資料中心產業的能源如何實現綠色環保？

　　 前言

　　各中小機構不需要建設自己的獨立的業務處理和安全服務資料中心。由安全服務平臺統一提供業務處理金額安全資料服務。各中小機構只需要建立維護自己的辦公管理等系統即可。這一方面為各中小機構減少了在資料中心方面投資，另一方面統一的資料中心將極大地減少電能消耗、房屋佔用、裝修材料消耗。安全服務平臺將建設成為“綠色資料中心”。

　　

　　資料中心通常是指在一個建築物的物理空間場地內，實現對資料資訊的集中處理、儲存、交換、管理。其中計算機裝置、伺服器裝置、網路裝置、通訊裝置、儲存裝置等通常被認為是資料中心的IT關鍵裝置，而供配電裝置、空調裝置等是為確保資料中心的IT關鍵裝置提供安全、穩定和可靠執行而設定配置的基礎設施。

　　在資料中心中為了業務和資訊的處理要求，IT關鍵裝置通常需要24*7的執行。而IT關鍵裝置的執行需要配置和消耗大量的電能，併產生大量的熱量。為保證IT關鍵裝置在規定的環境要求範圍內正常執行，有需要通過空調裝置的執行，來維持IT關鍵裝置對溫度和溼度等的環境要求。此時，空調裝置也消耗了大量的電能。同時，資料中心被構建在一個建築物內，採用的構築材料以及圍護結構的熱工效能，也對資料中心的環境產生直接影響。

　　舊的資料中心的規劃是低效的。低效的根本原因如下：

　　供電和製冷裝置的過度規劃

　　採用低密度應用的製冷系統為高密度提供製冷.

　　低效的空間佈局設計

　　低效的氣流組織模式

　　冗餘(可用性)

　　低效的供電和製冷裝置

　　製冷裝置的低效執行設定

　　氣流或液體過濾器的堵塞

　　製冷裝置節能模式障礙或不可用

　　高架地板下部塞滿線纜

　　資料中心的消耗電力因為資料中心擴容急速增長。在所消耗的電力中，很大一部分是為了滿足網路電子裝置與樓宇執行的需要。這些電子裝置會產生大量的熱，這是資料中心所面臨的主要問題之一。隨著溫度的升高，IT 硬體的可靠性大幅降低。據估計，溫度升高10oC(18oF)，電子裝置的長期可靠性降低50%。具有諷刺意味的是，資料中心執行所依賴的一些核心網路電子技術產生的熱量正是會導致其效率和壽命降低：網路裝置每消耗1W 功率，便需要配備1W 的散熱功率。這些配件的頻繁更換一方面產生大量的電子垃圾，同時提高了執行成本。浪費在散熱上的能源相當於浪費資源和金錢。由於氣流管理效率低下，大型資料中心提供的散熱容量最高達到了裝置所需散熱容量的270%。

　　以“保護地球、環境以及各種生物的安全及持續性發展，並以行動做出積極的改變”的綠色運動波及全球的各個領域。建築領域和IT領域也逐漸形成了綠色建築和綠色IT的概念。

　　而資料中心就其特徵而言，是緊密關聯建築和IT這兩大領域的。廣義的綠色資料中心是“綠色建築+綠色IT及其範圍的延伸”，狹義的綠色資料中心是“綠色IT+綠色IT及其範圍的延伸”。

　　綠色建築是指在建築的全壽命週期內最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材)。保護環境和減少汙染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間、與自然和諧共生的建築。

　　綠色IT是指IT裝置的低能耗、低電磁輻射、低噪音、限制使用有害物質、節約空間等。

　　綠色IT範圍的延伸是指涉及IT環境與 管理的IT基礎設施供配電裝置、空調裝置等裝置的低能耗、高能效、降低全生命週期成本以及場地佈局優化、合理氣流組織、虛擬化以及環境控監等軟體管理措施的應用等。

　　國際上對綠色資料中心的定義為使資料中心中的機械、照明、電氣和IT系統取得最大的能源效率和最小的環境影響。

　　綠色資料中心的實現

　　1. 綠色資料中心實現的幾個視角

　　綠色資料中心的實現可概括為技術實現和產品實現。綠色資料中心的實現包含了從裝置的晶片到建築物內外環境的方方面面，可以從器件層面、裝置層面、設施層面、軟體層面、場地層面、建築層面、環境層面、管理管層面等由小到大、由裡到外的多個視角來實現資料中心的綠色特性。

　　綠色資料中心的基本特徵是期望取得最大的能源效率和最小的環境影響。因此低能耗、高能效、降低全生命週期成本、節約與優化空間、限制使用有害物質、低電磁輻射、低噪音等均是綠色資料中心所需實現的最基本內容。

　　2. 器件層面

　　積體電路晶片、電子器件是構成裝置的基礎。而晶片器件的能耗也是決定IT裝置能耗的主要因素。因此降低晶片器件的能耗、減少散熱量、提高主頻、採用多核、提高密度、減小空間，並使“功耗不變、效能提升”。是現行晶片器件廠商努力和使用者選擇的目標。

　　3. 裝置層面

　　資料中心的IT裝置主要有：計算機裝置、伺服器裝置、網路裝置、通訊裝置、儲存裝置等。

　　伺服器裝置在資料中心中是一項重要的裝置，佔有較多的數量和空間，也是資料中心中能耗較多的裝置。近年來，伺服器的形式發生了較大的變化。由原來的主機式、落地式到現在的機架式、刀片式。刀鋒伺服器密度較高比機架式伺服器消耗電能要少。

　　所謂刀片式伺服器，就是指伺服器外形扁而平，活像個刀片，於是形象的叫做“刀鋒伺服器”。在標準高度的機架式機箱內可插裝多個卡式的伺服器單元(即刀片，其實際上是符合工業標準的板卡，上有處理器、記憶體和硬碟等，並安裝了作業系統，因此一個刀片就是一臺小型伺服器)，這一張張的刀片組合起來，進行資料的互通和共享，在系統軟體的協調下同步工作就可以變成高可用和高密度的新型伺服器。

　　這些刀鋒伺服器共用系統背板、冗餘電源、冗餘風扇、網路埠、光碟機、軟碟機、鍵盤、顯示器和滑鼠，一個機箱對外就是一臺伺服器，而且多個刀片機箱還可以級聯，形成更大的叢集系統。因為一個標準機架式機箱通常內建了8～14個刀鋒伺服器，這些伺服器是共用冗餘電源，所以伺服器電源的工作效率得到很大提升。而刀鋒伺服器因為體積小，與同等速度與配置的機架式伺服器相比，更加省電與節能。

　　伺服器等IT裝置要考慮選用高效能的晶片、低能耗器件，並具有冗餘電源和冗餘散熱送風設施和動態管理模式。

　　IT裝置需選用低功耗的產品和選用有效用電率高的產品。IT裝置採用低損耗的直流供電方式是未來的一種趨勢。

　　4. 設施層面

　　為IT裝置提供支援保障的資料中心基礎設施主要為：備用發電機、UPS不間斷電源、配電裝置、空調裝置、照明裝置、消防裝置、安防裝置等。

　　資料中心常用柴油備用發電機、電池、UPS主機等構成備用及不間斷電源系統。由於發電採用柴油為動力燃料，執行時需作通風、排煙及噪聲處理。而電池採用免維護密封鉛酸蓄電池，均對環境有一定的影響。對此， 採用“綠色”的替代技術與產品將成為一種趨勢，如：可再生能源的生物燃料(生物柴油、植物油、乙醇、甲醇等);生物柴油不含鉛和硫，無毒、滲漏可降解;金屬化鎳氫電池;綜合燃料電池系統(可替代電池組和柴油發電機);無需傳統蓄電池而採用磁懸浮飛輪儲能技術的UPS電源系統等。

　　UPS不間斷電源主機的“綠色”主要涉及：採用數字控制技術，具有精度高，抗干擾能力強，易於實現對故障診斷和隔離， 易於監控和管理。選用高效節能的UPS應具有實現交流電源的功率因數校正和電流諧波抑制、輸入諧波失真低、功率因數高、非線性負載的適應能力強、在低負載率下也能具有高效率。UPS模組化方式可隨需而變、靈活擴容。與IT裝置配套採用免逆變的直流供電方式等。

　　空調裝置在綠色資料中心中成為主要的關注物件。空調裝置由原來的針對機房房間的獨立機櫃式發展為針對IT裝置機櫃列組的區域機櫃式，針對高密度裝置機櫃的門板式、側板式、頂置式和彌補下送風不足的吊裝式、吊頂式等。冷源也由常用的風冷式、水冷式發展為冷凍水式、乙二醇水溶液式、乙二醇自然冷卻式、自然低溫空氣冷卻式、雙冷源式等。空調裝置的多樣化形式和冷媒多樣化，其目的是為能夠具有針對性地選擇，以取得更有效的製冷效果和更高能效比。

　　空調裝置選用製冷效能係數、能效比高的空調裝置。採用精密製冷和動態智慧散熱技術，對IT裝置機櫃採用熱感測器進行環境的實時檢測，通過軟體計算散熱需求，動態調節，精確製冷。有效地降低能耗成本。

　　照明裝置選擇高效節能型的光源、燈具及附件。場地的照度、照度均勻度等照明指標以及照明負荷功率密度值按照《建築照明設計標準》的要求進行照明配置。採用高效、靈活、組合式照明控制系統。

　　5. 軟體層面

　　虛擬化是通過軟體實現硬體“綠色節能”的一種有效手段。虛擬化技術是合併多臺低端使用率比較低的IT裝置(伺服器裝置和儲存裝置)到一臺或少量的幾臺高階IT裝置上執行。如：可以將一臺物理伺服器虛擬劃分成多個相互隔離的小伺服器，並且每個虛擬的小伺服器都擁有獨立的IP。虛擬化可以提高系統適應性，提高IT裝置的有效利用率，同時降低裝置的使用能耗。

　　電源管理軟體也是一個可有效降低電源消耗的工具。IT裝置的處理器都有的電源節流裝置，可採用電源管理軟體設定管理策略控制電源損耗，還可對裝置進行監測、統計、控制電源消耗狀況。

　　環境裝置監控軟體具有對環境及空調裝置、電氣裝置照明裝置等進行顯示、記錄、計量、控制、報警、趨勢分析和提示功能。以先進的技術和合理的方式達到節約能耗的目的。

　　6. 場地層面

　　場地是IT關鍵裝置、IT基礎設施裝置安置場所也是人員的工作場所。

　　場地合理的總體規劃、空間與平面佈局是採用“綠色”技術實現的重要環節。總體規劃確定場地的等級規模和系統構成。空間與平面佈局確定場地的分隔和裝置的佈局。現行場地採用密閉護圍、大空間、少隔斷、適宜的空間容積(架高、淨高、層高)、人機區域分離等都是其所推崇的設計理念與節能策略。

　　場地中的IT裝置區域的佈置，應根據IT裝置種類、系統成組特性、裝置的發熱量、機櫃內裝置佈置密度、裝置與機櫃工藝所確定的冷卻方式等要素，合理地考慮機房區域、機櫃列組、機櫃內部這三個層面的空調製冷的氣流組織，包括空調裝置的位置佈置、送回風方式、送風口設定、迴風口設定等。採用“冷端”與“熱端”的送回風通道、平衡和雜湊高密度機櫃中的裝置佈置等是主要的氣流組織節能策略。

　　在場地中，現行均以機櫃為IT裝置承載安裝方式，特別是IT裝置高密度的流行趨勢，需要機櫃具有60%至80%的高通孔率以達到良好的散熱效能，配置CPU、安置電流、溫度、溼度、熱量感測器，實現精密配電和精確製冷提高機櫃單元的能效。

　　7. 建築層面

　　資料中心通常是一幢建築物或建築物的一部分。在資料中心中，通過空調裝置的執行來確保IT裝置執行所需要特定的溫溼度環境。所以資料中心建築物的建築護圍的熱工特性是影晌空調裝置能效的重要因素，是節能的重點關注物件。

　　採用複合牆體節能技術工藝，在牆體主體結構基礎上增加一層或幾層複合的絕熱保溫材料來改善整個牆體的熱工效能。複合牆體節能技術工藝根據保溫材料在牆體中的位置分為：內保溫(是資料中心建設最常用的一種形式)、中保溫、組合保溫和外保溫四種。通常採用的保溫材料有：礦岩棉、聚苯板、聚氨醋、石膏板等。選用的保溫材料傳熱係數值越小或熱惰性指標值越大，對圍護結構的傳熱能力越低，其保溫隔熱效能越好越有利於節能。

　　8. 環境層面

　　綠色節能主要關注的是各類資源的合理利用和環境保護。

　　資料中心的建築施工需充分利用當地供應的可再生材料建設，最大限度地節約資源(節能、節地、節水、節材)、低電磁輻射、低噪音、限制使用有害物質保護環境和減少汙染。在資料中心的支援區和輔助房間等區域適當地利用天然光源為資料中心的工作人員提供健康、適用和高效的使用空間， 與自然和諧共生的建築內外環境。

　　9. 管理層面

　　管理是一項涉及廣泛、內容多樣的工作。有運用國家政策法規和標準規範進行綠色資料中心建設過程的管理，也有綠色資料中心運營階段的管理。

　　在現行日常運營成本(主要是能耗成本)佔總體成本的比例呈逐年上升趨勢的情況下，建設階段需要關注工程先期設計的合理性和適用性，充分地考慮如何在建設期和運營期內降低日常運營成本(能耗成本)。運營階段通過IT應用系統的整合運營管理方案的優化，保持“綠色”提高能效，通過管理努力降低總體擁有成本，提高資料中心的整體經濟效用比。

　　具體措施如下：

　　(1) 使用已有的房屋組建資料中心。

　　(2) 採用總體的節能設計和綠色節能的裝修。

　　裝修措施如下：

　　減少裝修鋁材使用量：鋁是能耗最大的金屬冶煉產品之一。減少1千克裝修用鋁材，可節能約9.6千克標準煤，相應減排二氧化碳24.7千克。如果全國每年2000萬戶左右的家庭裝修能做到這一點，那麼可節能約19.1萬噸標準煤，減排二氧化碳49.4萬噸。

　　減少裝修鋼材使用量：鋼材是住宅裝修最常用的材料之一，鋼材生產也是耗能排碳的大戶。減少1千克裝修用鋼材，可節能約0.74千克標準煤，相應減排二氧化碳1.9千克。如果全國每年2000萬戶左右的家庭裝修能做到這一點，那麼可節能約1.4萬噸標準煤，減排二氧化碳3.8萬噸。

　　減少裝修木材使用量：適當減少裝修木材使用量，不但保護森林，增加二氧化碳吸收量，而且減少了木材加工、運輸過程中的能源消耗。少使用0.1立方米裝修用的木材，可節能約25千克標準煤，相應減排二氧化碳64.3千克。如果全國每年2000萬戶左右的家庭裝修能做到這一點，那麼可節能約50萬噸標準煤，減排二氧化碳129萬噸。

　　減少建築陶瓷使用量：家庭裝修時使用陶瓷能使住宅更美觀。不過，浪費也就此產生，部分家庭甚至存在奢侈裝修的現象。節約1平方米的建築陶瓷，可節能約6千克標準煤，相應減排二氧化碳15.4千克。如果全國每年2000萬戶左右的家庭裝修能做到這一點，那麼可節能約12萬噸，減排二氧化碳30.8萬噸。

　　(3) 伺服器裝置採用節能高效的刀片式伺服器。PC裝置減少顯示器的配置。

　　(4) 電源採用UPS裝置，空調製冷採用行級製冷，優化氣流。照明採用節能燈具。

　　(5) 使用電源管理軟體控制電能使用。

　　(6) 安全方面設定煙感、門禁、水浸、紅外等。

　　(7) 完善資料中心管理措施。

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