網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)和數據業(yè)務(wù)的快速發(fā)展帶動(dòng)數據產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，使數據中心的規模越來(lái)越大，消耗的電能也越來(lái)越來(lái)多。數據中心用電負荷的幾何級數增長(cháng)，遠遠超過(guò)供電容量的增長(cháng)，用電問(wèn)題已成為制約數據業(yè)務(wù)發(fā)展的瓶頸。據統計，用電成本約占數據中心整體運行成本的60%以上。巨大的用電容量給數據中心的發(fā)展和運營(yíng)帶來(lái)了巨大的壓力，以“綠色、環(huán)保、節能、高效”為理念的綠色數據中心已作為下一代數據中心建設的主要發(fā)展方向。
本文從數據中心的能耗結構分析出發(fā)，從IT設備、空調系統、供配電系統和照明系統等四個(gè)能耗主要構成方面，提出了綠色數據中心的節能解決方案和措施，為如何建設綠色數據中心提供了建議。
數據中心的能耗構成
根據國內外各大權威機構對數據中心能耗結構與組成的調查分析可知，一個(gè)典型的數據中心，其能耗主要由四大塊組成：
- 第一大塊是占數據中心總能耗約50%的IT設備系統，包括服務(wù)器設備、存儲設備和網(wǎng)絡(luò )通信設備等。其中，服務(wù)器設備所占總功耗約40%，存儲設備和網(wǎng)絡(luò )通信設備約占總功耗的10%。
- 第二大塊是占數據中心總能耗約37%的空調系統。其中，空調制冷系統約占總功耗的25%，空調送、回風(fēng)系統約占總功耗的12%。
- 第三大塊是占數據中心總能耗約10%的UPS供配電系統。其中，UPS供電系統約占總功耗的7%，UPS輸入供電系統約占總功耗的3%。
- 數據中心總功耗剩余的3%屬于輔助照明系統。
要降低數據中心能耗，實(shí)現綠色節能減排，最重要的就是降低IT設備的能耗，空調系統、供配電系統和輔助照明系統同樣也是不可忽視的因素。
從上述分析可知，綠色數據中心的節能設計，在滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需要和安全運行的前提下，應集中在IT設備、空調系統節能、電源系統和照明系統節能等四個(gè)方面進(jìn)行節能措施和思路的探索。
IT設備節能
IT設備作為數據中心的第一能耗大戶(hù)，選用低能耗的IT設備是數據中心最重要的節能手段。針對IT設備選用，節能措施主要從設備選型、使用、部署和維護三個(gè)方面考慮。
（1）在設備選型上，首先應結合數據中心的建設標準，根據實(shí)際需求購置、擴容設備，宜選擇擴展性強的設備，對工作環(huán)境溫、濕度要求相對寬松的設備，避免超前使用過(guò)高檔次或高配置的設備。其次，在同等性能條件下，設備選型時(shí)應優(yōu)先選擇散熱能力強、體積小、重輕、噪音低和易于標準機架安裝等的設備。
在技術(shù)選擇上，推薦選擇運用低功耗核CPU處理器、虛擬化運算技術(shù)、刀片式架構、高效電源、動(dòng)態(tài)制冷、電源智能管理功能及“動(dòng)態(tài)休眠”等技術(shù)的設備。設備應能根據系統運行要求及負載狀態(tài)動(dòng)態(tài)調整系統各組件（CPU、硬盤(pán)、外設等）的工作及休眠狀態(tài)，支持任務(wù)隊列的同步智能調度，實(shí)現理想的降耗效果。建議設備整體休眠節能效果最低應達到20%，具有國際/國家/行業(yè)節能等級認證的設備為優(yōu)。
（2）設備使用，在滿(mǎn)足數據中心業(yè)務(wù)安全性的前提下，應盡量提高IT設備的利用率，節省運行設備數量。
- 根據數據中心規模，合理配置維護終端、網(wǎng)管服務(wù)器和KVM設備等的數量；
- 統籌考慮數據中心內的各類(lèi)計算、存儲和網(wǎng)絡(luò )資源，采用松耦合架構配置各類(lèi)資源，實(shí)現資源的共享和靈活調度，可根據資源消耗比例靈活增加或減少某類(lèi)資源的配置，使得資源配置優(yōu)化，真正做到按需最優(yōu)配置。
- 在技術(shù)成熟的條件下，適時(shí)運用虛擬化和集群技術(shù)。
（3）設備部署與維護，為達到良好的IT設備節能降耗效果，建議設備部署與維護中遵循如下原則：
- 機架設備的部署應滿(mǎn)足機房整體布局及冷熱分區的要求，各機架用電量應與機房相應區域的制冷量相適應，設備的進(jìn)排風(fēng)方向應與機房氣流組織的要求一致；
- 合理規劃設備部署，各機架的用電量應盡量均勻，避免出現局部熱島；同機架內盡量部署物理尺寸、用電量及進(jìn)排風(fēng)能力接近的設備，單機架耗電量建議不超過(guò)機房設計的機架平均用電量；當機架用電量差別很大且難以調整時(shí)，應將機房制冷能力及制冷量的分布相結合統一考慮不同功耗的機架位置。
- 機架宜按規劃設計能力飽滿(mǎn)使用，若機架無(wú)法一次裝滿(mǎn)，宜從距離送風(fēng)口較近的空間開(kāi)始安裝設備，設備之間的空隙位置應安裝擋風(fēng)板，防止冷熱風(fēng)短路。
機房空調系統節能
數據中心機房?jì)戎饕渴鸬氖欠⻊?wù)器、存儲設備、交換機、路由器等對環(huán)境溫濕度、潔凈度要求較高的精密設備，對機房環(huán)境有嚴格要求，因此需采用機房精密空調系統。在機房專(zhuān)用空調系統的選擇上，應根據數據中心建設標準、建設規模、建筑條件、機房設備的使用特點(diǎn)、所在地區氣象條件等，結合當地能源結構、價(jià)格政策和環(huán)保規定等因素，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟比較后確定。
（1）空調設備選型和配置原則
- 空調系統設計應根據當地氣候條件采用節能措施，如大型數據中心機房宜采用水冷冷水機組空調系統；北方地區采用水冷冷水機組的機房，冬季可利用室外冷卻塔作為冷源，并應通過(guò)熱交換器對空調冷凍水進(jìn)行降溫。
- 數據中心的機房專(zhuān)用空調制冷設備，按冷源的供給方式可分為單元式空調制冷設備和中央冷源空調制冷設備，空調設備在名義制冷工況和規定條件下，其能效比應不低于《公共建筑節能設計標準》GB50189中的規定，并以數值越高越好。
- 在對空調設備進(jìn)行選型過(guò)程中，機房的熱負荷是重要參數之一。根據《電子信息系統機房設計規范》GB50174，數據中心機房的空調設備額定制冷量的計算，需綜合考慮機房?jì)仍O備的發(fā)熱量、建筑維護結構熱負荷、通過(guò)外窗進(jìn)入的太陽(yáng)輻射熱、照明負荷、補充的新風(fēng)負荷和維護人員的散熱負荷等，并在確定的最大熱負荷量的基礎上留有15~20%的余量。
- 在空調設備數量的配置上，宜每4~5臺配置1臺備用空調，并在每個(gè)機房至少配備1臺備用空調。
- 針對采用冷凍水空調的機房，可采用高溫冷凍水設計。在同樣溫差條件下，蒸發(fā)溫度每升高1℃，能效比可以提高2～3%。同樣，提高蒸發(fā)溫度還有利于利用自然冷源，對于同一個(gè)地區來(lái)說(shuō)，蒸發(fā)溫度越高，每年可利用自然冷源進(jìn)行自然冷卻的時(shí)間就越長(cháng)。
- 合理設計空調設備的回風(fēng)溫度。目前很多數據中心機房都將環(huán)境溫度設定為23℃±1℃，而IT設備發(fā)展到現在，幾乎所有服務(wù)器設備的報警溫度都是32℃，按照這個(gè)數據，可將空調回風(fēng)溫度設置為28～29℃，縮短壓縮機運行時(shí)間從而起到節能左右。
- 采用新技術(shù)，有效充分利用自然冷源的制冷能力。
（2）機房?jì)葰饬鹘M織優(yōu)化
- 根據《電子信息系統機房設計規范》GB50174和《數據中心電信基礎設施標準》TIA-942，數據中心機房機架排列宜采用“面對面、背靠背”布置，形成“冷”和“熱”通道。
- 機房空調宜采用下送風(fēng)、上回風(fēng)方式，架空地板下不應布放各類(lèi)線(xiàn)纜以免影響送風(fēng)效果；合理規劃架空地板高度，確定地板下送風(fēng)斷面風(fēng)速控制在1.5～2.5m/s，架空地板高度不宜小于400mm。
- 機架距離空調設備的距離應大于1200mm，避免出現回風(fēng)短路的情況；當空調設備送風(fēng)距離大于15米時(shí)，需在機房布置空調設備，從機房?jì)蓚人惋L(fēng)。
- 在特殊情況下，必需采用上送風(fēng)、下（側）回風(fēng)方式時(shí)，應采用風(fēng)管送風(fēng)方式，風(fēng)管、送（回）風(fēng)口的尺寸根據機房總熱負荷計算確定。
供配電系統節能
數據中心供配電系統用于提供滿(mǎn)足設備使用的電壓和電流，并保證供電的安全性和可靠性。供配電系統通常由高低壓配電系統、變壓器、UPS系統、蓄電池系統、監控管理系統等系統組成，一個(gè)數據中心的供配電系統通常包括上百臺、甚至上千臺設備。
供配電系統作為數據中心的第三耗能大戶(hù)，在規劃設計時(shí)應根據系統負荷容量、用電設備特點(diǎn)、供電線(xiàn)路距離及分布等因素，從設計、運行和管理等方面采用各種先進(jìn)可行的節能技術(shù)、方法和措施，如采用新型供電技術(shù)提高電源轉換效率，優(yōu)化設計減少線(xiàn)路損耗，無(wú)功補償及諧波治理等等。
（1）供電設備選型
對供電設備進(jìn)行選型時(shí)，建議選用新型節能設備或技術(shù)減少設備自身能耗，提供系統整體節能效果。
例如，針對變壓器，宜選用干式變壓器，或者是空載損耗比更低的非晶合金干式變壓器。針對UPS設備，在相同額定容量時(shí)，可選用高轉換效率的高頻UPS（包括模塊化UPS）等。在滿(mǎn)足IT設備安全可靠運行的條件下，還可以在選用高頻直流供電系統對IT設備進(jìn)行供電，該方式由于省去了逆變環(huán)節，能耗降低，效率相對于傳統塔式UPS大幅提高，模塊化的整塊模塊也更易于維護。
在新型節能技術(shù)方面，宜選用具備“動(dòng)態(tài)休眠”技術(shù)的UPS產(chǎn)品設備，該技術(shù)可在系統負載較低的情況下，與動(dòng)力監控系統相結合自動(dòng)根據當前總負載的大小計算出需工作的整流模塊或UPS數量，實(shí)現對UPS系統的整體效率提升，減少能源在低負載下的浪費。
（2）合理進(jìn)行設備配置
通常來(lái)說(shuō)，數據中心的負載是分步增長(cháng)的。在項目初期，機房設備的負載率一般都較低，導致系統各環(huán)節的效率常常低于設計效率。因此，在規劃設計數據中心時(shí)，應首先對數據中心的近遠期發(fā)展情況進(jìn)行詳細規劃或準確預測，按實(shí)際需求逐批次建設供配電系統，使設備的實(shí)際負載率接近或達到產(chǎn)品設計的最佳負載率，利用率和使用效率達到最優(yōu)，提高設備技術(shù)經(jīng)濟效益，減少設備自身能耗。
（3）合理設計布線(xiàn)路由
首先，要按終期負荷合理計算并選擇電纜電線(xiàn)的截面。對于距離較長(cháng)的供電線(xiàn)路，在滿(mǎn)足敷設條件、載流量、電壓降、熱穩定及保護配合的條件下，可適當增大電纜電線(xiàn)的橫截面積以降低線(xiàn)路損耗。
其次，在布放線(xiàn)纜時(shí)，應對線(xiàn)纜路由進(jìn)行合理規劃和設計，盡量選擇最短路徑減少線(xiàn)纜長(cháng)度，減少不必要的浪費。
此外，還可在數據中心布局規劃時(shí)，合理布置電源機房，使電源設備盡可能地靠近負載，減少長(cháng)距離供電而造成的線(xiàn)路損耗。
（4）無(wú)功補償及諧波治理
通過(guò)合理選擇無(wú)功補償方式、補償點(diǎn)及補償容量，能有效地穩定系統的電壓水平，提高設備運行功率因素，降低線(xiàn)路運行電流。在建設供配電系統時(shí)，應采用并聯(lián)電容器裝置補償無(wú)功，其容量和分組應按照就地補償及不發(fā)生諧振的原則進(jìn)行配置，補償后供電系統的負荷功率因素應滿(mǎn)足當地供電部門(mén)的要求，沒(méi)有無(wú)明確要求時(shí)，功率因素值不宜低于0.9。
此外，交流供電系統內電流總諧波畸變率（THDi）大于10%時(shí)，應根據系統及負荷情況進(jìn)行諧波治理，通過(guò)經(jīng)濟技術(shù)比較，合理配置濾波器。
照明系統節能
對數據中心照明系統進(jìn)行節能降耗，根據建筑布局和照明場(chǎng)所，在滿(mǎn)足國標規定的場(chǎng)所照度和照明功率密度的前提下，合理布置光源、選擇照明方式、光源類(lèi)型是降損節能的最有效方法。具體措施有：
（1）機房?jì)冗x用T8或T5系列三基色直管熒光燈、LED等高效節能光源作為主要的光源，以電子鎮流器取代電感鎮流器，應用電子調光器、延時(shí)開(kāi)關(guān)、光控開(kāi)關(guān)、聲控開(kāi)關(guān)、感應式開(kāi)關(guān)取代蹺板式開(kāi)關(guān)等等，將大幅降低照明能耗和線(xiàn)損。以T5三基色直管熒光燈為例，與普通鹵粉熒光燈相比，在同樣照度的前提下，后者比前者的光效降低30%，即新型節能光源節能達30%。
（2）在滿(mǎn)足眩光限制和配光要求條件下，還應選用效率高的燈具，這也是確定房間照度的因素之一。在同樣照度的前提下，提高燈具效率可減少所需的燈具數量，最終達到節能效果。通常開(kāi)敞式燈具效率不低于75%，格柵燈具不低于60%。
（3）應能對數據中心各區域內燈具的開(kāi)關(guān)進(jìn)行方便、靈活的控制，控制方式可采用智能照明控制或墻壁開(kāi)關(guān)分場(chǎng)景、分區域控制，還可加入紅外、光控、聲控等控制手段。采用照明控制后，可減少不必需的開(kāi)燈，延長(cháng)燈具使用壽命，實(shí)現節能。對開(kāi)關(guān)進(jìn)行分場(chǎng)景、分區域劃分時(shí)，宜遵照以下原則：
- 按機房列間分組；
- 與側窗平行分組；
- 根據維護、值班、安防等不同場(chǎng)景需求自定義程序實(shí)現分組定時(shí)開(kāi)啟/關(guān)閉。
