空調(diào)系統(tǒng)末端和氣流組織、運(yùn)維管理等方面下功夫。 IT設(shè)備使用及IT系統(tǒng)新技術(shù)應(yīng)用 由于已有數(shù)據(jù)中心對高密度設(shè)備的匹配度較低，因此應(yīng)盡量使用計算能力強(qiáng)、功耗較小的設(shè)備，條件具備可使用定制化設(shè)備，以到達(dá)設(shè)備與業(yè)務(wù)、設(shè)備與機(jī)房配套的高度匹配，充分利用機(jī)房的各種資源。 除了使用高效的設(shè)備外，還可采用虛擬化、云計算等新技術(shù)形成池化資源池，降低業(yè)務(wù)對單一設(shè)備的性能要求，同時提高設(shè)備與機(jī)房的匹配度。 電源設(shè)備 已有數(shù)據(jù)中心一般發(fā)電機(jī)、

　　12、變壓器等屬于基建范疇的電力設(shè)備很難進(jìn)行改造，但是靠近IT設(shè)備側(cè)的電源設(shè)備可以改造，可根據(jù)實際情況采用模塊化UPS、高壓直流等技術(shù)手段，減少電源設(shè)備本身的電力消耗，從而到達(dá)節(jié)能減排的效果。 此外，很多已有數(shù)據(jù)中心參照以往傳輸機(jī)房的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，蓄電池的后備時間配置長達(dá)幾個小時，數(shù)據(jù)中心一般都配置有柴油發(fā)電機(jī)，從外電停電到油機(jī)啟動只需要幾分鐘甚至幾十秒的時間，配置過長的電池后備時間只能是浪費(fèi)電池的充電功率，而對于提高數(shù)據(jù)中心的高保障收效甚微。因此，需因地制宜合理配置電源設(shè)備。 空調(diào)末端和氣流組織 空調(diào)系統(tǒng)一般與基建建設(shè)息息相關(guān)，尤其是中央空調(diào)系統(tǒng)，其主機(jī)和管路與建筑緊密耦合，任何部件的改造都將牽一發(fā)而

　　13、動全身。因此，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能最好在末端設(shè)備和機(jī)房的氣流組織等方面來實現(xiàn)。 空調(diào)末端可采用根據(jù)實際情況關(guān)閉加濕或除濕功能，適當(dāng)提高機(jī)房溫度等手段節(jié)能。對于局部熱點，可增加局部制冷設(shè)備應(yīng)對，防止調(diào)整整個機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)。 機(jī)房的氣流組織改造對于已有數(shù)據(jù)中心來說是節(jié)能減排的重要手段。已有數(shù)據(jù)中心一般都存在先冷環(huán)境再冷設(shè)備、冷熱氣流混合等問題，通過機(jī)房布局和設(shè)備機(jī)架改造，以及增加少量的冷熱氣流隔斷設(shè)施，可以有效解決氣流組織的問題，提高冷空氣利用率，從而實現(xiàn)節(jié)能。 運(yùn)維管理 運(yùn)維管理水平直接影響數(shù)據(jù)中心的節(jié)能效果。如設(shè)備的電力使用情況管理，很多數(shù)據(jù)中心設(shè)備上電是以設(shè)備的標(biāo)稱功耗為依據(jù)的，假設(shè)機(jī)架的平均功耗

　　14、是3kW，那么機(jī)架內(nèi)設(shè)備的標(biāo)稱功耗之和不得超過3kW，這樣可充分保證電力使用的平安性。但是設(shè)備實際的運(yùn)行功耗遠(yuǎn)低于標(biāo)稱功耗，同時機(jī)房的電力和空調(diào)資源都是按照3kW的實際使用功耗來配置，因此這種方式造成了電力和空調(diào)資源的大量浪費(fèi)。 針對上述情況，采用有效的電力監(jiān)控手段、斷電后設(shè)備錯峰上電和以設(shè)備實際運(yùn)行功耗作為設(shè)備上架的依據(jù)等手段，可大大提高機(jī)房配套設(shè)施的利用率，并提高機(jī)房裝機(jī)率。當(dāng)然，這種方式給運(yùn)維工作帶來一定的挑戰(zhàn)，所以有效地配置維護(hù)人員、開發(fā)有效的運(yùn)維工具，并通過良好的流程將運(yùn)維工作貫穿起來，進(jìn)而全面提升數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理水平，是對于節(jié)能減排來說投入最小、收效最快的方式。 4 展望 節(jié)能減排

　　15、是貫穿數(shù)據(jù)中心全生命周期的重要因素，同時也是貫穿機(jī)樓建設(shè)、配套建設(shè)、IT系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)維管理等數(shù)據(jù)中心所涉及的所有工作。隨著科技的進(jìn)步，新技術(shù)層出不窮，模塊化機(jī)房、集裝箱機(jī)房的出現(xiàn)已經(jīng)顛覆了傳統(tǒng)機(jī)房的建設(shè)模式；定制設(shè)備、云計算等技術(shù)也大大改變的IT系統(tǒng)建設(shè)模式。因此，節(jié)能減排措施的選擇也應(yīng)與時俱進(jìn)、因地制宜，根據(jù)數(shù)據(jù)中心所在地、承當(dāng)?shù)臉I(yè)務(wù)類型、運(yùn)維力量、數(shù)據(jù)中心開展階段以及新技術(shù)的成熟度等因素，選擇適合數(shù)據(jù)中心長遠(yuǎn)健康開展的方式。 參考文獻(xiàn)： 【1】litao984lt. 數(shù)據(jù)中心能源使用效率PUE之外的效率EB/OL.2021-06-20. ：/wwjifang360/news/2021122

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