数据中心的绿色节能技术研究

郑团磊 丘华兰

【摘要】：在全球能源资源日益短缺和环保节能意识不断提高的今天，数据中心的快速扩张带来的高能耗问题越来越受到人们的关注。数据中心的绿色节能应该是一个持续的过程，在数据中心的设计-建设-运营的整个过程中，绿色节能应该贯穿数据中心的整个生命周期。如何实现数据中心节能已成为企业用户、数据中心基础设施供应商和机房工程设计单位共同关注的话题。本文主要对数据中心的绿色节能技术进行分析。

【关键词】：数据中心；绿色节能；技术研究

1、前言

随着我国工业化与信息化带来的国内企业信息化建设投入的不断增长，互联网新服务需求不断涌现，云计算发展等带来的基础设施建设的大规模投入等因素的推动，作为信息通信技术的重要基础设施之一的数据中心规模将随之快速增长。在日益倡导绿色环保和严格审核的低碳时代，降低数据中心的能耗极为必要。

2、数据中心的绿色节能技术

2.1服务器节能机制

2.1.1 动态调节机制

由于处理器能耗是服务器能耗的重要部分，处理器节能很早就受到重视并取得了不少进展。处理器能耗由静态能耗和动态能耗两部分组成，其中动态能耗与时钟频率和电压均成正比关系。因此，可通过改变频率和电压等系数动态调节处理器能耗。

2.1.2 集群调度和虚拟机技术

集群节能可以采用传统的作业调度，运行流程非常类似，只是在调度时综合考虑节能这一目标。鉴于不同作业之间可能存在冲突或依赖等关系，传统的作业调度让作业之间独立，而多数情况下服务器内存和计算能力等要远高于实际需求，这极大地限制了基于作业调度的节能效果。

2.2绿色数据中心空调节能技术

经过多年的研究和实践运用，在数据中心机房中运用的空调节能技术主要包括：地板下送风冷通道封闭节能技术、智能新风焓差节能技术、智能换热节能技术和冷却塔供冷节能技术。

2.2.1地板下送风冷通道封闭节能技术

将机柜采用“背靠背、面对面”摆放，这样在两排机柜的正面面对通道中间布置冷风出口（列间送风），形成一个冷空气区（冷通道），对整个送风区域进行封闭处理（冷通道封闭），可以有效地使地板下送出的冷风全部用于设备散热，大幅减少或避免风量和冷量的损耗，而最终大幅提高制冷的效率。

2.2.2智能新风焓差节能技术

当智能新风焓差系统的智能控制器通过温、湿度传感器检测到室内、外空气焓差大于某个设定值时，智能控制器关闭机房专用空调，打开进风单元将室外冷空气引入室内，室外空气经过加湿除尘帘时，室外空气经过等焓加湿处理，进一步降低室外空气温度，提供更大的冷量。同时，开启排风单元，依靠正压排除机房内的热空气。引入的室外冷空气经过加湿除尘帘的时候，空气经过水淋，空气更洁净，减少了过滤网更换周期。智能新风焓差系统通过减少空调的运行时间，达到了降低电能消耗和营运成本、延长空调使用寿命的目的。

2.2.3智能换热节能技术

智能换热系统的温度传感器检测到室外气温低于某个设定值时，智能控制器关闭机房专用空调，开启智能换热系统的室内、外循环风机。室内、外空气通过热交换器进行热量交换；室外空气被加热的同时，室内空气被冷却。智能换热系统也是通过减少空调运行时间，达到降低电能消耗和营运成本、延长空调使用寿命的目的。

2.2.4冷却塔供冷节能技术

在常规空调冷水系统基础上增设部分管路和设备，当室外湿球温度低到某个值以下时，关闭冷水机组，以流经冷却塔的循环冷却水直接或间接向空调系统供冷，提供机房空调所需的冷负荷。用冷却塔来替代冷水机组供冷，达到节省能耗的目的。

2.3电源节能

供电系统是数据中心的心脏和血管，数据中心的电源系统无一例外地采用UPS供电。

2.3.1 UPS的设计

在进行数据中心的供配电系统规划时，需要考虑模块化UPS冗余并机系统来降低能耗[9].首先，根据IT设备的情况及其将来的需求规划，计算所需UPS的电源功率；其次，根据需要的UPS功率，规划UPS的架构，选用供电效率高的模块化UPS，采用N+X的模块化UPS并联冗余架构，保证UPS的容量和可靠性，提高UPS系统的负载率，并可按需配置UPS容量，减少容量的闲置，提高UPS利用率，降低能耗.随着数据中心的扩容，可逐步添加UPS模块，达到UPS容量的增加，来支持IT设备的正常运行；并可增加配电箱或配电柜，来满足逐渐增加的设备和使用空间对用电的需求.

2.3.2电池管理

UPS都配备了电池组，用户在电池组上的投资往往占整个UPS供电系统投资的很大一部分，甚至超过了UPS本身的投资，而电池的使用年限明显低于UPS设备.由于电池的主要材料是重金属铅、硫酸和不易分解的塑料，这些会对环境造成严重的污染.因此，减少电池的使用数量，延长电池循环使用寿命，不仅节省了对电池的投资，而且还减少了对环境的污染.

2.4照明节能技术

（1）选用高效节能的光源和灯具。 在大多数情况下， 应在保证避免眩光和光污染的前提下， 合理选用高效节能的光源和灯具， 实现光通量的合理分配， 这是绿色照明设计的核心和关键。 （2）选用高效节能的电器附件和设备。 在照明系统耗电中， 附件设备所占的比重很大， 因此， 选用高效节能的电器和附件对于照明节能具有重要的意义。 （3） 充分利用自然光。 提供利于自然光照明的建筑条件和环境， 可以有效降低照明系统的电能消耗。 如设计采光良好的窗地比， 使用利于照明反射的室内材料等。 （4）采用科学的照明控制方案。 如采用节能自熄开关、 减少单个开关所控灯具数、所控灯列与窗平行、 大空间场所分组控灯等都是有效的节能控制措施。（5）采用合理的照明节能方案。 如采用符合绿色照明要求的显色性、 色温和照度； 符合节能的照明功率密度LPD折算值； 符合照明舒适度的统一眩光值UGR和均匀度等。 （6） 建立和健全照明节能技术标准。 如建立和健全节能照明标准、 高效节能照明产品的安全和技术质量标准等。

3、结语

当前传统的数据中心正面临转型，绿色、环保已成为未来数据中心的发展趋势，数据中心的绿色节能建设是信息化过程中持续被关注的重要问题，也是一个全面的、整体的建设过程。数据中心的节能问题并不能依靠某项单一技术解决，必须从多个方面入手，继续深化已有的节能技术，并且大力使用新的技术和新的理念才能最大幅度降低数据中心的能耗。

【参考文献】：

[1] 中国绿色数据中心.绿色节能机房之道[EB/OL].（2009-11-15）.

[2] 崔磊.数据中心节能至关重要HVAC系统首当其冲[J].暖通空调在线，2012（10）.

[3] 钱晓栋 李震.数据中心空调系统节能研究[J].暖通空调，2012，42（3）：3.