動環(huán)監(jiān)控&空調(diào)控制
20年經(jīng)驗-全國辦事處覆蓋-源頭廠家

注：本文摘自萬國數(shù)據(jù)新書《數(shù)據(jù)中心建設管理與指南》

綠色數(shù)據(jù)中心建設包含一整套設計思想和實施方法，而不是簡單地購買節(jié)能產(chǎn)品就能實現(xiàn)。最高效的數(shù)據(jù)中心不一定就是綠色的。建設綠色數(shù)據(jù)中心需要從整體上把握，考慮選址、環(huán)境、物理建筑、基礎設施、員工、系統(tǒng)建設和維護等眾多因素。綠色數(shù)據(jù)中心的節(jié)能效果就像是一條長尾曲線，其前端通常由建筑群體能耗、服務器能耗、空調(diào)能耗、UPS能耗等“大指標”組成，而曲線的尾部則由氣流組織設計、設備擺放位置、機柜和服務器之間的距離、維護難易程度等無數(shù)“小指標”組成。如果沒有整體設計思想和實施方法，即使抓住了全部的“大指標”，也難以達到理想的綠色效果。

     根據(jù)數(shù)據(jù)中心內(nèi)各類設備的能耗分析，所謂的“大指標”主要包括IT設備運行能耗、保證IT設備運行的配套設施能耗、建筑物能耗三個方面。

1.通信機房節(jié)能降耗的措施-- IT設備運行能耗

     IT設備能耗是影響數(shù)據(jù)中心總體能耗的根本原因之一。如何減少IT設備能耗是各大設備廠商不斷研究的課題。設備廠商紛紛推出能耗低效率高的產(chǎn)品，例如，通過改造產(chǎn)品電源，可將產(chǎn)品原有電源效率從70%提高到90%以上。若要進一步降低IT設備的能耗，IT系統(tǒng)的運維管理也非常重要，例如，關閉閑置設備，開啟設備電源智能管理系統(tǒng)，使設備根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)設備電源輸出能力等。

但多數(shù)數(shù)據(jù)中心在規(guī)劃之初，要做到準確規(guī)劃IT設備的具體型號、裝機數(shù)量和電力需求具有相當大的難度，尤其是遠期規(guī)劃則更加難以預測。因此，在數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃建設過程中，只能依據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和參照同行業(yè)現(xiàn)狀，給出IT設備的總體能耗指標，設定數(shù)據(jù)中心的最大服務能力。

2. 通信機房節(jié)能降耗的措施-- 保證IT設備運行的配套設施能耗

     配套設施主要包括供配電系統(tǒng)和空調(diào)冷卻系統(tǒng)。經(jīng)過相關機構對目前世界各地數(shù)據(jù)中心的抽樣調(diào)查所取得的數(shù)據(jù)表明，配套設施的能耗約占數(shù)據(jù)中心總能耗的70%，這個數(shù)值相當可觀。由于配電系統(tǒng)設備和空調(diào)系統(tǒng)設備的系統(tǒng)設計、工作方式、系統(tǒng)配置和設備選型存在明顯差異，對系統(tǒng)的工作效率有很大的影響，因此，配套設施的節(jié)能應作為數(shù)據(jù)中心節(jié)能最重要的主攻方向。

3. 通信機房節(jié)能降耗的措施-- 建筑物本身的能耗

      降低建筑物圍護結構能耗是我國政府和相關行業(yè)非常重視的問題，近年來出臺了相關的規(guī)范和建筑節(jié)能標準。建筑物圍護結構能耗在數(shù)據(jù)中心總體能耗中占有一定的比例，也是節(jié)能降耗應該重點關注的一個方面。

      實際建設過程中的情況又是怎樣呢？目前國內(nèi)多數(shù)情況下是通過改造現(xiàn)有建筑體來構建數(shù)據(jù)中心，對建筑體本身的“綠色”考慮不足，這也是經(jīng)常被忽略的一個因素。很顯然，綠色數(shù)據(jù)中心首先應當是綠色建筑。所謂“綠色建筑”實際上是一個寬泛的理念，它既包括了建筑體本身的“綠色”，同時又要求建筑體在其整個生命周期都應該是綠色的，包括廢棄階段。

      數(shù)據(jù)中心建設在總體設計中，主要從TCO、總體空間規(guī)劃、合理氣流組織、系統(tǒng)融合構建等方面考慮節(jié)能途徑與節(jié)能措施。數(shù)據(jù)中心的總體設計更需要關注工程初期設計的合理性和適用性，充分考慮到如何在建設期和運營期內(nèi)降低數(shù)據(jù)中心的日常運營成本，即能耗成本，同時降低數(shù)據(jù)中心的TCO，以提高數(shù)據(jù)中心的整體經(jīng)濟效用比。

      目前，專業(yè)化、高等級的數(shù)據(jù)中心已從一幢建筑體逐漸發(fā)展成為建筑群體。例如，災難備份中心包括數(shù)據(jù)中心機房主體建筑、動力中心、辦公樓、配套研發(fā)樓和生活輔助樓等。數(shù)據(jù)中心合理的總體規(guī)劃、空間與平面布局是依據(jù)建設需求進行總體設計的第一步，也是重要的一步。總體規(guī)劃確定數(shù)據(jù)中心的等級規(guī)模和系統(tǒng)構成，空間與平面布局確定數(shù)據(jù)中心機房的場地分隔、工作流程以及建設工藝。現(xiàn)行數(shù)據(jù)中心采用機房密閉護圍、大空間、少隔斷、適宜的空間容積、人機區(qū)域分離、區(qū)域集中監(jiān)控等，這些都是新一代數(shù)據(jù)中心空間與平面布局所崇尚的設計理念與節(jié)能策略。

1.   建筑圍護

      數(shù)據(jù)中心通過精密空調(diào)的運行來確保IT設備運行所需的特定溫濕度環(huán)境。因此，數(shù)據(jù)中心建筑圍護的熱工特性是影響精密空調(diào)設備能效的重要因素之一。

      我國地域廣闊，各地氣候條件差別非常大，全國劃分為五個氣候區(qū)域，建筑節(jié)能對不同氣候區(qū)域的建筑圍護結構的保溫隔熱要求有著不同的規(guī)定。

      對于建筑體內(nèi)的數(shù)據(jù)中心機房區(qū)域，其環(huán)境溫度和濕度是基于設備環(huán)境的要求和機房設計標準而定的，通常需要在符合《公共建筑節(jié)能設計標準》的前提下，加強對數(shù)據(jù)中心機房區(qū)域進行建筑熱工復合計算和設計處理。同時，根據(jù)數(shù)據(jù)中心所在外部環(huán)境、機房區(qū)域位置的內(nèi)外部環(huán)境，以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)各功能區(qū)域相鄰布局的內(nèi)部環(huán)境，對IT關鍵設備區(qū)域加強措施，合理計算保溫隔熱的熱工參數(shù)，選擇適宜的圍護結構與材料。使用傳熱系數(shù)（K）值小的絕熱材料，對頂、地、墻的六方體進行絕熱，以減少圍護結構四周的傳熱系數(shù)，整體將數(shù)據(jù)中心的機房區(qū)域包裹起來，可以達到較好的密閉保溫節(jié)能效果。

      對數(shù)據(jù)中心的主機房區(qū)域應當采用無窗密閉護圍，以避免和減少進入室內(nèi)的太陽輻射以及窗或透明幕墻的溫差傳熱，是降低空調(diào)能耗的主要途徑和措施之一。對數(shù)據(jù)中心的支持區(qū)和輔助房間等功能區(qū)采用有窗玻璃護圍時，應該控制建筑朝向及窗墻面積比，采用雙層玻璃窗或low-e玻璃（幕墻），并輔助采用遮陽設施（外遮陽、內(nèi)遮陽等）來減少太陽輻射量。

2.   空調(diào)系統(tǒng)

      數(shù)據(jù)中心精密空調(diào)設備的主要節(jié)能途徑和節(jié)能措施包括制冷負荷計算、合理設定參數(shù)、送回風方式、選用高能效比設備、冷熱風預處理以及動態(tài)組合運營等。

      計算數(shù)據(jù)中心制冷負荷包括數(shù)據(jù)中心機房內(nèi)設備的散熱、建筑圍護結構的傳熱、太陽輻射熱、人體散熱散濕、照明設備散熱和新風負荷等。合理控制數(shù)據(jù)中心區(qū)域內(nèi)的制冷參數(shù)，即設定合理的溫濕度。據(jù)有關報道，制冷參數(shù)變化1℃，可能會產(chǎn)生5%~10%能耗變化。

      高效率地設計和布置送回風方式以及送風與回風通道。選用制冷性能系數(shù)和能效比高的空調(diào)設備，應當考慮采用高于《公共建筑節(jié)能設計標準》規(guī)定中建筑空調(diào)設備和《計算機和數(shù)據(jù)處理機房用單元式空氣調(diào)節(jié)機》規(guī)定中精密空調(diào)設備的最低能效比指標。采用冷熱預處理的新風通風換氣系統(tǒng)。適當進行空調(diào)設備組合配置，能夠動態(tài)提高制冷系統(tǒng)的效率。對大型數(shù)據(jù)中心機房空調(diào)系統(tǒng)適宜采用制冷性能系數(shù)和能效比較高的冷水機組空調(diào)系統(tǒng)。

      精密空調(diào)系統(tǒng)需要對溫濕度進行精確控制，空調(diào)機具有四種功能：制冷、電加熱、加濕和除濕。目前多數(shù)數(shù)據(jù)中心采用多臺空調(diào)獨立運行模式，可能會產(chǎn)生某些問題：由于產(chǎn)品的非一致特性、參數(shù)設置的不合理以及機房氣流組織的不確定性，可能導致同一機房內(nèi)多臺空調(diào)運行在不同的狀態(tài)，即有些空調(diào)在加濕狀態(tài)而有些空調(diào)在除濕狀態(tài)，白白消耗能源。針對上述情況，現(xiàn)在大多數(shù)設備廠家推出了精密空調(diào)群控系統(tǒng)，使同一機房內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)工作在相同的狀態(tài)上，從而避免了能源的無謂消耗。

      也有部分用戶取消了精密空調(diào)機內(nèi)的小功率加濕器，轉而采用獨立大功率的加濕系統(tǒng)，同時根據(jù)熱負荷的實際情況自動調(diào)節(jié)空調(diào)風機送風的變風量系統(tǒng)。目前已有廠家推出了這樣的產(chǎn)品，在實際運行中起到了顯著的節(jié)能效果。雖然在設備采購成本上有所增加，相信在不久的將來，隨著技術的發(fā)展，產(chǎn)品價格會趨于合理。目前還有一些空調(diào)方面的節(jié)能方案，已經(jīng)在節(jié)能方面取得了可喜的效果，但由于技術和產(chǎn)品價格等原因，還沒有被普遍采用。空調(diào)節(jié)能主要有以下幾種方式：

      1）自然冷卻系統(tǒng)。利用冬季氣溫較低的氣候條件，通過盤管換熱器為機房提供冷源，節(jié)省了空調(diào)機組的用電量，這也是目前采用比較多的一種方式。

      2）轉輪換熱系統(tǒng)。利用轉輪換熱技術，在換熱效率上有了較大的提升，節(jié)能效果顯著，在新風系統(tǒng)中已有大量的應用，但在機房制冷方面存在設備安裝、濕度控制等方面的難題有待技術上的進一步完善，目前還停留在實驗階段。

      3）自然風冷卻系統(tǒng)。將冬季室外冷空氣經(jīng)過處理后直接用于IT設備冷卻，在冬季較寒冷地區(qū)具有非常好的節(jié)能效果。但是存在濕度和空氣潔凈度難以控制等問題，該系統(tǒng)的使用還在嘗試階段。

      4）濕膜制冷系統(tǒng)。利用水分蒸發(fā)吸熱制冷，主要用于長年濕度較低的地區(qū)。目前一些機構正在與廠家聯(lián)合研制，并已取得一定的成果。

3.   機房配電系統(tǒng)

      配電系統(tǒng)的節(jié)能主要依靠系統(tǒng)設計和產(chǎn)品性能的提高。在系統(tǒng)設計上應當采用適合自身需要的設計，避免過度規(guī)劃。在系統(tǒng)配置上，應根據(jù)數(shù)據(jù)中心設備負載的特性，對系統(tǒng)諧波進行有效的治理。產(chǎn)品性能的提高則有賴于配電設備生產(chǎn)商的技術進步，在產(chǎn)品的選擇上用戶需要平衡產(chǎn)品性能和價格的關系。對于機房配電系統(tǒng)的建設應關注以下幾個方面：

      a.  應當合理規(guī)劃系統(tǒng)冗余度，重點關注設備運行是否處于高效狀態(tài)。

      b.  應當關注電力傳輸電纜運行的經(jīng)濟性選擇，在電纜線損與價格上尋找平衡點。不能只關注初期投資成本而忽視長期運行的線損。這是數(shù)據(jù)中心建設過程中長期被忽視的一個問題。

      c.  變壓器應采用損耗低的產(chǎn)品，例如S10型比S9型變壓器的空載和負載損耗低10%。

      d.  功率因數(shù)補償。應對配電系統(tǒng)進行功率因數(shù)補償，提高自然功率因數(shù)。

      e.  諧波治理。供電系統(tǒng)中的無功功率主要是由相位角和高次諧波造成，治理諧波對提高電能的使用效率至關重要。目前治理的方式主要采用增加無源濾波器、有源吸收濾波器和靜止無功發(fā)生器等，應根據(jù)系統(tǒng)的實際情況合理選擇。

      f.   選擇高效UPS電源系統(tǒng)。目前常規(guī)的UPS電源系統(tǒng)的效率基本可達到93%，有些特殊形式的UPS系統(tǒng)效率高達98%。例如飛輪儲能UPS系統(tǒng)，后備電力由高速飛輪提供，省去了蓄電池，在性能提高的同時更加環(huán)保，是UPS未來發(fā)展的方向之一。但由于后備時間要達到常規(guī)系統(tǒng)的相同時間，其產(chǎn)品價格還相當昂貴，目前的使用案例不多。

      g.  選擇高效節(jié)能照明燈具和智能照明控制系統(tǒng)。在滿足眩光和顯色要求的前提下，盡量選擇高效燈具。智能照明控制系統(tǒng)可以靈活方便的根據(jù)需要控制和管理照明系統(tǒng)。

      h.  合理利用自然光源。根據(jù)數(shù)據(jù)中心的地理位置、日照情況進行經(jīng)濟性和技術性比較，合理選擇反光及導光系統(tǒng)。目前自然光源導光系統(tǒng)的效率通常在95%，能夠充分利用自然光源。由于導光系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家還不多，價格相對較高，其推廣應用受到一定的限制。