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通信机房节能降耗的措施
返回列表 来源: 纵横通品牌 发布日期: 2021.09.20 浏览: 1

注:本文摘自万国数据新书《数据中心建设管理与指南》


绿色数据中心建设包含一整套设计思想和实施方法,而不是简单地购买节能产品就能实现。最高效的数据中心不一定就是绿色的。建设绿色数据中心需要从整体上把握,考虑选址、环境、物理建筑、基础设施、员工、系统建设和维护等众多因素。绿色数据中心的节能效果就像是一条长尾曲线,其前端通常由建筑群体能耗、服务器能耗、空调能耗、UPS能耗等“大指标”组成,而曲线的尾部则由气流组织设计、设备摆放位置、机柜和服务器之间的距离、维护难易程度等无数“小指标”组成。如果没有整体设计思想和实施方法,即使抓住了全部的“大指标”,也难以达到理想的绿色效果。

通信机房节能降耗的措施

     根据数据中心内各类设备的能耗分析,所谓的“大指标”主要包括IT设备运行能耗、保证IT设备运行的配套设施能耗、建筑物能耗三个方面。

1.通信机房节能降耗的措施-- IT设备运行能耗

     IT设备能耗是影响数据中心总体能耗的根本原因之一。如何减少IT设备能耗是各大设备厂商不断研究的课题。设备厂商纷纷推出能耗低效率高的产品,例如,通过改造产品电源,可将产品原有电源效率从70%提高到90%以上。若要进一步降低IT设备的能耗,IT系统的运维管理也非常重要,例如,关闭闲置设备,开启设备电源智能管理系统,使设备根据需要自动调节设备电源输出能力等。

但多数数据中心在规划之初,要做到准确规划IT设备的具体型号、装机数量和电力需求具有相当大的难度,尤其是远期规划则更加难以预测。因此,在数据中心的规划建设过程中,只能依据经验数据和参照同行业现状,给出IT设备的总体能耗指标,设定数据中心的最大服务能力。

通信机房节能降耗的措施

2. 通信机房节能降耗的措施-- 保证IT设备运行的配套设施能耗

     配套设施主要包括供配电系统和空调冷却系统。经过相关机构对目前世界各地数据中心的抽样调查所取得的数据表明,配套设施的能耗约占数据中心总能耗的70%,这个数值相当可观。由于配电系统设备和空调系统设备的系统设计、工作方式、系统配置和设备选型存在明显差异,对系统的工作效率有很大的影响,因此,配套设施的节能应作为数据中心节能最重要的主攻方向。

3. 通信机房节能降耗的措施-- 建筑物本身的能耗

      降低建筑物围护结构能耗是我国政府和相关行业非常重视的问题,近年来出台了相关的规范和建筑节能标准。建筑物围护结构能耗在数据中心总体能耗中占有一定的比例,也是节能降耗应该重点关注的一个方面。

      实际建设过程中的情况又是怎样呢?目前国内多数情况下是通过改造现有建筑体来构建数据中心,对建筑体本身的“绿色”考虑不足,这也是经常被忽略的一个因素。很显然,绿色数据中心首先应当是绿色建筑。所谓“绿色建筑”实际上是一个宽泛的理念,它既包括了建筑体本身的“绿色”,同时又要求建筑体在其整个生命周期都应该是绿色的,包括废弃阶段。

      数据中心建设在总体设计中,主要从TCO、总体空间规划、合理气流组织、系统融合构建等方面考虑节能途径与节能措施。数据中心的总体设计更需要关注工程初期设计的合理性和适用性,充分考虑到如何在建设期和运营期内降低数据中心的日常运营成本,即能耗成本,同时降低数据中心的TCO,以提高数据中心的整体经济效用比。

通信机房节能降耗的措施

      目前,专业化、高等级的数据中心已从一幢建筑体逐渐发展成为建筑群体。例如,灾难备份中心包括数据中心机房主体建筑、动力中心、办公楼、配套研发楼和生活辅助楼等。数据中心合理的总体规划、空间与平面布局是依据建设需求进行总体设计的第一步,也是重要的一步。总体规划确定数据中心的等级规模和系统构成,空间与平面布局确定数据中心机房的场地分隔、工作流程以及建设工艺。现行数据中心采用机房密闭护围、大空间、少隔断、适宜的空间容积、人机区域分离、区域集中监控等,这些都是新一代数据中心空间与平面布局所崇尚的设计理念与节能策略。


1.   建筑围护

      数据中心通过精密空调的运行来确保IT设备运行所需的特定温湿度环境。因此,数据中心建筑围护的热工特性是影响精密空调设备能效的重要因素之一。

      我国地域广阔,各地气候条件差别非常大,全国划分为五个气候区域,建筑节能对不同气候区域的建筑围护结构的保温隔热要求有着不同的规定。

      对于建筑体内的数据中心机房区域,其环境温度和湿度是基于设备环境的要求和机房设计标准而定的,通常需要在符合《公共建筑节能设计标准》的前提下,加强对数据中心机房区域进行建筑热工复合计算和设计处理。同时,根据数据中心所在外部环境、机房区域位置的内外部环境,以及数据中心内各功能区域相邻布局的内部环境,对IT关键设备区域加强措施,合理计算保温隔热的热工参数,选择适宜的围护结构与材料。使用传热系数(K)值小的绝热材料,对顶、地、墙的六方体进行绝热,以减少围护结构四周的传热系数,整体将数据中心的机房区域包裹起来,可以达到较好的密闭保温节能效果。

      对数据中心的主机房区域应当采用无窗密闭护围,以避免和减少进入室内的太阳辐射以及窗或透明幕墙的温差传热,是降低空调能耗的主要途径和措施之一。对数据中心的支持区和辅助房间等功能区采用有窗玻璃护围时,应该控制建筑朝向及窗墙面积比,采用双层玻璃窗或low-e玻璃(幕墙),并辅助采用遮阳设施(外遮阳、内遮阳等)来减少太阳辐射量。

2.   空调系统

      数据中心精密空调设备的主要节能途径和节能措施包括制冷负荷计算、合理设定参数、送回风方式、选用高能效比设备、冷热风预处理以及动态组合运营等。

      计算数据中心制冷负荷包括数据中心机房内设备的散热、建筑围护结构的传热、太阳辐射热、人体散热散湿、照明设备散热和新风负荷等。合理控制数据中心区域内的制冷参数,即设定合理的温湿度。据有关报道,制冷参数变化1℃,可能会产生5%~10%能耗变化。

      高效率地设计和布置送回风方式以及送风与回风通道。选用制冷性能系数和能效比高的空调设备,应当考虑采用高于《公共建筑节能设计标准》规定中建筑空调设备和《计算机和数据处理机房用单元式空气调节机》规定中精密空调设备的最低能效比指标。采用冷热预处理的新风通风换气系统。适当进行空调设备组合配置,能够动态提高制冷系统的效率。对大型数据中心机房空调系统适宜采用制冷性能系数和能效比较高的冷水机组空调系统。

通信机房节能降耗的措施

      精密空调系统需要对温湿度进行精确控制,空调机具有四种功能:制冷、电加热、加湿和除湿。目前多数数据中心采用多台空调独立运行模式,可能会产生某些问题:由于产品的非一致特性、参数设置的不合理以及机房气流组织的不确定性,可能导致同一机房内多台空调运行在不同的状态,即有些空调在加湿状态而有些空调在除湿状态,白白消耗能源。针对上述情况,现在大多数设备厂家推出了精密空调群控系统,使同一机房内的空调系统工作在相同的状态上,从而避免了能源的无谓消耗。

      也有部分用户取消了精密空调机内的小功率加湿器,转而采用独立大功率的加湿系统,同时根据热负荷的实际情况自动调节空调风机送风的变风量系统。目前已有厂家推出了这样的产品,在实际运行中起到了显著的节能效果。虽然在设备采购成本上有所增加,相信在不久的将来,随着技术的发展,产品价格会趋于合理。目前还有一些空调方面的节能方案,已经在节能方面取得了可喜的效果,但由于技术和产品价格等原因,还没有被普遍采用。空调节能主要有以下几种方式:

      1)自然冷却系统。利用冬季气温较低的气候条件,通过盘管换热器为机房提供冷源,节省了空调机组的用电量,这也是目前采用比较多的一种方式。

      2)转轮换热系统。利用转轮换热技术,在换热效率上有了较大的提升,节能效果显著,在新风系统中已有大量的应用,但在机房制冷方面存在设备安装、湿度控制等方面的难题有待技术上的进一步完善,目前还停留在实验阶段。

      3)自然风冷却系统。将冬季室外冷空气经过处理后直接用于IT设备冷却,在冬季较寒冷地区具有非常好的节能效果。但是存在湿度和空气洁净度难以控制等问题,该系统的使用还在尝试阶段。

      4)湿膜制冷系统。利用水分蒸发吸热制冷,主要用于长年湿度较低的地区。目前一些机构正在与厂家联合研制,并已取得一定的成果。

3.   机房配电系统

      配电系统的节能主要依靠系统设计和产品性能的提高。在系统设计上应当采用适合自身需要的设计,避免过度规划。在系统配置上,应根据数据中心设备负载的特性,对系统谐波进行有效的治理。产品性能的提高则有赖于配电设备生产商的技术进步,在产品的选择上用户需要平衡产品性能和价格的关系。对于机房配电系统的建设应关注以下几个方面:

      a.  应当合理规划系统冗余度,重点关注设备运行是否处于高效状态。

      b.  应当关注电力传输电缆运行的经济性选择,在电缆线损与价格上寻找平衡点。不能只关注初期投资成本而忽视长期运行的线损。这是数据中心建设过程中长期被忽视的一个问题。

      c.  变压器应采用损耗低的产品,例如S10型比S9型变压器的空载和负载损耗低10%。

      d.  功率因数补偿。应对配电系统进行功率因数补偿,提高自然功率因数。

      e.  谐波治理。供电系统中的无功功率主要是由相位角和高次谐波造成,治理谐波对提高电能的使用效率至关重要。目前治理的方式主要采用增加无源滤波器、有源吸收滤波器和静止无功发生器等,应根据系统的实际情况合理选择。

      f.   选择高效UPS电源系统。目前常规的UPS电源系统的效率基本可达到93%,有些特殊形式的UPS系统效率高达98%。例如飞轮储能UPS系统,后备电力由高速飞轮提供,省去了蓄电池,在性能提高的同时更加环保,是UPS未来发展的方向之一。但由于后备时间要达到常规系统的相同时间,其产品价格还相当昂贵,目前的使用案例不多。

      g.  选择高效节能照明灯具和智能照明控制系统。在满足眩光和显色要求的前提下,尽量选择高效灯具。智能照明控制系统可以灵活方便的根据需要控制和管理照明系统。

      h.  合理利用自然光源。根据数据中心的地理位置、日照情况进行经济性和技术性比较,合理选择反光及导光系统。目前自然光源导光系统的效率通常在95%,能够充分利用自然光源。由于导光系统的生产厂家还不多,价格相对较高,其推广应用受到一定的限制。