绿色节能数据中心的建设

巫佳文

摘要：高能耗问题不仅给企业带来沉重负担，也造成了整个社会巨大的能源消耗。随着国家“新基建”的推进和实施，建设绿色、节能、低碳、高效数据中心的呼声越来越高。解决数据中心高能耗问题的关键是在数据中心的基础设施建设中引入绿色理念，建设一个环保节能的绿色数据中心。鉴于此，本文将重点研究绿色节能数据中心的建设。

关键词：绿色数据中心；节能技术；设施；策略

引言

绿色数据中心是指使用虚拟化、云计算、节能和其他新技术来最大限度地提高能效和减少环境影响、满足数据中心安全标准并具有自我管理能力的智能数据中心。绿色数据中心应具有可视性、可控性和可管理性，能够实现数据中心故障的快速恢复和动态数据迁移。同时，智能技术的应用减少了人工干预，避免了人为的误操作，提高了系统的安全性和可靠性。

一、绿色数据中心概述

数据中心作为企业存储、网络设备和服务器的集中场所，承担着企业数据资源收集、整理、存储和处理的责任，通过业务系统连接为企业运营和发展提供数据支持。对于绿色数据中心，虽然学术界对绿色数据中心的概念没有统一定义，但大多数学者认为绿色数据中心应该以绿色节能为核心概念。在机房的实际建设中，要求企业根据绿色节能要求分析，实现机房内机械、照明、IT、电气等系统的节能建设。在确保数据中心机房能耗利用率显著提高的同时，机房建设应尽可能避免对周边环境造成较大影响。要积极引进先进节能技术，优化数据中心机房建设，实现数据中心“绿色”，促进企业可持续发展。

二、建设绿色数据中心应遵循的原则

1.突出绿色环保，科学拟制方案

在绿色数据中心的建设中，应根据信息采集、传输、处理和分发的特殊需要，根据IT设备的特殊特性，从供电方式、电源容量、制冷模式、照明、风路、水路、电路、管网、主要IT设备的选择等几个角度出发，进行全面的规划和设计，力求达到最佳的效果。

2.突出节能高效，合理配置资源

首先要突出保障工作的重点。根据实际情况和存储的数据的重要性，可以把数据中心分为高密区、中密区、低密区，并针对高密区的电源、通风、制冷设备采取不同的技术措施，制定不同的配置和使用方案。其次，系统的扩展也要容易。随着我国信息化进程的发展，对基础设施的需求将会呈爆炸式的增长，因此，在进行数据中心规划时，应考虑到选址合理、系统容量易于扩充等问题。

3.突出稳定可靠，提高重组能力

如果数据中心不能稳定、可靠地工作，就会成为一个毫无用处的数据中心，所以必须努力改善其可重构性。硬件设备方面，在供电端，要有多条不同方向的布线；UPS的配置应采用多组连接模式，确保每个PDU单元、各机柜的接电排、各设备的电源输入端均有2个或更多的UPS供电；在风机、制冷、配线等方面实行N+1备份，在重点保障区实行1+1备份。在软件配置上，通过云计算和虚拟化技术，可以在任何时候，将故障网络、计算、存储设备中的应用程序、计算设备和存储设备，以确保网络的持续稳定和重构。

4突出安全智能，提高管控水平

在周边监控方面，要设置一个安全隔离区域，设置电子围栏、红外探测、夜视、自动报警、门禁系统，以提升治安水平。在区域划分上，划分了维护区、设备区和控制区，按照不同的级别划分数据中心，采用多种身份验证和保护措施，并在关键控制区建立基于生物识别的身份验证体系，并对出入进行严格的人员出入管理；在核心设备区域安装燃气灭火装置，以保证设备的安全.在防止电磁泄漏时，电气线路、信号线路均采用屏蔽电缆、避雷、电缆保护等措施，并在核心设备区域设置 EMC防护措施，以保证设备的安全性；在智能化管理上，要实现对数据中心周边环境参数、内部温度（湿度）、风、机、电、水等相关支撑系统的运行指标、负荷运行状况的实时感知、可视化、智能化的处理，以提高运行管理的效率。

三、建设绿色数据中心应关注的问题

1.减少IT设备能耗

从能源消耗构成及能源消耗轨迹图来看，IT系统的能源消耗每降低1W，总能源消耗就会降低2.84W。在确保IT系统的运行效率的同时，减少IT设备的能源消耗是最有效的途径。在技术上，有两种主要的实现方式：一是使用高效率、低能耗的核心组件；由于加工技术和工艺水平的限制，CPU等核心处理器的能量消耗相差20%~40%，因此，应尽可能选用节能型产品。二是使用更高效的新的服务器，比如将机架式或塔式服务器更换成刀片式服务器，这样可以节省20%~30%的能源。

2.采用虚拟化技术

利用虚拟化技术，将现有服务器和存储设备进行集成，使服务器和存储设备可以虚拟为一个公共资源库，并在不增加硬件的投资的前提下，实现统一的灵活配置和服务，降低物理服务器和存储设备的数目，降低电力、制冷和场地的费用。从服务器上看，传统服务器的CPU使用率通常在7%-15%左右，经过虚拟化后，CPU的使用率可以达到60%-70%，并且可以自动迁移虚拟服务，整体数据读写速率，增强系统的鲁棒性和高可用性。

3.提高制冷效率

机房空调器是数据中心的重要组成部分，其能耗占数据中心能耗的50%，远远超出IT系统自身的能耗。要想提高制冷效果，必须从以下两个方面着手：①采用精密空调来代替常规的空调。同功率的常规空调机与精密空调机的制冷量相同，但前者的耗电量要高出一倍。②合理安排机房的冷暖通风管道，防止交叉。传统的机房空调系统是直接向机柜进行通风或采取向下送风，其进、出风路径不合理，应采取冷热通道隔离技术，科学地设计机房各单元布局，缩短冷气流的运行距离，实现精确定点的冷能量输送，以减少能量消耗，提高空调制冷效率。

4.减少供电模式转换

在数据中心中，AC-DC变换时的热量损失占到了20%-30%，是隐藏功耗的“大户”。在常规的电力供应模式中，为了给UPS进行充电，必须把外部的AC电源转化成DC来给蓄电池充电；在UPS电源时，要把UPS电池的DC变换成AC，以供IT设备的电源模块；IT设备运行时，因为CPU等耗电设备都是由DC提供的，IT设备的电源模块要把外界的AC变换成DC。如有条件，则采用直流电源，采用直流供电模式，可降低交流、直流两种逆变器的数量，从而达到节能效果。

5.加强运维管理

利用准确、智能化的运行管理工具，对各类IT设备进行实时监测与分析，及时发现、处理、维修、停用异常IT设备，并根据智能分析的结果，将闲置IT设备强制或自动关闭或等待，并适当增加某一特定的冷却通道的周围温度，从而节省能量。

6.对电气系统的绿色节能设计

通过调研，我们发现，在机房内，UPS的耗电量占到了10%，而采购费用则只占了全部设备的5%。数据中心无法持续使用和依靠电池的系统，应该采用一个可储存的动态UPS，它可以在运行时驱动每台UPS装置的电机，并从开关的基本结构中获得能源。与常规85%的UPS比较，动态UPS的能效达到96%左右，其中最优秀的动态UPS可以达到98%以上，这样不但可以减少UPS的能耗，还可以提高UPS的可靠性。

7.合理设计机房空间布局

通过对机房的设备布局进行优化，使设备的散热相对集中在一定的空间，可以有效地改善制冷系统的制冷效果。如采取“背对背或面对面”的排列方式，可分为冷暖两种。通过在冷热通道之间设置隔离措施，将热通道压缩到最小，这样就可以将冷气通过管道输送到管道中，这样既可以提高制冷效率，也可以降低设备的体积和运营成本。在中、低压设备间，利用地下空间的高度，采取地下通风的形式。在冷通道上设置了空调送风口，将冷风引入冷通道，再通过服务器进行降温。针对高密度设备机房，在使用以上方法的基础上，增加了一个独立的冷源模块式制冷系统，使其达到最大的散热效果。将空调端置于机架的顶部或冷通道的上部，将回风设置在热通道的上部或下部，通过空调机将回风冷却后，送至冷通道。在高密度的大型机侧设置有冷却装置。在超高密度的设备机房中，采用直接冷却结构，在防静电地面上设置冷媒管，通过与机箱内部的制冷盘管相连，实现对机箱内部空气的直接冷却，最终的制冷能力取决于设备的发热量，通过机架内部的温度来调节风机的速度和介质的流量，从而实现制冷。

结束语

绿色节能数据中心是未来信息化和数据中心发展的必然趋势。为了实现全国“碳达峰、碳中和”的总体战略目标，数据中心所带来的能源消耗和碳排放是不容忽视的。在我国从传统数据中心到绿色数据中心转型的关键时期，建立绿色能源数据中心是我国实现碳达峰和碳中和的终极目标。

参考文献

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