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数据中心产业的能源如何实现绿色环保?

时间:2018-10-04 22:14:46  来源:本站  作者:

  各中小机构不需要建设自己的独立的业务处理和安全服务数据中心。由安全服务平台统一提供业务处理金额安全数据服务。各中小机构只需要建立维护自己的办公管理等系统即可。这一方面为各中小机构减少了在数据中心方面投资,另一方面统一的数据中心将极大地减少电能消耗、房屋占用、装修材料消耗。安全服务平台将建设成为“绿色数据中心”。

  数据中心通常是指在一个建筑物的物理空间场地内,实现对数据信息的集中处理、存储、交换、管理。其中计算机设备、服务器设备、网络设备、通讯设备、存储设备等通常被认为是数据中心的IT关键设备,而供配电设备、空调设备等是为确保数据中心的IT关键设备提供安全、稳定和可靠运行而设置配置的基础设施。

  在数据中心中为了业务和信息的处理要求,IT关键设备通常需要24*7的运行。而IT关键设备的运行需要配置和消耗大量的电能,并产生大量的热量。为保证IT关键设备在规定的环境要求范围内正常运行,有需要通过空调设备的运行,来维持IT关键设备对温度和湿度等的环境要求。此时,空调设备也消耗了大量的电能。同时,数据中心被构建在一个建筑物内,采用的构筑材料以及围护结构的热工性能,也对数据中心的环境产生直接影响。

  数据中心的消耗电力因为数据中心扩容急速增长。在所消耗的电力中,很大一部分是为了满足网络电子设备与楼宇运行的需要。这些电子设备会产生大量的热,这是数据中心所面临的主要问题之一。随着温度的升高,IT 硬件的可靠性大幅降低。据估计,温度升高10oC(18oF),电子设备的长期可靠性降低50%。具有讽刺意味的是,数据中心运行所依赖的一些核心网络电子技术产生的热量正是会导致其效率和寿命降低:网络设备每消耗1W 功率,便需要配备1W 的散热功率。这些配件的频繁更换一方面产生大量的电子垃圾,同时提高了运行成本。浪费在散热上的能源相当于浪费资源和金钱。由于气流管理效率低下,大型数据中心提供的散热容量最高达到了设备所需散热容量的270%。

  以“保护地球、环境以及各种生物的安全及持续性发展,并以行动做出积极的改变”的绿色运动波及全球的各个领域。建筑领域和IT领域也逐渐形成了绿色建筑和绿色IT的概念。

  而数据中心就其特征而言,是紧密关联建筑和IT这两大领域的。广义的绿色数据中心是“绿色建筑+绿色IT及其范围的延伸”,狭义的绿色数据中心是“绿色IT+绿色IT及其范围的延伸”。

  绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)。保护环境和减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间、与自然和谐共生的建筑。

  绿色IT是指IT设备的低能耗、低电磁辐射、低噪音、限制使用有害物质、节约空间等。

  绿色IT范围的延伸是指涉及IT环境与 管理的IT基础设施供配电设备、空调设备等设备的低能耗、高能效、降低全生命周期成本以及场地布局优化、合理气流组织、虚拟化以及环境控监等软件管理措施的应用等。

  国际上对绿色数据中心的定义为使数据中心中的机械、照明、电气和IT系统取得最大的能源效率和最小的环境影响。

  绿色数据中心的实现可概括为技术实现和产品实现。绿色数据中心的实现包含了从设备的芯片到建筑物内外环境的方方面面,可以从器件层面、设备层面、设施层面、软件层面、场地层面、建筑层面、环境层面、管理管层面等由小到大、由里到外的多个视角来实现数据中心的绿色特性。

  绿色数据中心的基本特征是期望取得最大的能源效率和最小的环境影响。因此低能耗、高能效、降低全生命周期成本、节约与优化空间、限制使用有害物质、低电磁辐射、低噪音等均是绿色数据中心所需实现的最基本内容。

  集成电路芯片、电子器件是构成设备的基础。而芯片器件的能耗也是决定IT设备能耗的主要因素。因此降低芯片器件的能耗、减少散热量、提高主频、采用多核、提高密度、减小空间,并使“功耗不变、性能提升”。是现行芯片器件厂商努力和用户选择的目标。

  数据中心的IT设备主要有:计算机设备、服务器设备、网络设备、通讯设备、存储设备等。

  服务器设备在数据中心中是一项重要的设备,占有较多的数量和空间,也是数据中心中能耗较多的设备。近年来,服务器的形式发生了较大的变化。由原来的主机式、落地式到现在的机架式、刀片式。刀片服务器密度较高比机架式服务器消耗电能要少。

  所谓刀片式服务器,就是指服务器外形扁而平,活像个刀片,于是形象的叫做“刀片服务器”。在标准高度的机架式机箱内可插装多个卡式的服务器单元(即刀片,其实际上是符合工业标准的板卡,上有处理器、内存和硬盘等,并安装了操作系统,因此一个刀片就是一台小型服务器),这一张张的刀片组合起来,进行数据的互通和共享,在系统软件的协调下同步工作就可以变成高可用和高密度的新型服务器。

  这些刀片服务器共用系统背板、冗余电源、冗余风扇、网络端口、光驱、软驱、键盘、显示器和鼠标,一个机箱对外就是一台服务器,而且多个刀片机箱还可以级联,形成更大的集群系统。因为一个标准机架式机箱通常内置了8~14个刀片服务器,这些服务器是共用冗余电源,所以服务器电源的工作效率得到很大提升。而刀片服务器因为体积小,与同等速度与配置的机架式服务器相比,更加省电与节能。

  服务器等IT设备要考虑选用高性能的芯片、低能耗器件,并具有冗余电源和冗余散热送风设施和动态管理模式。

  IT设备需选用低功耗的产品和选用有效用电率高的产品。IT设备采用低损耗的直流供电方式是未来的一种趋势。

  为IT设备提供支持保障的数据中心基础设施主要为:备用发电机、UPS不间断电源、配电设备、空调设备、照明设备、消防设备、安防设备等。

  数据中心常用柴油备用发电机、电池、UPS主机等构成备用及不间断电源系统。由于发电采用柴油为动力燃料,运行时需作通风、排烟及噪声处理。而电池采用免维护密封铅酸蓄电池,均对环境有一定的影响。对此, 采用“绿色”的替代技术与产品将成为一种趋势,如:可再生能源的生物燃料(生物柴油、植物油、乙醇、甲醇等);生物柴油不含铅和硫,无毒、渗漏可降解;金属化镍氢电池;综合燃料电池系统(可替代电池组和柴油发电机);无需传统蓄电池而采用磁悬浮飞轮储能技术的UPS电源系统等。

  UPS不间断电源主机的“绿色”主要涉及:采用数字控制技术,具有精度高,抗干扰能力强,易于实现对故障诊断和隔离, 易于监控和管理。选用高效节能的UPS应具有实现交流电源的功率因数校正和电流谐波抑制、输入谐波失真低、功率因数高、非线性负载的适应能力强、在低负载率下也能具有高效率。UPS模块化方式可随需而变、灵活扩容。与IT设备配套采用免逆变的直流供电方式等。

  空调设备在绿色数据中心中成为主要的关注对象。空调设备由原来的针对机房房间的独立机柜式发展为针对IT设备机柜列组的区域机柜式,针对高密度设备机柜的门板式、侧板式、顶置式和弥补下送风不足的吊装式、吊顶式等。冷源也由常用的风冷式、水冷式发展为冷冻水式、乙二醇水溶液式、乙二醇自然冷却式、自然低温空气冷却式、双冷源式等。空调设备的多样化形式和冷媒多样化,其目的是为能够具有针对性地选择,以取得更有效的制冷效果和更高能效比。

  空调设备选用制冷性能系数、能效比高的空调设备。采用精密制冷和动态智能散热技术,对IT设备机柜采用热传感器进行环境的实时检测,通过软件计算散热需求,动态调节,精确制冷。有效地降低能耗成本。

  照明设备选择高效节能型的光源、灯具及附件。场地的照度、照度均匀度等照明指标以及照明负荷功率密度值按照《建筑照明设计标准》的要求进行照明配置。采用高效、灵活、组合式照明控制系统。

  虚拟化是通过软件实现硬件“绿色节能”的一种有效手段。虚拟化技术是合并多台低端使用率比较低的IT设备(服务器设备和存储设备)到一台或少量的几台高端IT设备上运行。如:可以将一台物理服务器虚拟划分成多个相互隔离的小服务器,并且每个虚拟的小服务器都拥有独立的IP。虚拟化可以提高系统适应性,提高IT设备的有效利用率,同时降低设备的使用能耗。

  电源管理软件也是一个可有效降低电源消耗的工具。IT设备的处理器都有的电源节流装置,可采用电源管理软件设置管理策略控制电源损耗,还可对设备进行监测、统计、控制电源消耗状况。

  环境设备监控软件具有对环境及空调设备、电气设备照明设备等进行显示、记录、计量、控制、报警、趋势分析和提示功能。以先进的技术和合理的方式达到节约能耗的目的。

  场地合理的总体规划、空间与平面布局是采用“绿色”技术实现的重要环节。总体规划确定场地的等级规模和系统构成。空间与平面布局确定场地的分隔和设备的布局。现行场地采用密闭护围、大空间、少隔断、适宜的空间容积(架高、净高、层高)、人机区域分离等都是其所推崇的设计理念与节能策略。

  场地中的IT设备区域的布置,应根据IT设备种类、系统成组特性、设备的发热量、机柜内设备布置密度、设备与机柜工艺所确定的冷却方式等要素,合理地考虑机房区域、机柜列组、机柜内部这三个层面的空调制冷的气流组织,包括空调设备的位置布置、送回风方式、送风口设置、回风口设置等。采用“冷端”与“热端”的送回风通道、平衡和散列高密度机柜中的设备布置等是主要的气流组织节能策略。

  在场地中,现行均以机柜为IT设备承载安装方式,特别是IT设备高密度的流行趋势,需要机柜具有60%至80%的高通孔率以达到良好的散热性能,配置CPU、安置电流、温度、湿度、热量传感器,实现精密配电和精确制冷提高机柜单元的能效。

  数据中心通常是一幢建筑物或建筑物的一部分。在数据中心中,通过空调设备的运行来确保IT设备运行所需要特定的温湿度环境。所以数据中心建筑物的建筑护围的热工特性是影晌空调设备能效的重要因素,是节能的重点关注对象。

  采用复合墙体节能技术工艺,在墙体主体结构基础上增加一层或几层复合的绝热保温材料来改善整个墙体的热工性能。复合墙体节能技术工艺根据保温材料在墙体中的位置分为:内保温(是数据中心建设最常用的一种形式)、中保温、组合保温和外保温四种。通常采用的保温材料有:矿岩棉、聚苯板、聚氨醋、石膏板等。选用的保温材料传热系数值越小或热惰性指标值越大,对围护结构的传热能力越低,其保温隔热性能越好越有利于节能。

  数据中心的建筑施工需充分利用当地供应的可再生材料建设,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、低电磁辐射、低噪音、限制使用有害物质保护环境和减少污染。在数据中心的支持区和辅助房间等区域适当地利用天然光源为数据中心的工作人员提供健康、适用和高效的使用空间, 与自然和谐共生的建筑内外环境。

  管理是一项涉及广泛、内容多样的工作。有运用国家政策法规和标准规范进行绿色数据中心建设过程的管理,也有绿色数据中心运营阶段的管理。

  在现行日常运营成本(主要是能耗成本)占总体成本的比例呈逐年上升趋势的情况下,建设阶段需要关注工程先期设计的合理性和适用性,充分地考虑如何在建设期和运营期内降低日常运营成本(能耗成本)。运营阶段通过IT应用系统的整合运营管理方案的优化,保持“绿色”提高能效,通过管理努力降低总体拥有成本,提高数据中心的整体经济效用比。

  减少装修铝材使用量:铝是能耗最大的金属冶炼产品之一。减少1千克装修用铝材,可节能约9.6千克标准煤,相应减排二氧化碳24.7千克。如果全国每年2000万户左右的家庭装修能做到这一点,那么可节能约19.1万吨标准煤,减排二氧化碳49.4万吨。

  减少装修钢材使用量:钢材是住宅装修最常用的材料之一,钢材生产也是耗能排碳的大户。减少1千克装修用钢材,可节能约0.74千克标准煤,相应减排二氧化碳1.9千克。如果全国每年2000万户左右的家庭装修能做到这一点,那么可节能约1.4万吨标准煤,减排二氧化碳3.8万吨。

  减少装修木材使用量:适当减少装修木材使用量,不但保护森林,增加二氧化碳吸收量,而且减少了木材加工、运输过程中的能源消耗。少使用0.1立方米装修用的木材,可节能约25千克标准煤,相应减排二氧化碳64.3千克。如果全国每年2000万户左右的家庭装修能做到这一点,那么可节能约50万吨标准煤,减排二氧化碳129万吨。

  减少建筑陶瓷使用量:家庭装修时使用陶瓷能使住宅更美观。不过,浪费也就此产生,部分家庭甚至存在奢侈装修的现象。节约1平方米的建筑陶瓷,可节能约6千克标准煤,相应减排二氧化碳15.4千克。如果全国每年2000万户左右的家庭装修能做到这一点,那么可节能约12万吨,减排二氧化碳30.8万吨。

  (3) 服务器设备采用节能高效的刀片式服务器。PC设备减少显示器的配置。

  (4) 电源采用UPS设备,空调制冷采用行级制冷,优化气流。照明采用节能灯具。

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