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近年來，隨著計算機技術的不斷發展，idc（也稱互聯網數據中心）機房的建設規模不斷擴大，其所需消耗的電能也越來越多，因此，如何實現IDC機房的節能減排，成為多方關注的焦點話題。因此，在確保系統設備正常運行情況下，提高電能的利用率，解決消除機房過熱問題成為IDC機房日后發展過程中需要解決的一個重要問題。本文通過實際工作經驗，著重就IDC機房節能減排技術的應用進行探討。
一、IDC機房能耗現狀及原因分析
（一）IDC機房能耗現狀。IDC機房能耗計算參考值PUE，PUE值作為衡量數據中心電能使用效率的常用指標，主要是指數據中心所消耗全電能消耗量與負載消耗量的比值，通過計算發現，當PUE值接近1時，數據中心節能水平較高。目前來說，IDC機房的PUE值一般在1.6-1.9范圍內。近年來，隨著我國移動通信業務客戶量的持續攀升，IDC機房電能消耗不斷增加，一些大型互聯網公司開展節能型IDC機房工作，采取了產品能耗優化，配備節能服務器等各種節能措施。目前這些企業雖然在IDC機房節能建設方面取得了一定成效，但從總體上來看，IDC機房仍存在能耗問題，其節能空間較大。
（二）IDC機房能耗原因分析。根據IDC機房PUE值的偏高原因分析，主要包括以下幾個方面。（1）機房設備能耗偏高。IDC機房設備普遍存在容量低、能耗高的現狀。（2）空調制冷系統利用率普遍不高，加上機房空調設備采用分期策略，從而導致空調設備出現空置。另外，在大型水冷空調系統未能得到廣泛應用，覆蓋率較低。（3）供電系統布局不合理，不能得到優化。例如，IDC機房部分供電設備（如變壓器）負載率偏低，供電線路存在冗余現象。另外，機房配置UPS（不間斷供電系統），此系統在機房運營初期，電能損量較大，占整個IDC機房能耗損量的20%左右。
二、IDC機房節能減排技術
要降低機房的PUE值，需要從空調系統節能、供配電子系統節能、照明系統的節能等幾個方面著手。
（一）空調系統本身的節能。先談談空調系統本身的能耗有四部分組成：系統方面的能耗、熱交換方面的能耗、動力方面的能耗、介質輸送方面的能耗，對于這四方面能耗的控制和解決方案：1.針對系統方面的能耗準確計算制冷量，在空調制冷量計算過程中，確保制冷量計算的準確性，可避免制冷過度現象的發生，降低空調系統的能源消耗。然而，在制冷量計算時，還要考慮到IDC機房的迅速增長，在方案設計時要預留空調放置空間、管線位置等，確保隨時能夠增加制冷量。設計階段選用空調制冷量匹配的主機,為避免不必要的浪費，建議不使用一臺大制冷量的空調,以避免大機組在部分負荷的低效率下運行。而選用多臺合適制冷量的緊密空調，運行時要注意根據實際空調機組的負荷變化及時變換空調機的運行參數和運行模式，使運行模式與環境現狀保持一致，達到運行狀態最佳。2.針對熱交換方面的能耗熱交換器（冷凝器和蒸發器）在常年連續的使用過程中會有灰塵和污垢結在熱交換器的表面,增加了阻力降低了熱交換效率，也會造成較大的浪費;對于熱交換器應該進行定期清潔和維護，尤其是對于室外冷凝器的定期清潔和維護更為重要。3.針對動力方面的能耗壓縮機電機、風機電機等能耗,是系統維持運行的能耗,按照目前的技術條件完全可以采用變頻控制，使主機“按需”運行，避免出現大馬拉小車現象。較大的系統,應采用多個設備搭配統籌運行,這樣可以避免比較大的系統在低負荷時的低效率運行。4.針對介質輸送方面的能耗空調的冷媒管對冷熱的輸送,管路系統應做好全面嚴密的保溫,這一點是非常關鍵的?？照{系統在長時間運行以后,對管路系統的保溫層需要進行檢查、檢修和補損，確保保溫系統有效,減少管路系統的熱量損耗，同時過濾網部位的清潔也十分關鍵，定期清潔不但可以減少阻力損失，還能減少細菌、灰塵對室內空氣的污染，間接地減少空調機能耗，提高空氣質量。
（二）新風系統的節能?？照{機本身的能耗無疑是整個空調系統最大的，通過調節運行參數和運行模式可以有效的減少耗能。而另外一種節能的方式是依靠新風系統，根據以往經驗分析，合理選擇新風處理設備以及合理運行是減小能耗的關鍵，新風系統是指從自然界中獲取溫度比機房內溫度低的空氣，不需要壓縮機制冷耗電的情況下，給機房降溫的系統。運行中的新風引入首先應該注意的是新風的所在地的空氣質量要有所保證，空氣質量需要達標，其次新風的引入口與室內之間的距離不宜過長，以免新風在到達室內的過程中再次受到二次污染，再次選擇空氣過濾網時，應選殺菌性能好，吸附能力強的過濾網，可以有效殺滅有害細菌，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要及時清洗更換，保證風口暢通清潔。
（三）變頻空調的節能。變頻空調的節能優勢不言而喻，相對于定頻空調而言，變頻能夠在能源節約上體現出明顯優勢。其內部裝設有變頻控制器，通過對壓縮機轉動速度的調節以及對制冷量的連續性調節，具備溫度曲線平穩、噪音小、節約能耗的效果。變頻空調加快空調的制冷速度，利用變頻技術可在每次啟動過程中在功率上處于最大額度，此時風量最大，在短時間內便可達到設定溫度。達到預計溫度時，壓縮機轉速會自動下降，并維持低能耗狀態。這樣不僅可以在更短時間內達到設定溫度的要求，還能在維持設定溫度前提下避免壓縮機頻繁開停，對于壓縮機的耗電量可明顯控制并延長壓縮機壽命，據統計可讓壓縮機節約能耗20%左右，在相關技術上可分為以下幾種，①稀土永磁電機。這類電機的轉子為稀土永磁，能夠幫助壓縮機在較寬幅度的頻率及電壓范圍內實現高效率運轉，達到節能效果。②模糊控制技術。這一技術可幫助變頻空調自動感知室外溫度變化并加以調節，讓室內溫度始終維持在設定溫度左右。③超寬變頻。超寬變頻通過微電腦技術控制，可在短時間內測量出環境變化，并精確判斷溫度改變，讓室內溫度維持在設定溫度恒定狀態。
（四）優化氣流組織的節能。利用氣流組織形式，實現空調節能。精密空調制冷的氣流組織包括空調布置、送風口和回風口設置、送回風方式等。其中，水平送風作為送風口設置的一種新的解決方案，能夠有效地解決IDC機房設備密度或發熱量不勻而引發的局部熱點問題。因設備局部的溫度較高，若采用均勻的送風方式，需要降低機房的溫度，導致設備能耗的增加，而采用水平送風方式，可以將空調內機與過熱的機柜組相互結合，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問題，實現空調系統的節能減排。
（五）供配電子系統的節能。1.優化UPS配置UPS的效率與負載率有關，如對于高效率的高頻機要確保UPS的效率超過90%，需要確保其負載率在50%以上。如果高頻機負載率在40%以下，將會大大降低UPS的效率，經過調查發現，UPS機房在發展過程中的單機負載率很低，一般不會超過30%。因此，為了避免UPS負載率過低，需要選用具有擴展性的模塊化UPS，結合實際情況來進行負載配置。隨著IT設備的增加，為了提高UPS的最大負載，需要增加模塊數量，使UPS負載率控制在50%~60%。2.減少UPS電池容量大部分IDC機房配備了長時間的電池容量，以防止停電時能夠及時為IDC機房供電。然而，由于大容量電池充放電時間過長，將會產生大量的能耗。對于大型IDC機房來說，當柴油發電機系統停電后再啟動，共切換時間只有幾分鐘，因此UPS的電池容量只需要30分鐘用于柴油發電機的切換。
（六）照明系統的節能。在數據中心機房照明系統節能方面，應從以下幾個方面入手。在數據中心照明系統節能設計時，要嚴格按照國家規定的標準進行設計。盡可能避免照度過亮或不勻現象的出現，選擇節能型的光源和燈具。設計高效、靈活的照明控制系統，對于不工作區域的照明，設計自動關閉控制功能。在遠程可實現IDC機房設備操作、環境監控等，減少工作人員進入機房操作次數，降低機房照明能耗。
三、IDC機房節能減排的新思路
近年來，隨著我國IDC機房節能技術及措施的應用，在IDC機房節能減排方面，出現新的設計思路。
（一）一體化機房。一體化機房主要以先進的設計理念，標準化的設計程序和系統配置來實現標準化的工作模式。這種理念是集裝箱數據中心和一體化機柜以及所有子系統在一個狹小的空間，只需供電就可以穩定運行。但它具有一定的封閉性，且設備密度較高，從而導致PUE水平較低。某廠商在一體化機房實際應用當中，通過利用這門技術將PUE值降至1.18。目前，集裝箱數據中心和一體化機柜在各領域中得到廣泛的應用。
（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點在于提高了供電的可靠性。這可以從三個方面體現:一是采用直流供電，蓄電池可以作為電源直接并聯在負載端，當停電時，蓄電池的電能可以直接供給負載，確保供電的不間斷。二是直流供電只有電壓幅值一個參數，各個直流模塊之間不存在相位、相序、頻率需同步的問題，系統結構簡單很多，可靠性將大大提高。三是雖然交流UPS系統可以提高冗余度來提高安全系數，但是由于涉及到同步的問題，每個模塊之間必須相互通信來保持同步，所以還是存在并機板的單點故障問題。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定，也能并聯輸出電能。2.工作效率提高和交流UPS系統相比，直流供電省掉了逆變環節，一般逆變的損耗在5%左右，因此電源的效率提高了。其次，由于服務器輸入的是直流電，也就不存在功率因數及諧波的問題，降低了線損。再次，由于并機技術簡單了，可以采用大量的模塊并聯，使每個模塊的使用率可達到70%~80%，比交流UPS系統提高了很多。3.系統可維護性增強現在的交流UPS系統，涉及復雜的同步并機技術，整機的維護也只能依靠廠家。即使出現緊急情況時，我們的維護人員也只能等待廠家技術人員來解決，這些先天不足對安全供電存在較大的隱患。而采用直流供電，就如現在一直使用的48V直流系統一樣，系統由模塊組成，雖然電壓增高了，但只要做好安全防護措施，維護人員還是可以自己進行維護的，比如更換模塊等。4.擴容便捷由于采用模塊化結構，現在一個模塊的容量一般在10kW左右，只要預留好機架位置，擴容是非常方便的。同時在建設的時候，可以根據服務器的數量逐漸增加模塊數，使每個模塊的負載率能盡量提高。這對于節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為是直流輸入不存在零線，因此，也就不存在"零地"電壓，避免了一些不明故障，維護部門也無需再費時費力去解決"零地"電壓的問題。
四、結語
綜上所述，在IDC機房節能建設過程中，要實現數據機房運行節能，我們需要結合實際情況，合理地選擇不同技術、設備，并根據實際需求，選用最優化的節能方案。本文結合工作實踐，針對IDC機房節能減排技術的應用進行了分析，旨在為IDC機房設備的節能建設提供依據。
作者:劉劍楠 單位:沈陽電信工程局（有限公司）