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数据中心机房节能研究及改进策略探索

作者: 发布时间:2020-01-17 16:37:02 阅读: 51 次

 

  摘要:通过介绍机房节能建设在笔者部门的成功运用,结合原理和实际数据的比较,让大家对绿色节能有更深刻的认识;同时结合笔者自身经验对机房后期节能改进策略进行了探索。

  关键词:机房、绿色、节能、空调、监控系统

  一、引言

  大力开展节能环保工作,对于贯彻落实科学发展观,促进生态文明建设,实施可持续发展具有十分重要的意义。近年来,随着电子政务的快速发展和云计算、物联网等新技术的推广应用,各类数据中心中建设的数量和规模不断增加,机房用电量急剧增加,机房建设和运行节能问题研究已经成为一个重要课题。节能绿色环保是考核数据中心机房建设水平的重要指标之一。采取各种可行的技术措施和管理手段来建设“绿色环保数据中心机房”,越来越受到人们的重视。

IT行业各大研究机构对数据中心机房的能耗统计表明,中心机房能耗分配情况大概如下(如图1所示):IT设备及网络通信设备耗能占51%,空调制冷系统耗能占35%,照明耗能占2.5%,其他损耗占11.5%。因此,数据中心的节能主要从空调、IT设备、网络通信设备、照明等几方面入手。

    

 

                                   (图1

  二、机房建设节能措施的应用

  2011年,德州市投资建设了电子政务中心机房。在机房的规划建设中,充分考虑了节能环保的因素,采用了较为先进的技术策略,取得了较好的效果。通过一年多的应用,比传统模式的机房节省电能30%

  1.安全节能的配电系统

  (1)动力配电系统

   为提高机房内各类配电系统的安全性和扩展性,确保正常供电。机房采用2N+1系统供电,双路市电供电;若一路断电,配电系统将通过ATS设备自动切换到另一路供电;如若两路市电全部断电,则由发电机供电。三重保险确保机房设备安全正常运行。市电动力配电系统主要包括:机房精密空调系统、新风系统、市电插座配电系统、市电照明系统等。机房动力配电系统各主要设备设置独立的空气开关控制,不与其他设备交叉,保证供电的安全性。机房内设置配电箱,机房内各回路电缆通过地板下的金属封闭线槽铺设到位。

这样的配电建设保证了电力供给的安全稳定,各支路线采用JDG钢管铺设,更大程度的减少电力传输所消耗的电能,在源头上减少了线路损耗,据统计相比传统设备节约电能可达3%左右。

  (2UPS设备选用

    对服务器、网络交换等重要的设备,我们采用2UPS供电。两套UPS设备为独立的供电回路,每个回路均能满足计算机机柜的用电负荷,任何一路空开或者线路故障不影响另一路的正常使用。普通UPS在负载50%左右下负载效率仅可达到80%-90%,会造成能源的巨大浪费,我们选用的UPS50%的负载下整机效率为95%-96%,在整机效率上比普通UPS提高4%-5%,以我们的200KVA UPS为例,每年将节约电费非常可观:

200KVA 70%负载计算:140/0.96-140=5.83KW140/0.92-140=12.17KW 两者相差6.34KW6.34KW*24*365*0.8/度≈4.5W元 ,即两台UPS设备每年共节约9万元电费,节能的成果是巨大的。

  2.空调制冷相关节能措施

 我们选用的专业的精密空调,具有冷负荷强度高,设备散热量大,散湿量小的特点。空调送风的焓差小、风量大,空气洁净度高,全年运行可靠性高,能够快速节能除湿,对工作环境的温度适应范围大,保证夏季高温和冬季低温时正常工作等特点。

 冷热通道的构建将直接影响制冷的效果,如果机柜正面朝向同一方向,后方会吸入前方机柜的热量,制冷效果很差。我们采取了下送风,下回风的策略,两排机柜正面面对面,建立冷通道,强化空调的冷却效率,避免造成冷热混风现象。空调冷风送入计算机机房架空地板,以此作为送风静压箱,经过蜂巢板,送入室内和机柜,被加热后的热空气,通过机柜顶部风扇从上部排出,再经顶棚回风口排出。

 而蜂巢板的位置越靠近机柜则制冷效果越好,用下送风,上回风的制冷方式,尽可能的让蜂巢板接近机柜的进气口,尽量让冷空气能进入冷通道中,产生足够的风压,则可以有效率的降温。这样的方式可以大大提高制冷效率,比传统方式节电10%左右。

   3.服务器和网络设备的选用

   数据中心中的耗电大户是各类IT设备,如何选用低能耗的设备至关重要。根据业内节能定律,终端IT设备每节省1W的电能,可使整体系统节省2.48W的电能。在IT设备的采购上,我们将电力成本纳入整体采购成本,不只看初期的购置成本,更注重后续的运维成本,尽量选用新型低能耗服务器和网络设备,以降低能耗。另外,尽量选用低电压设备,减少电力转换环节带来的能耗。根据业内节能定律,终端IT设备每节省1W的电能,可使整体系统节省2.48W的电能。减少电力旅行,电力转换环节能够极为有效地节省机房能耗。

  4.机房装修建设节能处理

  (1)机房内下送风区域地面刷漆防尘处理后贴20mm橡塑保温板,做保温处理。彩钢板墙面、石膏板墙内均填充50mm保温玻璃棉。如此,对于机房冬季保温、夏季隔热和防凝露问题的控制具有明显效果,从而达到节能的目的。

  (2)钢网隔断应用。在机房部分区域内进行了钢网隔断,这样既有利于物理隔断,又有利于冷热通道回风。

  5.完善的环境监控及远程KVM管理

为了使机房内的设备安全稳定的运行,我们为机房安装了一套完整的环境监控系统。该系统可以实现对机房温湿度、UPS系统、配电系统、空调系统、漏水检测系统、视频监控系统、门禁系统、消防系统、防雷系统的全面监控。所有监控信息均集成到同一系统,通过WEB页面便可随时监控机房状态。当有意外故障发生时,环境监控系统可以通过短信,语音、声光报警等方式,在时间通知机房管理人员。

此外我们还采用了纯数字化的KVM系统,实现系统和网络的高可靠管理性,提供安全的使用环境和非常详细的以备日后审计的KVM远程客户端全程操作系统日志和录像,提高管理人员的工作效率的同时提高机房的安全级别,实现机房的无人化、智能化管理。这种数字KVM减少了因操作人员频繁进出机房导致的室内温度升高及冷量流失,同时也能减少机房内的灰尘污染,进一步提升了机房的节能效果。

  三.机房运行维护过程中的节能改进措施

    虽然机房初期建设已经做了大量节能处理,但在机房运维过程中仍有部分地方可以进一步改进。下面笔者根据实际机房运维经验总结一下,以期进一步降低机房能耗。

  1.定时清洁高架地板底层

    机房建置完毕,很少会清理高架地板底层,如果高架地板底层有大量灰尘或者泥沙,那么都会透过蜂巢板,吹入IT设备中,容易造成IT设备故障,让IT设备风扇沉积灰尘,降低转速,造成系统温度过高,提高电力输出。定时清理不仅可以保证机房的整洁,延长IT设备使用寿命,减小事故发生概率,同时也有节能的作用。

  2.移除高架地板不必要的线路阻碍

    如果有太多的网络线或者电源线,则会阻碍空气流动,降低空调制冷效果。

  3.定时检查系统负荷量

    随着机房设备不断增加,机房管理人员并没有注意到随着负荷量的增加,供配电和制冷的限度达到容量极限。定时检查机房整体效率,确保机房内IT设备用电量、散热量没有达到机房供配电和空调系统的总负荷量,造成小马拉大车,增加用电量的现象。

  4.小型化模块机房

    大型机房由于机房面积大,容易导致空调冷风送风距离长,远程机柜冷空气进气不足,造成电力浪费。如果将大型机房分割成小型化模块机房,回风距离短,则能够有效降温,减少能耗费用支出。

  5.闲置机柜使用挡板

    为了避免机柜过密,发生IT设备局部过热现象,许多机房不会将机柜放满,预留一些闲置空间,降低整体机柜散热。如果有闲置机柜,建议用挡板隔开闲置机柜。原理如下:机柜的进气模式是前进后出,那闲置机柜的后方热气会与机柜前面冷风混合,造成混风,降低制冷效率。

  6.移除不必要的机柜缆线

    如若机柜内光纤线,网线,电源线杂乱排布,则制冷气流必然会受到阻塞,从而影响对设备的散热。因此尽可能排除不必要的缆线,将缆线长度裁剪至合适长度,并将缆线平均分配在机柜两侧则可以有效避免此类问题发生。

  7.封闭闲置的机房蜂巢板,避免能耗浪费。

  8.定时更换精密空调过滤网

    过滤网的堵塞会大大降低空调的送风量,大大降低空调的制冷能力,增大功耗的同时也会对空调压缩机产生巨大负担,导致空调压缩机故障。

  9.空调制冷方式的改造

   如果随着IT设备的大幅增加,原配空调送风已经达不到制冷要求,则应考虑改造空调制冷方式。如采用独立气道制冷、水冷等。据统计,水冷仅需要传统制冷方式四分之一的能耗。

  10.空调温度的设定

    根据《电子信息系统机房设计规范》(GB50174-2008),机房温度要求设定为23℃±1,但是由于各个机房地域位置的不同,季节的不同,可以稍灵活的根据自己所在机房的情况进行设定,夏天和冬天可以稍有区别,灵活设定温度、湿度,在1-2℃范围内变化,达到节能目的。

  11.照明设施的改进

    虽然照明设施的能耗仅占总能耗的3%左右,但照明设施的改造依然能够有效的节能大量电能。例如采用LED灯具,LED灯具具有节能,高亮度,使用寿命长等众多优点。

以德州市电子政务中心机房为例:

  现用的照明设备为节能灯栅,设备数量为3420W*3灯具,4240W*3灯具,那么年耗电量为(3*20*34+3*40*42*24*365=62020800w.h=62020.8*0.82=50857元。

   另考虑到并不是所有灯具24小时照明所以取0.6为实际值,则年照明费用约为30514元。

  如果改用LED灯栅,据笔者了解情况20W节能灯选用8W LED灯具即可替代,40W灯具可用18W LED灯具替代。则可以节约约6成能耗,每年可节约电费30514*0.6=18308元。项目投入据行情了解8W售价为60元,18W售价为80元,则投入为60*3*34+80*3*42=16200元。

  即使用LED灯具一年即可收回成本。以后每年则可以为财政节约机房电费为18303元。

  12.机房管理员要树立节能意识

加强教育,树立机房管理人员的节能意识和良好的节能习惯。杜绝人离开照明设施不关闭,闲置计算机不关闭,不关机房门等不良现象的发生。

   四.结束语

    通过精心的设计,笔者所在部门中心机房投入运行,供电系统,制冷系统,网络和服务器设备,环境监控系统正常高效运转,数据中心节能效果显著,预计节能效果为25%-30%,节约了大量财政支出,新的一年里我们将以十八大精神为指导,积极探索符合个体机房的运行模式和发展道路,开拓创新,做出更大的贡献。

 

  参考文献:

  [1]《电子信息系统机房设计规范》 GB50174-2008

  [2]《艾默生绿色行动计划网络能源节能措施》 2010.3