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如何建设 绿色节能机房?

发布时间:2018-07-25作者:来源:浏览次数:182

未来几年 我国将进入一个快速发展期,预计5年内数据 中心流量处理能力的需求将增长7~10倍,机房面积再翻一倍。机房的高耗能,不仅给企 业带来了沉重的负担,也造成了 全社会能源的巨大浪费。在此背景下,在机房中引入绿色IT理念,以建设绿 色节能机房为目标,将低碳经济、节能减排 理念引入新机房的建设,促进降低 能源消耗水平,减少二氧 化碳等温室气体的排放。




建设绿色 节能机房要满足五大原则:提高机房 可靠性和可用性;可持续发展;响应节能减排号召;实现机房高效管理;以人为本的机房环境。本文将从空间布局、空调、冷源、布线等方 面对绿色节能机房的建设进行讨论。

空间布局 讲究节能高效


  一般机房 布局需考虑机房位置及设备布置、人流物流及出入口、防火及疏散、空调气流组织等问题。绿色机房 布局主要包括两方面含义:一是绿色节能;二是提高空间利用率。


1)节能


     通过优化 机房气流组织,提高回风温度,辅助提高空调的效率,达到使机房更“绿色”的目的。目前可采 取的主要措施如下:


●建设冷、热通道;


●对高功率密度的机柜,封闭冷热通道;


●机柜中无设备的部分、线缆出入口、角轨和机柜、相邻立柱 之间都进行封闭。


2)提高利用率


  在同等的 机房空间内容纳更多的计算、存储、交换、路由、配线等设备。通过对绿 色机房的合理布局,能对空间 利用率产生重大的影响。主要的措施有: 


●采用更窄的,更适用的高密度机柜;


●采用更高的机柜(如47U)并结合贴顶式上走线;


●采用机柜 顶母线系统替代配电列头柜;


●冷通道封闭;


●机柜内强 电和弱电走线使用OU安装的设计。





  保持温度 和湿度设计条件对于机房的平稳运行至关重要。如果机房 的环境不适合,将对处理 和存储工作产生负面影响,可能使数据运行出错、宕机,甚至使系 统故障频繁而彻底关机。负面影响包括有:高温、低温或温度快速波动、高湿度、低湿度。因此机房 内一般采用恒温恒湿的精密空调。


(1)空调送风方式优化


  目前,精密空调 的典型送风方式包括下送风上回风和上送风下回风。下送风上 回风的方式有几方面明显的优势:下送风方式,可将强、弱电线缆 在机架上方分层铺设,地板下不走线,仅作通风用途,既保障了机房防火的,又保障了 冷风远程传送的顺畅。

●上送风下 回风的气流组织不适用于高发热量IDC;


●下送风上 回风的方式制冷效率更高。




(2)空调送风路径优化


  下送风、上回风的 送风路径一般从空调下部出来,通过架空 地板形成的静压箱,然后从通 风地板向上流出,然后被从 机柜正面吸入机柜,从机柜后面流出,最后回到 空调的上回风口。

  另外,为了能达 到满意的制冷效果,一方面需 要根据机架的出风开口面积与风量需求设定合适的出风压力(即气流的静压流速);另外也需 要根据机架的不同功率密度情况设置相应的约束气流措施:

  ●低功率密度(P≤4KW):可单纯采 用下送风方式,此方式下 要求机架前方有效出风口面积不小于机架截面的20%(约0.12m2),当功率大于2KW时且机架 进风面积无法满足时,建议在机 架顶安装风量和风压相当的风机,以形成有 效的约束气流和满足热交换条件。

  ●中功率密度(4KW


  ●高功率密度(10KW



(3)空调设备布局


 房间的形 状与设备热负荷的分布状况将决定机房空调设备的最佳布置方式。机房空调 设备安装在机房围墙内外皆可。如果采用 的是液冷式散热设备,则应考虑 将其安装在机房的外部,以防止冷 却剂泄漏对电子设备造成损害。

机房空调 设备正面应当与每排机器垂直,与热过道对齐,以使它们 向送风区排风的方向一致(如下图所示)。这种设置 可以使热气流回机房空调设备的路径缩到最短,以减少空气流动,防止热空 气返回空调时向下流入冷通道。朝同一方 向排风可以防止出现鼓风机相向吹风时在地板下产生的“死区”。

对于长而窄的房间,将机房空 调设备安装在周围就可以实现有效制冷。对于正方形的大房间,则必须将 机房空调设备同时安装在周围和中央线上。

不同冷源区别对待

  目前在实 际中应用的精密空调中,主要制冷形式为:风冷型精密空调、水冷型精密空调、冷冻水型精密空调、双冷源型精密空调。在上述四 种空调制冷形式中,风冷型机 组是使用最普遍的,这是因为 风冷机型结构简单,安装容易,扩容方便。但是风冷 型受安装的条件限制,会有一定 的使用局限性,尤其是大型机房,占地面积大,管路长,容易造成 风冷型机组的制冷效率下降,压缩机耗 能加大而制冷量反而可能下降,造成能源浪费。水冷型机 组和冷冻水型机组就没有这方面问题,换热介质 水的输送都是靠专门的水泵来进行,不会影响 制冷系统的效率。另一方面,由于风冷 型和水冷型的机组都是自带制冷系统,使用涡旋式压缩机,能效比有一定局限,涡旋式压 缩机的能效比大约在5左右,而大型冷 冻水主机的螺杆型或离心式压缩机的能效比可以达到6或者更高。

机房布线强调低成本

  机房布线 系统需要为机房的关键IT设备提供可靠的连接,需要提供 适应运营的传输带宽,需要支持网络7×24小时的不间断运行。对于机房 综合布线系统而言,绿色可以 分为两个方面:一是布线 材料本身的要求;二是通过 对布线系统各个方面的节约,降低整个 大系统的消耗和排放。


(1)绿色布线材料

  从布线材 料本身的绿色来看,因为在机 房内不可避免地会有管理人员出入,所以机房 内布线产品的原材料的选择上应该符合欧盟议会及欧盟委员会发布的《在电气、电子设备 中限制使用某些有害物质指令》(简称RoHS指令)的环保性要求,保证布线 材料长时间处于机房内而不会发挥超标的有毒有害气体。在线缆材料的选择上,应采用低烟、无卤并且 满足防火性能要求的产品,理想状态下,布线产品 应能满足以下三个要求:


 ●在一定时 间段内在火场的高温下能够正常传输


 ●防止火势 顺着线缆蔓延并产生有毒有害气体


 ●避免腐蚀 性气体损坏计算机设备的接插件



  同时,机房中大 量使用到光纤,光纤本身 在材料方面是非常环保的,但是必须 要注意光纤护套的材料,和铜缆的 护套材料一样必须达到ROHS的要求。


(2)绿色布线系统

  由于机房 必须采用有线系统作为通信的基础,因此尽量 减少综合布线系统对散热的影响便是最大的节能。具体而言 包括以下五个方面:线缆选择:可以从两 个方面来考虑,首先是更 快的传输速度可以简化网络。减少布线 系统和网络设备占用的空间。比如从1000Base-T升级到 10GBase-T,传输线缆 的尺寸仅仅增加15%,但是传输速率快了10倍。因此,随着10Gbit/s的网络标准成为主流,机房机房 建议选择性能适度超前的6A类/EA级的双绞线和50/125μm、850nm工作波长 优化多模光缆(OM3)。

  可用指标 用来衡量传输速率与能耗的关系:Power/Gbit/s,就是每Gbit/s的流量所消耗的能量。网络速度 的提升的另一个效果是能够降低单位Gbps的能耗。所以采用 更高的网络传输速度不但能够节约空间,也能够大量节省能耗。

  光缆与铜缆:光纤在传 输距离和功耗上都优于铜缆。EPA指出,1KWh等于0.73公斤的CO2排放。假设机房的PUE为2.8,那么24个(1个配线架)10GBase-T端口1年产生的 碳排放大约是2.2吨,按1公升汽油 燃烧大约能产生2.26公斤的CO2排放,2.2顿大约相当于970升汽油,可以够一 辆普通小汽车开1万公里左右。因此相对铜缆而言,基于光纤的10GBase-SR节省了85%左右的能耗,差不多减少了1.8吨/年的碳排放。绿色机房 的布线应该更多的考虑采用光纤布线而不是铜缆。

  配线架选择:为提高机 房的空间利用率以达到绿色节能的要求,机房内应 选择更高密度的配线设备,以充分利用空间。常用的配线架在1U或2U的空间可提供24个或48个标准RJ-45端口,而高密度 配线架可以再同样的空间内提供高达48个或72个标准的RJ-45端口。

  盲板选择:盲板是安 装在机柜内用于阻隔机柜中的空闲空间,起到美观 与分隔机柜内冷、热空气的作用,盲板的安 装同样能降低机房的制冷能耗。

  智能布线系统:智能布线 系统一种将传统布线系统与智能管理联系在一起的系统。通过智能布线系统,将网络连 接的架构及其变化自动传给系统管理软件,管理系统 将收到的实时进行处理,用户通过 查询管理系统,便可随时 了解布线系统的最新结构。通过将管 理元素全部电子化管理,可以做到直观、实时和高 效的无纸化管理。

  智能布线 系统可实现的功能如下:实时监测 端到端网络连接、控制工作任务(比如跳线等)的执行、图形化显 示物理层的连接架构、自动识别 网络和拓扑结构、搜索功能、资产管理、报告功能。


绿色评估方法


  (1)国家标准节能要求

  国标GB50174-2008对机房节 能建设提出了要求,规范中条明确指出:“为规范电 子信息系统机房设计,确保电子 信息系统安全、稳定、可靠地运行,做到技术先进、经济合理、安全适用、节能环保。制定本规范。”节能是机 房一个非常重要的话题,GB50174-2008中特别增 加了关于大型机房节能的条文。另外,规范中空 调设计应根据当地气候条件,选择采用 以下节能措施:大型机房 宜采用水冷冷水机组空调系统;北方地区 采用水冷冷水机组的机房.冬季可利 用室外冷却塔作为冷源.通过热交 换器对空调冷冻水进行降温:空调系统 可采用电制冷与自然冷却相结合的方式。规范中关 于节能的条文还有很多例如机柜的摆放方式、照明光源、机房窗户设置等细节,充分体现 了对节能环保的关注GB50174-2008的实施对 于我国机房基础设施建设有着重要的意义.对于国内 机房基础设施建设的科学性、先进性、适用性具 有重要的指导意义,南方电网 总调专业机房的建设应充分依据该规范。


(2)能效模型


为引导和规范全球IT行业的节能,相关国际 机构会同机房的主流供应商组织建立起名为GreenGrid的组织,探讨和研 究机房的节能与能效改善问题,该组织目 前还是以白皮书的形式给行业予以指导。GreenGrid将在2011-2013年间正式 发布机房的能效规范来指导全球的机房的建设。沿着改善 和提高机房能效路径的思路,GreenGrid提出PUE(PowerUsageEffectiveness)

DCiE(DateCenterEfficiency)能效指标,它反应的 是机房节能问题的两个方面:PUE反映的是 机房的总体能源使用效率;DCE反映的是机房IT设备占机 房总能耗的比率。PUE反映的是为满足IT设备的供电要求,机房机房的总供电率,PUE值越小越好,PUE的最小值趋近1。DCiE反映IT设备的能 耗占机房总能耗的比例,DCiE值越大越好,DCiE的最大值趋近1。

  依据PUE的能效指标来衡量,目前中国 在网运行的大部分机房,其PUE值约在2-3之间。根据最新 的产品技术水平和机房设计水平,PUE值能提高1.6-1.8的水平。



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