身份证：44532319881006xxxx
摘要： 经济社会的快速发展以及信息技术的进一步提高，电力系统在自动化程度不断提高的同时，正逐渐推广运用节能设计技术，并且节能技术将是将来的发展趋势。本文从数据中心节能技术应用现状，技能降耗的可行性应用，新技术方案实现节能以及数据中心发展方向等进行了节能技术的分析与应用探讨。其中主要从电气自动化着手，分析并探讨了电气自动化的节能设计技术，在数据中心中发挥出最理想的效果。
关键词：节能技术；发展方向；数据中心、绿色、模块
引言： 随着数据中心业务量的逐渐增加，国际科学联合会成立了相关的数据组织，也就是世界数据中心。世界数据中心将全世界范围内的数据中心统一起来进行研究与管理，将全球各个国家和地区的数据中心按照地域关系划分为四个数据中心群，分别是美国数据中心群、前苏联数据中心群、欧洲与日本数据中心群、中国数据中心群。但是，数据中心在不同地区的发展水平差异很大，亚太地区，数据中心市场仍然保持快速的增长，具有极大的发展空间。对此，我国要顺应市场潮流，不断丰富数据中心的业务类型，攻克数据中心发展路上的技术难关。
一、数据中心节能技术应用现状
1.1数据中心节能降耗现状
在我国经济的快速发展的推动下，建设节能环保型社会成为发展进步的新方向，越来越多的企业也逐步承担起节能环保的社会责任。节能环保是各行各业必须要达到的目标。工业和信息化部门发布的我国工业节能在“十二五”阶段的四大约束性指标如下：单位工业增加值能耗、二氧化碳排放量和用水量分别要比“十一五”末降低18％、18％以上和30％，工业固体废物综合利用率要提高到72％左右。所以企业想要节能减排或者降低运营成本的重中之重就是数据中心要怎么节能降耗。当前，数据中心的规模不断扩大，其设备运行的耗电量已经成为不断增加的重要成本。据调查，数据中心中空调、送风系统等机房环境调节设备的耗电量占总用电量的45%以上；IT设备耗电量第二，基本占据了数据中心的30%的用电总量；UPS供电设备耗电量是18%，是第三位。而这三类数据把机房制冷或者送风作为机房节能减排的主要方面，而辅助部分则是IT设备、UPS供电系统节能。
1.2对于数据中心这类几乎全年都需要向外排热的特殊场所，全年运行空调能耗很大，目前国内存在以下几种节能手段：（1）变频技术；（2）机房空调机组自适应控制技术；（3）自然冷却技术；（4）合理设计及组织机房制冷的送回风系统、防止跑冒滴漏等节能措施。
采用正确、合理的综合解决方案可以有效的减少空调的运行时间，在节约空调用电的同时延长空调的使用寿命，提高能源的利用率。保护环境，更大的减轻国家能源的供需压力。众所周知，评价数据中心节能最重要的指标是PUE值公式如下：PUE=机房总能耗/IT设备总能耗。目前，国外数据中心PUE值通常在1.2～1.8范围内，最先进的已达1.06，而国内机房PUE值多在2.0以上。而国外数据中心的PUE值之所非常低，和大量采用先进的节能技术有关，其中自然冷源冷却技术是重要的节能措施。自然冷源冷却技术可以直接利用或间接利用，通过利用自然低温空气或自然低温水，或者热管、转轮、板翅式热交换器等间接利用。自然低温空气自然冷却是将室外的自然环境作为冷源，当室外空气温度低于室内空气温度且达到一定程度时，通过通风将机房内的热量带走，达到降低机房内部温度的目的。
二、数据中心的节能降耗的可行性应用
数据中心运行环境要求，随着计算机技术的快速发展，数据中心的建设越来越多，其运行环境的要求比较严格，主要体现在对温度、湿度和洁净度的控制，这些因素直接影响IT设备的运行可靠性和使用寿命。通常数据中心的环境温度范围是21℃～27℃，湿度范围40%～60%，洁净度的要求为空气中的含尘小于50μg/m3。为保证数据中心环境的温湿度和清洁度要求，需要合理的配备机房专用空调的设备，以保证机房设备安全可靠的运行。
2.1数据中心应用新风降温的可行性
数据中心机房内IT设备的发热量非常大，就需要精密空调产生冷气为其降温，精密空调的耗电量比较大，而在北方地区冬季室外却有丰富的自然冷源——冷空气。一方面，空调压缩机通过消耗能源制冷；另一方面，有效利用室外的自然冷源。如果能充分利用自然冷源给机房降温，将有效的降低能耗，节约能源。例如我国某市2012全年约有6个月的时间月平均最高温度低于15℃。假如可以使用自然冷却源来降低机房温度，将会缩短空调压缩机6个月的运行时间。这样的话不仅可以达到降低电能耗损的目的，还能延长空调寿命的，降低空调机的维修耗损，进而大大减少了空调的维护成本。由此可见，可利用室外冷源来冷却数据中心机房温度。
2.2数据中心空调节能自然冷却方式
应用室外冷源进行机房降温，在技术实现上主要有直接引入新风式节能系统和隔离式空气换热器系统。隔离式又包括热管式换热器和板式换热器。三种不同新风冷却方式的性能比较直接引入新风式节能系统是直接将室外新风送入机房内，当室外空气温度较低时，可以直接将室外低温空气送至室内，通过冷空气为室内降温。当室外温度低于室内温度，不足以带走室内热量时，则仍然需要开启空调工作。我国某市地区的大气污染比较严重，可吸入颗粒物PM2.5严重超标，当送风温度低于机房空气的露点温度，需对室外空气经行加热；冬季我国某市地区的空气比较干燥，需对室外空气进行加湿；这将需要一定的设备投资，而加热和加湿都要消耗电能，就会抵消因自然冷却而得到的成本节约。因此，建议不选用直接引入新风式节能系统。根据以上功能分析比较，板式换热器应为首要考虑的设备。热交换器在完全隔离内部、外部空气的前提下，利用外界冷源，对内部环境进行冷却，达到减少空调运行时间以实现节能的目的。两组风机分别抽吸外部的冷空气（外循环）和内部的热空气（内循环），冷、热空气在热交换芯体中进行热量交换，通过热交换芯体膜片，内部热空气放出热量，温度降低。由于机房保持密闭，还能保证室内空气洁净度不下降。热管式通风换热器目前应用也很广泛，由数根热管构成，室内的污浊空气由换热器的排风段排出；同时，室外新鲜空气由新风段进入，通过热管式通风换热器，一方面向室内置换新鲜空气，另一方面，排出的气体和引进的新风之间进行着热交换，采暖时可降低空调的采暖负荷。
此外，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。
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。
智能与热节能技术，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。
冷却系统的节能技术，数据中心总能耗的 40% 来自于冷却系统，所以该系统的节能成为机房节能的关键所在。机房冷却系统通常采用空调制冷设备，条件成熟的地区己开始使用自然冷却方式。空调制冷设备的节能措施通常有：（1）使用设计先进的机柜并合理布置排列方式，形成明确的冷风通道和热风通道，防止冷热空气混合，提高空调的制冷效率。（2）在密闭的机柜下方设立送风通道，冷空气进入机柜后受热上升，形成高温在上、低温在下的自然分布规律，实现制冷效率的最大化。（3）采用智能化高效散热方案。如：紧靠热源的制冷方案，由安装在机架上的温度传感器提供实时温度信息，设计独特的变速风机通过自动调节转速，实现精确制冷，避免局部过度冷却。自然冷却是利用寒冷的气候条件来实现机房制冷。该方法通过对外界冷空气进行除尘过滤和湿度控制后，送入风力循环系统，以最低的投入达到降温的效果。该方案充分利用了自然气候条件，广受用户好评。
2.3供电系统的节能技术
数据中心的电气设备主要通过 UPS 进行供电，此供电系统的能耗约占机房总能耗的 10% 左右，常用节能措施有：（1）合理规划供配电系统，采取“边成长边扩容”的策略，尽量简化环节与冗余级别。（2）数据中心应当模块化 UPS 的应用，按需配置 UPS 容量，通过提升 UPS 的负载率来提高UPS 的效率，从而达到节能的目的。（3）改变供电方式。目前机房中主要采用在线式 UPS，转换过程为交流（市电）———直流（整流）———交流（逆变），在两次的交、直流转换过程中造成了能耗损失。而直流 UPS 供电方式省掉了交流 UPS 中的核心部件———逆变器，使 UPS 的成本、体积和功耗显著降低，是绿色环保的革命性产品。
2.4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。
2.5调度与虚拟机技术
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。
2.6地板下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。
三、数据中心发展方向
3.1模块化的数据中心
3.1.1机房
数据中心使用的所有设备采用模块化设计是新一代数据中心的发展趋势，包括服务器、存储设备、网络设备、UPS系统和空调系统，这些设备、便于维护、可重复配置、部署迅速、便于容量扩展、采购周期短等。
3.1.2 行间智能UPS
模块化UPS包括整流器、逆变器，有些还包括静态旁路开关及附属的控制电路、CPU主控板等。模块化的最大优点是能够提高系统的可靠性和可用性，任何一个模块出现故障并不会影响其他模块的正常工作，而且可通过热插拔特性缩短系统的安装和修复时间，还可以随时根据需要进行动态扩展，有效保护用户投资。设置在行间有效缩短布线距离，智能化供电可随时掌控各机柜电流电压用电负荷。
3.1.3 行间空调
行间也叫列间空调，是放在服务器机柜列间，靠近热源直接散热的设
备；因为靠近热源，空调的回风温度高，使得其能效比非常好。
3.1.4 云计算数据中心
虚拟化技术近年来在数据中心已经得到了广泛的应用，虚拟化提高了设备的利用率，降低了用户的投资成本和能耗。虚拟化技术已经从服务器扩展到了网络设备和存储设备。虚拟化技术发展的重点将更多地集中在如何提供必需的智能和弹性以提高虚拟数据中心的效率和灵活性。
3.2绿色数据中心
绿色数据中心的建设，大大提高了行业中的节能水平。
结束语
数据中心是一个综合性极强的生产运维系统，在信息化时代大潮的影响下，其责任之重，维护任务之重是其他生产单位所不及的，其运维工作涵盖了网络、数据设备、电力系统、制冷系统、监控系统等多个领域的内容。不间断运行的工作方式决定了其系统内各个子系统的连锁性极强。在实际的运维管理中，通过上述管理细节的具体实施，抓住全面，坚持数据中心安全、稳定、绿色、环保的运营理念。今后将通过不断完善运维内容，使其符合ISO 20000（技术服务管理标准）及ISO 27001（信息安全管理标准）的基本要求，使数据中心的运维工作真正达到国际水平。
参考文献：
（1）周丹.我国工业节能电气自动化的发展现状与趋势2013.7
（2）廖旭艳.通信数据中心2013.4
（3）吴肖.电子计算机数据中心设计规范 2015.4
论文作者:李炼勇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第3期
论文发表时间:2018/5/28
标签：数据中心论文; 机房论文; 节能论文; 空调论文; 室外论文; 空气论文; 节能技术论文; 《基层建设》2018年第3期论文;