劉劍楠

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，IDC（也稱互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）機(jī)房的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其所需消耗的電能也越來越多，因此，如何實(shí)現(xiàn)IDC機(jī)房的節(jié)能減排，成為多方關(guān)注的焦點(diǎn)話題。因此，在確保系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行情況下，提高電能的利用率，解決消除機(jī)房過熱問題成為IDC機(jī)房日后發(fā)展過程中需要解決的一個(gè)重要問題。本文通過實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，著重就IDC機(jī)房節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

一、IDC機(jī)房能耗現(xiàn)狀及原因分析

（一） IDC機(jī)房能耗現(xiàn)狀

IDC機(jī)房能耗計(jì)算參考值PUE，PUE值作為衡量數(shù)據(jù)中心電能使用效率的常用指標(biāo)，主要是指數(shù)據(jù)中心所消耗全電能消耗量與負(fù)載消耗量的比值，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，當(dāng)PUE值接近1時(shí)，數(shù)據(jù)中心節(jié)能水平較高。目前來說， IDC機(jī)房的PUE值一般在1.6-1.9范圍內(nèi)。近年來，隨著我國移動(dòng)通信業(yè)務(wù)客戶量的持續(xù)攀升，IDC機(jī)房電能消耗不斷增加，一些大型互聯(lián)網(wǎng)公司開展節(jié)能型IDC機(jī)房工作，采取了產(chǎn)品能耗優(yōu)化，配備節(jié)能服務(wù)器等各種節(jié)能措施。目前這些企業(yè)雖然在IDC機(jī)房節(jié)能建設(shè)方面取得了一定成效，但從總體上來看，IDC機(jī)房仍存在能耗問題，其節(jié)能空間較大。

（二）IDC機(jī)房能耗原因分析

根據(jù)IDC機(jī)房PUE值的偏高原因分析，主要包括以下幾個(gè)方面。（1）機(jī)房設(shè)備能耗偏高。IDC機(jī)房設(shè)備普遍存在容量低、能耗高的現(xiàn)狀。（2）空調(diào)制冷系統(tǒng)利用率普遍不高，加上機(jī)房空調(diào)設(shè)備采用分期策略，從而導(dǎo)致空調(diào)設(shè)備出現(xiàn)空置。另外，在大型水冷空調(diào)系統(tǒng)未能得到廣泛應(yīng)用，覆蓋率較低。（3）供電系統(tǒng)布局不合理，不能得到優(yōu)化。例如，IDC機(jī)房部分供電設(shè)備（如變壓器）負(fù)載率偏低，供電線路存在冗余現(xiàn)象。另外，機(jī)房配置UPS（不間斷供電系統(tǒng)），此系統(tǒng)在機(jī)房運(yùn)營初期，電能損量較大，占整個(gè)IDC機(jī)房能耗損量的20%左右。

二、IDC機(jī)房節(jié)能減排技術(shù)

要降低機(jī)房的PUE值，需要從空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能、供配電子系統(tǒng)節(jié)能、照明系統(tǒng)的節(jié)能等幾個(gè)方面著手。

（一）空調(diào)系統(tǒng)本身的節(jié)能

先談?wù)効照{(diào)系統(tǒng)本身的能耗有四部分組成：系統(tǒng)方面的能耗、熱交換方面的能耗、動(dòng)力方面的能耗、介質(zhì)輸送方面的能耗，對(duì)于這四方面能耗的控制和解決方案：

1.針對(duì)系統(tǒng)方面的能耗

準(zhǔn)確計(jì)算制冷量，在空調(diào)制冷量計(jì)算過程中，確保制冷量計(jì)算的準(zhǔn)確性，可避免制冷過度現(xiàn)象的發(fā)生，降低空調(diào)系統(tǒng)的能源消耗。然而，在制冷量計(jì)算時(shí)，還要考慮到IDC機(jī)房的迅速增長，在方案設(shè)計(jì)時(shí)要預(yù)留空調(diào)放置空間、管線位置等，確保隨時(shí)能夠增加制冷量。設(shè)計(jì)階段選用空調(diào)制冷量匹配的主機(jī)， 為避免不必要的浪費(fèi)，建議不使用一臺(tái)大制冷量的空調(diào)， 以避免大機(jī)組在部分負(fù)荷的低效率下運(yùn)行。而選用多臺(tái)合適制冷量的緊密空調(diào)，運(yùn)行時(shí)要注意根據(jù)實(shí)際空調(diào)機(jī)組的負(fù)荷變化及時(shí)變換空調(diào)機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行模式，使運(yùn)行模式與環(huán)境現(xiàn)狀保持一致，達(dá)到運(yùn)行狀態(tài)最佳。

2.針對(duì)熱交換方面的能耗

熱交換器（冷凝器和蒸發(fā)器）在常年連續(xù)的使用過程中會(huì)有灰塵和污垢結(jié)在熱交換器的表面，增加了阻力降低了熱交換效率，也會(huì)造成較大的浪費(fèi)；對(duì)于熱交換器應(yīng)該進(jìn)行定期清潔和維護(hù)，尤其是對(duì)于室外冷凝器的定期清潔和維護(hù)更為重要。

3.針對(duì)動(dòng)力方面的能耗

壓縮機(jī)電機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)等能耗， 是系統(tǒng)維持運(yùn)行的能耗， 按照目前的技術(shù)條件完全可以采用變頻控制，使主機(jī)“按需”運(yùn)行，避免出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象。較大的系統(tǒng)，應(yīng)采用多個(gè)設(shè)備搭配統(tǒng)籌運(yùn)行， 這樣可以避免比較大的系統(tǒng)在低負(fù)荷時(shí)的低效率運(yùn)行。

4.針對(duì)介質(zhì)輸送方面的能耗

空調(diào)的冷媒管對(duì)冷熱的輸送， 管路系統(tǒng)應(yīng)做好全面嚴(yán)密的保溫， 這一點(diǎn)是非常關(guān)鍵的?？照{(diào)系統(tǒng)在長時(shí)間運(yùn)行以后， 對(duì)管路系統(tǒng)的保溫層需要進(jìn)行檢查、檢修和補(bǔ)損，確保保溫系統(tǒng)有效， 減少管路系統(tǒng)的熱量損耗，同時(shí)過濾網(wǎng)部位的清潔也十分關(guān)鍵，定期清潔不但可以減少阻力損失，還能減少細(xì)菌、灰塵對(duì)室內(nèi)空氣的污染，間接地減少空調(diào)機(jī)能耗，提高空氣質(zhì)量。

（二）新風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能

空調(diào)機(jī)本身的能耗無疑是整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)最大的，通過調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行模式可以有效的減少耗能。而另外一種節(jié)能的方式是依靠新風(fēng)系統(tǒng)，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)分析，合理選擇新風(fēng)處理設(shè)備以及合理運(yùn)行是減小能耗的關(guān)鍵，新風(fēng)系統(tǒng)是指從自然界中獲取溫度比機(jī)房內(nèi)溫度低的空氣，不需要壓縮機(jī)制冷耗電的情況下，給機(jī)房降溫的系統(tǒng)。運(yùn)行中的新風(fēng)引入首先應(yīng)該注意的是新風(fēng)的所在地的空氣質(zhì)量要有所保證，空氣質(zhì)量需要達(dá)標(biāo)，其次新風(fēng)的引入口與室內(nèi)之間的距離不宜過長，以免新風(fēng)在到達(dá)室內(nèi)的過程中再次受到二次污染，再次選擇空氣過濾網(wǎng)時(shí)，應(yīng)選殺菌性能好，吸附能力強(qiáng)的過濾網(wǎng)，可以有效殺滅有害細(xì)菌，清除大部分空氣中的灰塵顆粒等，還需著重注意的是過濾網(wǎng)要及時(shí)清洗更換，保證風(fēng)口暢通清潔。

（三）變頻空調(diào)的節(jié)能

變頻空調(diào)的節(jié)能優(yōu)勢不言而喻，相對(duì)于定頻空調(diào)而言，變頻能夠在能源節(jié)約上體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢。其內(nèi)部裝設(shè)有變頻控制器，通過對(duì)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的調(diào)節(jié)以及對(duì)制冷量的連續(xù)性調(diào)節(jié)，具備溫度曲線平穩(wěn)、噪音小、節(jié)約能耗的效果。變頻空調(diào)加快空調(diào)的制冷速度，利用變頻技術(shù)可在每次啟動(dòng)過程中在功率上處于最大額度，此時(shí)風(fēng)量最大，在短時(shí)間內(nèi)便可達(dá)到設(shè)定溫度。達(dá)到預(yù)計(jì)溫度時(shí)，壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)自動(dòng)下降，并維持低能耗狀態(tài)。這樣不僅可以在更短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度的要求，還能在維持設(shè)定溫度前提下避免壓縮機(jī)頻繁開停，對(duì)于壓縮機(jī)的耗電量可明顯控制并延長壓縮機(jī)壽命，據(jù)統(tǒng)計(jì)可讓壓縮機(jī)節(jié)約能耗20%左右，在相關(guān)技術(shù)上可分為以下幾種，①稀土永磁電機(jī)。這類電機(jī)的轉(zhuǎn)子為稀土永磁，能夠幫助壓縮機(jī)在較寬幅度的頻率及電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到節(jié)能效果。②模糊控制技術(shù)。這一技術(shù)可幫助變頻空調(diào)自動(dòng)感知室外溫度變化并加以調(diào)節(jié)，讓室內(nèi)溫度始終維持在設(shè)定溫度左右。③超寬變頻。超寬變頻通過微電腦技術(shù)控制，可在短時(shí)間內(nèi)測量出環(huán)境變化，并精確判斷溫度改變，讓室內(nèi)溫度維持在設(shè)定溫度恒定狀態(tài)。

（四）優(yōu)化氣流組織的節(jié)能

利用氣流組織形式，實(shí)現(xiàn)空調(diào)節(jié)能。精密空調(diào)制冷的氣流組織包括空調(diào)布置、送風(fēng)口和回風(fēng)口設(shè)置、送回風(fēng)方式等。其中，水平送風(fēng)作為送風(fēng)口設(shè)置的一種新的解決方案，能夠有效地解決IDC機(jī)房設(shè)備密度或發(fā)熱量不勻而引發(fā)的局部熱點(diǎn)問題。因設(shè)備局部的溫度較高，若采用均勻的送風(fēng)方式，需要降低機(jī)房的溫度，導(dǎo)致設(shè)備能耗的增加，而采用水平送風(fēng)方式，可以將空調(diào)內(nèi)機(jī)與過熱的機(jī)柜組相互結(jié)合，并封閉部分柜組，這樣能夠大幅度地降低能耗，有效地解決局部熱點(diǎn)問題，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能減排。

（五）供配電子系統(tǒng)的節(jié)能

1.優(yōu)化UPS配置

UPS的效率與負(fù)載率有關(guān)，如對(duì)于高效率的高頻機(jī)要確保UPS的效率超過90%，需要確保其負(fù)載率在50%以上。如果高頻機(jī)負(fù)載率在40%以下，將會(huì)大大降低UPS的效率，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，UPS機(jī)房在發(fā)展過程中的單機(jī)負(fù)載率很低，一般不會(huì)超過30%。因此，為了避免UPS負(fù)載率過低，需要選用具有擴(kuò)展性的模塊化UPS，結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行負(fù)載配置。隨著IT設(shè)備的增加，為了提高UPS的最大負(fù)載，需要增加模塊數(shù)量，使UPS負(fù)載率控制在50%～60%。

2.減少UPS電池容量

大部分IDC機(jī)房配備了長時(shí)間的電池容量，以防止停電時(shí)能夠及時(shí)為IDC機(jī)房供電。然而，由于大容量電池充放電時(shí)間過長，將會(huì)產(chǎn)生大量的能耗。對(duì)于大型IDC機(jī)房來說，當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)停電后再啟動(dòng)，共切換時(shí)間只有幾分鐘，因此UPS的電池容量只需要30分鐘用于柴油發(fā)電機(jī)的切換。

（六）照明系統(tǒng)的節(jié)能

在數(shù)據(jù)中心機(jī)房照明系統(tǒng)節(jié)能方面，應(yīng)從以下幾個(gè)方面入手。

在數(shù)據(jù)中心照明系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)時(shí)，要嚴(yán)格按照國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。盡可能避免照度過亮或不勻現(xiàn)象的出現(xiàn)，選擇節(jié)能型的光源和燈具。設(shè)計(jì)高效、靈活的照明控制系統(tǒng)，對(duì)于不工作區(qū)域的照明，設(shè)計(jì)自動(dòng)關(guān)閉控制功能。在遠(yuǎn)程可實(shí)現(xiàn)IDC機(jī)房設(shè)備操作、環(huán)境監(jiān)控等，減少工作人員進(jìn)入機(jī)房操作次數(shù)，降低機(jī)房照明能耗。

三、IDC機(jī)房節(jié)能減排的新思路

近年來，隨著我國IDC機(jī)房節(jié)能技術(shù)及措施的應(yīng)用，在IDC機(jī)房節(jié)能減排方面，出現(xiàn)新的設(shè)計(jì)思路。

（一）一體化機(jī)房

一體化機(jī)房主要以先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念，標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)程序和系統(tǒng)配置來實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的工作模式。這種理念是集裝箱數(shù)據(jù)中心和一體化機(jī)柜以及所有子系統(tǒng)在一個(gè)狹小的空間，只需供電就可以穩(wěn)定運(yùn)行。但它具有一定的封閉性，且設(shè)備密度較高，從而導(dǎo)致PUE水平較低。某廠商在一體化機(jī)房實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，通過利用這門技術(shù)將PUE值降至1.18。目前，集裝箱數(shù)據(jù)中心和一體化機(jī)柜在各領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

（二）高壓直流供配電

1.供電可靠性大大提高

采用直流供電的最大優(yōu)點(diǎn)在于提高了供電的可靠性。這可以從三個(gè)方面體現(xiàn)：一是采用直流供電，蓄電池可以作為電源直接并聯(lián)在負(fù)載端，當(dāng)停電時(shí)，蓄電池的電能可以直接供給負(fù)載，確保供電的不間斷。二是直流供電只有電壓幅值一個(gè)參數(shù)，各個(gè)直流模塊之間不存在相位、相序、頻率需同步的問題，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單很多，可靠性將大大提高。三是雖然交流UPS系統(tǒng)可以提高冗余度來提高安全系數(shù)，但是由于涉及到同步的問題，每個(gè)模塊之間必須相互通信來保持同步，所以還是存在并機(jī)板的單點(diǎn)故障問題。而直流模塊沒有這些問題，即使脫離控制模塊，只要保持輸出電壓穩(wěn)定，也能并聯(lián)輸出電能。

2.工作效率提高

和交流UPS系統(tǒng)相比，直流供電省掉了逆變環(huán)節(jié)，一般逆變的損耗在5%左右，因此電源的效率提高了。其次，由于服務(wù)器輸入的是直流電，也就不存在功率因數(shù)及諧波的問題，降低了線損。再次，由于并機(jī)技術(shù)簡單了，可以采用大量的模塊并聯(lián)，使每個(gè)模塊的使用率可達(dá)到70%～80%，比交流UPS系統(tǒng)提高了很多。

3.系統(tǒng)可維護(hù)性增強(qiáng)

現(xiàn)在的交流UPS系統(tǒng)，涉及復(fù)雜的同步并機(jī)技術(shù)，整機(jī)的維護(hù)也只能依靠廠家。即使出現(xiàn)緊急情況時(shí)，我們的維護(hù)人員也只能等待廠家技術(shù)人員來解決，這些先天不足對(duì)安全供電存在較大的隱患。而采用直流供電，就如現(xiàn)在一直使用的 48V直流系統(tǒng)一樣，系統(tǒng)由模塊組成，雖然電壓增高了，但只要做好安全防護(hù)措施，維護(hù)人員還是可以自己進(jìn)行維護(hù)的，比如更換模塊等。

4.擴(kuò)容便捷

由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在一個(gè)模塊的容量一般在10kW左右，只要預(yù)留好機(jī)架位置，擴(kuò)容是非常方便的。同時(shí)在建設(shè)的時(shí)候，可以根據(jù)服務(wù)器的數(shù)量逐漸增加模塊數(shù)，使每個(gè)模塊的負(fù)載率能盡量提高。這對(duì)于節(jié)能也是非常有好處的。

5.不存在"零地"電壓等不明問題的干擾

因?yàn)槭侵绷鬏斎氩淮嬖诹憔€，因此，也就不存在"零地"電壓，避免了一些不明故障，維護(hù)部門也無需再費(fèi)時(shí)費(fèi)力去解決"零地"電壓的問題。

四.結(jié)語

綜上所述，在IDC機(jī)房節(jié)能建設(shè)過程中，要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房運(yùn)行節(jié)能，我們需要結(jié)合實(shí)際情況，合理地選擇不同技術(shù)、設(shè)備，并根據(jù)實(shí)際需求，選用最優(yōu)化的節(jié)能方案。本文結(jié)合工作實(shí)踐，針對(duì)IDC機(jī)房節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，旨在為IDC機(jī)房設(shè)備的節(jié)能建設(shè)提供依據(jù)。

作者單位：沈陽電信工程局（有限公司）