Green Internet Data Center （绿色数据中心）一个值得关注的领域

文｜快威科技集团有限公司总工程师 姜 平

浙大网新能源技术有限公司 梁国峰

1 数据中心简介

数据中心（Internet Data Center，IDC）是网络系统的中枢系统，在人们的生产、生活等信息化的今天，随着城市信息化建设的发展及数字技术的应用和推广，信息量在飞速的增大，网络系统的迅速发展，使数据中心的规模也日趋膨胀，越来越多的数据中心机房不断建成并投入使用。

数据中心运行的稳定和流畅非常重要，数据中心是电力设备，在稳定的电源供应下，实现为人类无间断的细致服务。数据中心放置的数据设备像个人用的PC机一样甚至要求更为精细，需要适宜的温度、湿度和清洁度。为此，我们为数据中心机房提供了稳定电源设备UPS和控制环境条件的机房空调系统，而这些设备致使IDC成为耗电“大户”。

2 数据中心维护需求

社会向前发展是令人兴奋的，然而，支持人们生产发展的动力燃料——常规能源，已经渐渐处于紧缺状态。它的不可再生性，使我们的对应方式只有两种：一是寻找更替能源，建立新的能源供应及服务体系；二是节能，改善原有体系，或建立新的体系，使之合理高效化，实现节能。常规能源渐渐成为珍贵资源，然而，相关的既有系统不仅存在效率问题，也存在环境问题。水源污染、大气污染、温室效应已经成为人们普遍关注的问题。特别是温室效应，致使CO2的排放问题已成为人们的焦点问题。

数据中心作为耗电设备，随着其规模的不断增大（“电力消耗量”也随之急剧的增加，预计2025年将达到现状的5倍），其相关的节能课题也成为人们关注的热点。

数据中心的支持和维护的电力消耗量约占IT系统消耗的50%，即PUE（Power Usage Effectiveness，评价数据中心能源效率，是数据中心消耗的所有能源与IT负载使用的能源之比）为2.0。另外，企事业单位的数据中心不断扩大，也使得数据中心空间变的拥挤，大量热量需要处理，这需要大负荷的空调来提供冷源。目前的空调系统，常见的为地面向上吹出。由于空气密度、IT设备的放置情况的原因，该空调系统下的机房很容易产生热空气滞留区，并且不能依靠需求分布冷量分配，这样使得IT设备的运行条件在被满足时消耗了大量的能量去平衡。

总之，在保证IT设备电源不间断，环境处于适宜的温度、湿度和洁净度的条件下，使IDC的运行更加节能，成为现在和未来IDC建设的主要使命。

3 绿色数据中心（GIDC）

在前面所述的背景下，浙大网新、日本富士电机和浙江大学联合提出了解决IDC耗能及对IDC实施新管理的理念和方案，即绿色数据中心，以实现IDC在更佳的运行环境里实现节能运行。方案的节能目标主要是在保证IDC中的IT设备在更加良好的运行环境条件下，将PUE从普遍的2.0降到1.5。节能化处理主要从空调系统入手，UPS系统有良好改善，但节能效果不如空调系统显著，如图1所示。

下节将主要从IDC的两大组成电源系统和空调系统及整体来阐述GIDC的方案设计。

3.1 电源系统

3.1.1 采用全IGBT式的UPS

（1）适合计算机负载

采用最新的IGBT的PWM方式整流器，最新的电路设计，该整流器输入高次谐波含有率低：标准5%以下（不需另设过滤器）；具备电源软启动功能（备用发电机连接软负荷UPS）；高频PWM逆变器，最适合计算机负载功能；整流器负荷时的波形失真小，在3.5%以下；电压瞬间变小。

（2）高效率

◆ 输入功率因数高：达0.99以上，减小了电感、电容等引起的无用功率；

◆ 效率达94%以上，低负荷（30%）地区也有约90%的高效率，从而减少能耗。

（3）高性能

◆ 常时逆变器方式提供无瞬断供电；输入电压范围广：380V，15%；

◆ 过载能力：125%，10分钟；150%，1分钟。

（4）高可靠性

图1 GIDC节能计划图

采用最新器件，减少部件数量；应用单元化缩短MTTR；筛选试验、Baintesuto、高品质管理；丰富的业绩、高品质证明；可长时间电池标准对应（用标准的整流器可长时间对相应电池充电）；丰富的系统对应，旁路同时无瞬断切换系统。

3.1.2 采用智能配电盘

开发了电流传感器，装备了内藏分支电流断路器和高密度多点型电力收集装置，配合智能化管理系统及监测各个IT设备运行的负荷状况的分电盘。对增设IT设备最适合的配电、配置进行指导。如哪个分电盘的哪个分支断流器进行配电；在哪个区域进行设置，电力的三相平衡及空调状况等自动演算，找到最适合的配电路径及配置方式。通过合理的配电，使用电效率提高，如图2所示。

图2 智能分盘实物图

采用智能分电盘后，会使系统用电达到平衡，作为添加或更替设备位置的参照。其平衡性对比，如图3所示。

图3 分电盘效果对比图

3.2 空调系统

3.2.1 局部空调

空调方式采用先进局部空调系统技术和新风通风系统。运用电力电子技术、控制技术、传感器和空调工程技术进行产品的开发，广泛地应用于社会基础设施领域和产业设备领域。在以这个技术要素为基础成长的GIDC领域中，展开了对于必要的负荷有“提供必要的最合适的空调”的特色的解决方案。

在数据中心机房内的机柜配置通常分为冷区和热区。传统的机房气流构成是从基础空调机流出，通过地板下部，从计算机前面的冷区流入计算机。计算机处理时产生的热源通过机柜背面的热区从天花板向基础计算机循环。

而新开发的“局部空调系统”没有基础空调机和热气滞留层、只通过局部空调机进行机房的冷量供应和空调作用。可以说，IT设备哪里需要冷源，局部空调就会送到哪里。合理的能量分配和空调方式，使得电耗明显降低。

3.2.2 新风系统

目前，一般的数据中心机房空调都是没有新风系统的，有效的利用新风系统将有助于：

（1）机房内的空气质量，数据中心机房按标准必须保证工作在正压状态，在没有新风系统的情况下，数据中心机房在长期运行的状态下，将不能保证机房处在正压状态，同时还会出现缺氧状态，对进入机房工作的运维人员的身体会造成损害，合理的设置新风系统将有效的改善这种情况。

（2）对于处于高纬度的地区，在过渡季节和冬季，完全可以利用新风来对数据中心机房进行散热处理，这样可以大大的降低数据中心的能源成本，有效地节约能源（一般可以节能30%以上）。

解决方式：

◆ 通过热交换将窗外冷空气通过交换供数据机房使用，停止室内空调机的运行，使运行电能消耗大幅降低；

◆ 结合智能化管理平台解决新风均匀送风问题。

3.2.3 低品位热能利用系统

IT设备的热量处理，可以回收利用。在IDC中设置换热器，通过换热器，冷媒通过管道通向IDC管理工作室，由空调末端为工作人员提供热量。该空调系统无制冷工质，无压缩机。噪音小、耗能小，取代了工作人员的室内空调或中央空调末端，减少了电能耗，又除去了IDC中的热量，为IT设备散了热。该系统使热量利用大大提升，节能效果显著。

3.3 虚拟化管理

虚拟化管理采用跨平台的虚拟化、自动化和系统管理解决方案，达到简单、动态地访问和管理资源，以实现更好的资产使用率和更低的运行成本。应用虚拟化技术可以实现整个硬件资源的安全共享，从而避免基础设施的无谓增加。通过虚拟化进行基础设施整合，可以大大的提升系统的利用率（目前数据中心的系统利用率是非常低的），从而提高投资回报。

另一方面，在多服务器的基础上，我们通过“云计算”方案，实现服务器用户待处理数据的高速处理，为用户提供赏心悦目的高质量服务。

4 结束语

浙大网新、日本富士电机和浙江大学联合提出的解决IDC耗能及对IDC实施新管理的理念，即绿色数据中心（GIDC），通过总体智能策略，通过先进的电子技术改善UPS的性能，先进的空调策略和末端装置提高空调系统对IDC的空调效率，以及实行新风和热量再利用方法，结合提出的虚拟化管理，对IDC的运作都有较大的改善，对能量的节约也是革新性的。经过应用后，该系统方案及GIDC的理念一定会被广泛推广，成为IDC的主流配置。