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如何建設綠色節能機房?

發布時間:2018-07-25作者:來源:瀏覽次數:389

未來幾年我國將進入一個快速發展期,預計5年內數據中心流量處理能力的需求將增長7~10倍,機房面積再翻一倍。機房的高耗能,不僅給企業帶來了沉重的負擔,也造成了全社會能源的巨大浪費。在此背景下,在機房中引入綠色IT理念,以建設綠色節能機房為目標,將低碳經濟、節能減排理念引入新機房的建設,促進降低能源消耗水平,減少二氧化碳等溫室氣體的排放。




建設綠色節能機房要滿足五大原則:提高機房可靠性和可用性;可持續發展;響應節能減排號召;實現機房高效管理;以人為本的機房環境。本文將從空間布局、空調、冷源、布線等方面對綠色節能機房的建設進行討論。

空間布局講究節能高效


北京pk10开奖网站  一般機房布局需考慮機房位置及設備布置、人流物流及出入口、防火及疏散、空調氣流組織等問題。綠色機房布局主要包括兩方面含義:一是綠色節能;二是提高空間利用率。


1)節能


     通過優化機房氣流組織,提高回風溫度,輔助提高空調的效率,達到使機房更“綠色”的目的。目前可采取的主要措施如下:


●建設冷、熱通道;


●對高功率密度的機柜,封閉冷熱通道;


北京pk10开奖网站●機柜中無設備的部分、線纜出入口、角軌和機柜、相鄰立柱之間都進行封閉。


2)提高利用率


  在同等的機房空間內容納更多的計算、存儲、交換、路由、配線等設備。通過對綠色機房的合理布局,能對空間利用率產生重大的影響。主要的措施有: 


●采用更窄的,更適用的高密度機柜;


●采用更高的機柜(如47U)并結合貼頂式上走線;


●采用機柜頂母線系統替代配電列頭柜;


●冷通道封閉;


北京pk10开奖网站●機柜內強電和弱電走線使用OU安裝的設計。





北京pk10开奖网站  保持溫度和濕度設計條件對于機房的平穩運行至關重要。如果機房的環境不適合,將對處理和存儲工作產生負面影響,可能使數據運行出錯、宕機,甚至使系統故障頻繁而徹底關機。負面影響包括有:高溫、低溫或溫度快速波動、高濕度、低濕度。因此機房內一般采用恒溫恒濕的精密空調。


(1)空調送風方式優化


  目前,精密空調的典型送風方式包括下送風上回風和上送風下回風。下送風上回風的方式有幾方面明顯的優勢:下送風方式,可將強、弱電線纜在機架上方分層鋪設,地板下不走線,僅作通風用途,既保障了機房防火的,又保障了冷風遠程傳送的順暢。

北京pk10开奖网站●上送風下回風的氣流組織不適用于高發熱量IDC;


●下送風上回風的方式制冷效率更高。




(2)空調送風路徑優化


北京pk10开奖网站  下送風、上回風的送風路徑一般從空調下部出來,通過架空地板形成的靜壓箱,然后從通風地板向上流出,然后被從機柜正面吸入機柜,從機柜后面流出,最后回到空調的上回風口。

  另外,為了能達到滿意的制冷效果,一方面需要根據機架的出風開口面積與風量需求設定合適的出風壓力(即氣流的靜壓流速);另外也需要根據機架的不同功率密度情況設置相應的約束氣流措施:

  ●低功率密度(P≤4KW):可單純采用下送風方式,此方式下要求機架前方有效出風口面積不小于機架截面的20%(約0.12m2),當功率大于2KW時且機架進風面積無法滿足時,建議在機架頂安裝風量和風壓相當的風機,以形成有效的約束氣流和滿足熱交換條件。

  ●中功率密度(4KW


北京pk10开奖网站  ●高功率密度(10KW



(3)空調設備布局


北京pk10开奖网站 房間的形狀與設備熱負荷的分布狀況將決定機房空調設備的最佳布置方式。機房空調設備安裝在機房圍墻內外皆可。如果采用的是液冷式散熱設備,則應考慮將其安裝在機房的外部,以防止冷卻劑泄漏對電子設備造成損害。

機房空調設備正面應當與每排機器垂直,與熱過道對齊,以使它們向送風區排風的方向一致(如下圖所示)。這種設置可以使熱氣流回機房空調設備的路徑縮到最短,以減少空氣流動,防止熱空氣返回空調時向下流入冷通道。朝同一方向排風可以防止出現鼓風機相向吹風時在地板下產生的“死區”。

北京pk10开奖网站對于長而窄的房間,將機房空調設備安裝在周圍就可以實現有效制冷。對于正方形的大房間,則必須將機房空調設備同時安裝在周圍和中央線上。

不同冷源區別對待

  目前在實際中應用的精密空調中,主要制冷形式為:風冷型精密空調、水冷型精密空調、冷凍水型精密空調、雙冷源型精密空調。在上述四種空調制冷形式中,風冷型機組是使用最普遍的,這是因為風冷機型結構簡單,安裝容易,擴容方便。但是風冷型受安裝的條件限制,會有一定的使用局限性,尤其是大型機房,占地面積大,管路長,容易造成風冷型機組的制冷效率下降,壓縮機耗能加大而制冷量反而可能下降,造成能源浪費。水冷型機組和冷凍水型機組就沒有這方面問題,換熱介質水的輸送都是靠專門的水泵來進行,不會影響制冷系統的效率。另一方面,由于風冷型和水冷型的機組都是自帶制冷系統,使用渦旋式壓縮機,能效比有一定局限,渦旋式壓縮機的能效比大約在5左右,而大型冷凍水主機的螺桿型或離心式壓縮機的能效比可以達到6或者更高。

機房布線強調低成本

  機房布線系統需要為機房的關鍵IT設備提供可靠的連接,需要提供適應運營的傳輸帶寬,需要支持網絡7×24小時的不間斷運行。對于機房綜合布線系統而言,綠色可以分為兩個方面:一是布線材料本身的要求;二是通過對布線系統各個方面的節約,降低整個大系統的消耗和排放。


(1)綠色布線材料

  從布線材料本身的綠色來看,因為在機房內不可避免地會有管理人員出入,所以機房內布線產品的原材料的選擇上應該符合歐盟議會及歐盟委員會發布的《在電氣、電子設備中限制使用某些有害物質指令》(簡稱RoHS指令)的環保性要求,保證布線材料長時間處于機房內而不會發揮超標的有毒有害氣體。在線纜材料的選擇上,應采用低煙、無鹵并且滿足防火性能要求的產品,理想狀態下,布線產品應能滿足以下三個要求:


北京pk10开奖网站 ●在一定時間段內在火場的高溫下能夠正常傳輸


北京pk10开奖网站 ●防止火勢順著線纜蔓延并產生有毒有害氣體


 ●避免腐蝕性氣體損壞計算機設備的接插件



  同時,機房中大量使用到光纖,光纖本身在材料方面是非常環保的,但是必須要注意光纖護套的材料,和銅纜的護套材料一樣必須達到ROHS的要求。


(2)綠色布線系統

  由于機房必須采用有線系統作為通信的基礎,因此盡量減少綜合布線系統對散熱的影響便是最大的節能。具體而言包括以下五個方面:線纜選擇:可以從兩個方面來考慮,首先是更快的傳輸速度可以簡化網絡。減少布線系統和網絡設備占用的空間。比如從1000Base-T升級到 10GBase-T,傳輸線纜的尺寸僅僅增加15%,但是傳輸速率快了10倍。因此,隨著10Gbit/s的網絡標準成為主流,機房機房建議選擇性能適度超前的6A類/EA級的雙絞線和50/125μm、850nm工作波長優化多模光纜(OM3)。

  可用指標用來衡量傳輸速率與能耗的關系:Power/Gbit/s,就是每Gbit/s的流量所消耗的能量。網絡速度的提升的另一個效果是能夠降低單位Gbps的能耗。所以采用更高的網絡傳輸速度不但能夠節約空間,也能夠大量節省能耗。

北京pk10开奖网站  光纜與銅纜:光纖在傳輸距離和功耗上都優于銅纜。EPA指出,1KWh等于0.73公斤的CO2排放。假設機房的PUE為2.8,那么24個(1個配線架)10GBase-T端口1年產生的碳排放大約是2.2噸,按1公升汽油燃燒大約能產生2.26公斤的CO2排放,2.2頓大約相當于970升汽油,可以夠一輛普通小汽車開1萬公里左右。因此相對銅纜而言,基于光纖的10GBase-SR節省了85%左右的能耗,差不多減少了1.8噸/年的碳排放。綠色機房的布線應該更多的考慮采用光纖布線而不是銅纜。

  配線架選擇:為提高機房的空間利用率以達到綠色節能的要求,機房內應選擇更高密度的配線設備,以充分利用空間。常用的配線架在1U或2U的空間可提供24個或48個標準RJ-45端口,而高密度配線架可以再同樣的空間內提供高達48個或72個標準的RJ-45端口。

北京pk10开奖网站  盲板選擇:盲板是安裝在機柜內用于阻隔機柜中的空閑空間,起到美觀與分隔機柜內冷、熱空氣的作用,盲板的安裝同樣能降低機房的制冷能耗。

北京pk10开奖网站  智能布線系統:智能布線系統一種將傳統布線系統與智能管理聯系在一起的系統。通過智能布線系統,將網絡連接的架構及其變化自動傳給系統管理軟件,管理系統將收到的實時進行處理,用戶通過查詢管理系統,便可隨時了解布線系統的最新結構。通過將管理元素全部電子化管理,可以做到直觀、實時和高效的無紙化管理。

北京pk10开奖网站  智能布線系統可實現的功能如下:實時監測端到端網絡連接、控制工作任務(比如跳線等)的執行、圖形化顯示物理層的連接架構、自動識別網絡和拓撲結構、搜索功能、資產管理、報告功能。


綠色評估方法


  (1)國家標準節能要求

  國標GB50174-2008對機房節能建設提出了要求,規范中條明確指出:“為規范電子信息系統機房設計,確保電子信息系統安全、穩定、可靠地運行,做到技術先進、經濟合理、安全適用、節能環保。制定本規范。”節能是機房一個非常重要的話題,GB50174-2008中特別增加了關于大型機房節能的條文。另外,規范中空調設計應根據當地氣候條件,選擇采用以下節能措施:大型機房宜采用水冷冷水機組空調系統;北方地區采用水冷冷水機組的機房.冬季可利用室外冷卻塔作為冷源.通過熱交換器對空調冷凍水進行降溫:空調系統可采用電制冷與自然冷卻相結合的方式。規范中關于節能的條文還有很多例如機柜的擺放方式、照明光源、機房窗戶設置等細節,充分體現了對節能環保的關注GB50174-2008的實施對于我國機房基礎設施建設有著重要的意義.對于國內機房基礎設施建設的科學性、先進性、適用性具有重要的指導意義,南方電網總調專業機房的建設應充分依據該規范。


(2)能效模型


北京pk10开奖网站為引導和規范全球IT行業的節能,相關國際機構會同機房的主流供應商組織建立起名為GreenGrid的組織,探討和研究機房的節能與能效改善問題,該組織目前還是以白皮書的形式給行業予以指導。GreenGrid將在2011-2013年間正式發布機房的能效規范來指導全球的機房的建設。沿著改善和提高機房能效路徑的思路,GreenGrid提出PUE(PowerUsageEffectiveness)

DCiE(DateCenterEfficiency)能效指標,它反應的是機房節能問題的兩個方面:PUE反映的是機房的總體能源使用效率;DCE反映的是機房IT設備占機房總能耗的比率。PUE反映的是為滿足IT設備的供電要求,機房機房的總供電率,PUE值越小越好,PUE的最小值趨近1。DCiE反映IT設備的能耗占機房總能耗的比例,DCiE值越大越好,DCiE的最大值趨近1。

  依據PUE的能效指標來衡量,目前中國在網運行的大部分機房,其PUE值約在2-3之間。根據最新的產品技術水平和機房設計水平,PUE值能提高1.6-1.8的水平。



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