智能化网络机房的节能环保设计

摘要

随着近年来科学技术的快速发展，国家对新一代绿色数据中心的关注程度逐渐加大，在最新的IDC机房工程中，数据中心有了明显的优化，相应的也给配电智能化提出了一些新的要求。文章致力于搭建一个网络机房绿色数据中心，使得机房内部的空调、UPS、服务器等各项设施，在稳定可靠的前提下兼具节能效果。

【关键词】绿色数据中心 网络机房 IT系统一体化

在此提到的绿色数据中心，实际上就是将其中的机电系统、IT系统、照明系统等实现能源利用最大化、环境影响最小化。就未来趋势来看，绿色数据中心是数据中心前进路上的必由之路，数据中心是否实现“绿色”需要从多个方面来衡量。通常都是表现在对整体的规划以及各个子系统是否真正实现了节能环保。

1 绿色数据中心架构

毫不夸张的说，绿色数据中心的实现必将成为数据中心发展史上具有里程碑意义的大事件。“绿色”不仅会体现在整个设计规划上，还会使得其中的机电系统、IT系统、照明系统等实现能源利用最大化、环境影响最小化2节能一体化解决方案

文章主要介绍数据中心的节能设计，经过研讨我们确定了部分解决方案：电力系统节能分析、动力环境系统节能控制、IT设备的智能控制等，以上这些都是节能设计关注的要点。在进行设计时，需要结合实际情况统筹兼顾，将绿色、环保的理念贯彻落实。

2.1 基础设施及节能措施

2.1.1 机房环境的要求现代

IT设备是由诸多元器件构成，这些电子设备很容易受到空气湿度、有害物质及电磁等外界因素的影响，为了使设备功能不受影响，机房内部环境必须要达到相关要求。

2.1.2 基础设施节能措施

经过相关调研发现，在搭建数据中心的过程中，涉及到建筑热工的领域基本有：围护结构、内墙保温、保温材料等方面。

2.2 机房空调与机房空调节能措施

2.2.1 机房对机房空调的要求

所有数据都会在机房进行汇总，然后再进行相应的处理。机房内部设备众多，计算机、交换机、路由器等设备都安装于此，这些仪器大多对环境要求极高，通常而言，房间内的温度、湿度和洁净度是重点关注的三个方面。

计算机机房内由于需要控制温度、湿度等环境因子，故而必须要安装机房专用空调，这种精密空调系统旨在准确的调控室内的温度和湿度，经过工程实践表明，该系统具有很高的可靠性，即使是一整年连续运行都不会出现问题。于此同时，其还具有维修性高、容错率大、安装灵活等优势，这些都为空调的稳定运行做出了保证。

相較于传统空调，计算机机房专用空调不管是在设计上，还是在舒适性上都有较大的差异，两者的设计目的在一开始都是不一样的，这就意味着其两者之间没有互换性可能。故而，在机房内必须要使用专用空调。

2.2.2 机房专用空调设备类型

对于机房专用空调设备，其内部的制冷系统也存在较大差异。这就意味着其可以根据工程实际而定，不同的项目可以选择针对性的制冷系统。就制冷系统的冷却形式而言，一般有如下几种：风冷式、水冷式、双冷源系统等。

2.2.3 机房空调节能措施

在自控新风冷气机设备选型环节，一般会根据房间热负荷和换气次数进行考虑，这是选型过程最重要的两个指标，其直接决定房间内的温度、湿度是否恒定，以及洁净度是否达到标准。故而在机房专业空调设备选型时，需要优先考虑这两个因素，之后才是其他安装尺寸等方面的要求。

2.2.4 冷气流组织与节能措施

气流组织指的就是将从设备出来的冷风导入既定的风道、风口，然后施加其预定的风速，控制一定的风量，将其输送至目标制冷点，与此同时，还需要将热风回收至空调内部。根据气流组织的整个循环过程，可以将其分为三大部分，分别为冷气生成、冷气输送与气流回收。

2.2.5 机柜内制冷的节能措施

（1）机柜布局：机柜的排布原则是以行为标准，背靠背放置。

（2）安装盲板：机柜一般都被当作支撑结构，起到一个设备支架的作用，但是其还有一个重要功能，就是避免已经排出的热空气再次进入进气口。

在进行IT设备采购时，这些厂家都会建议使用盲板，不过在设备实际使用环节，几乎九成以上的工作人员都会忘记这点。其直接引发热空气再循环问题，导致的后果就是设备温度直接上升八度以上。值得一提的是，盲板的安装是一个极为简单的过程，而且花费也很少，可以很便捷的运用于所有的数据中心。

（3）在进行机柜的采购时，建议使用标准宽度机柜，一旦宽度过长热空气就有可能再次进入设备。

（4）建议采购时选取深度扩展的机柜。

（5）尽量采取螺纹固定的手段，以往的托盘安装会直接制约盲板的安装，如上所言，其将导致热空气的短路循环问题。

（6）采购的机柜内部需要兼具风扇系统，其目的在于将机底空气输送至前端，或者将热空气从后面排出。

（7）安装之前进行合理的负载布局。对于一些高功率、高密度设备需要合理选择安装位置，否则将显著增加机房负载压力。这些特殊设备一旦安装不当，就会出现高负载密度设备群。就温度监控层面上来看，就是在数据中心产生了热点，此时，必须要实施对应的应对方案。

3 供配电系统节能

3.1 供配电系统节能概述

3.1.1 精确计算供电功率

对于用电功率的计算，必须要借助用电管理软件来实现，其还能够智能化调控系统用电，以此来综合提升对于电源的利用率。这对于机房的建设规划意义非凡，还能够灵活调控机房整体用电。

3.1.2 供配电系统节约电能的技术方法

一般而言就是，对于系统内配电变压器的择取以及其运行问题、根据系统的要求对电压的即时调节、还有无功补偿等技术手段的运用。

对于当前中国的电力系统，远距离输电的电压一般都高于35kV，现在配电系统中一般都是使用380/220V电压等级，该数值的电压与我们的日常生活联系最为密切。通常情况下，电能会经由电线、开关、变压器等元件进行传输，这个过程中由于发热等情况的出现，势必会造成功率损失，当然也会不可避免的出现能量损失。

3.2 UPS节能措施

UPS的节能是一个系统性的工程，它需要从方案、UPS、电源等多角度进行考虑。

3.2.1 UPS供电方案设计

经过科学的估量远期IT负荷值不会超过800KVA，由此在进行UPS供配电系统设计时，尽可能使用输入/输出一体化模块化。在实际使用过程中系统的可用性是一项极为关键的参数，为了对此进行保证，需要采取模块化冗余手段。

在工程中我们使用两模块化UPS电源，其可以为不同型号的负载单独供电。就模块化UPS而言，其最大的优点在于能够按照实际负载需求安置功率模块，继而使得UPS的输出与负载之间相互适应，既能够满足工程的需要，也能够尽可能的降低成本。

3.2.2 UPS在线并机扩容功能

近些年来，模块化结构己然大面积使用在了IT设备之中，最经典的应用有服务器、小型机等。之所以使用模块化结构，就是在于捋清楚系统结构的逻辑，使其变得更加清晰明了，最大限度地减低其复杂程度，这在另一个层面上也是对系统可靠性的一种提升;热插拔技术优点在于其高度的灵活性，它能够根据系统配置需要进行对应的调整。由于全部采用模块化结构，故而，在故障发生时，工作人员能够在最短时间内找到问题所在，极大的缩短维修时间，在不借助厂商工程师的情况下，也能够快速解决问题，维持系统的正常运营;模块化的实现还能够完成单机冗余，在冗余度上也能够根据实际情况自动调节，在可用性上也有了质的飞跃;模块化还对备件数量进行了削减，这就可以大量降低库存，减少成本的投入;模块化还优化了电池的配置，这也是一种成本的减少。自从采用模块化结构之后，就再也不用担心单机六十分钟，还是并机六十分钟的问题了。

3.2.3 采用模块化UPS，实现逐步扩容

就当前情况来看，模块化UPS已然逐渐在国内普及，其主要特点包含：支持扩容功能、修复时间缩短、可以完成“N+x”冗余并机。

3.2.4 提高UPS自身能效，优化负载效率曲线

现在的UPS使用的都是在线式双变换构架，这种模式在运营过程中，整流器、逆变器都会有一定的功率消耗。举个最简单的例子，将容量为500kVA的UPS作为研究对象，假设当地的电费为1元/度，UPS效率如果提升百分之一，那么一年就能够节约500×0.8×0.01×24×365×1=35040元。由此可见，只要稍微提升一点UPS的工作效率，数据中心一年下来节省的电费也是一笔可观的数值，也就是说，提升 UPS效率能够有效降低机房能耗。在工作人员进行UPS采购时，尽可能选取效率更高的UPS。

4 机房动力环境监控与节能措施

4.1 机房动力设备监控

机房动力设备监控是一个多项目并行工程，内含诸多监控类别。就电力监控而言，其关注电源的电压、电流、频率等参数;就发电机监控而言，其中的转速、输出电压、油温等是检测的重点;就UPS监控而言，一般关注UPS状态、电流、频率等参数。

4.2 机房动力环境监控

机房环境对于设备的运行至关重要，因此对于一些关键因素需要格外注意，监控重点关注房间内的温度、湿度、消防安全等。

4.3 安防监控

安防监控系统一般有三大部分：视频监控、红外射线监控、门禁监控。

5 新风系统与节能措施

5.1 新风量计算

在进行设计时，有一个重要的

参考文献就是《电子计算机机房设计规范》，根据文件显示，新风量取值应该满足以下三个条件：占空间总送风量的百分之五;室内单人按40m³/h设计;新风量必须要使室内保持正压。

5.2 新风净化处理

通入机房的新风通常都会经过三级处理，当对新风质量还有更高要求时，还需要再添加一个紫外线灭菌设备，这些被处理之后的新风会直接进入空调的回风口，再与一次回风一起进入空调机组，然后专用空调机会将其通入房间之中。新风在与回风混合之前，十分有必要经过温度和湿度上的处理，这样做的好处就是可以避免在炎热的夏季，压缩机与电加热器都处于工作状态，尽可能的减少电量的消耗，延长空调的寿命。

6 IT设施的节能措施

6.1 KVM主机切换系统节能

KVM在工程应用上优势明显，不但能够使得空间利用率最大，还能够提升效率，并且操作简单、管理方便，并且在节约成本的同时还实现了节能环保的理念。毫无疑问，KVM机房监控管理智能电源管理解决方案的提出，为数据中心“绿色”战略的发展起到了重要的推动作用。

6.2 刀片服务器节能

相比于传统的机架式服务器，刀片服务器的应用又省出来一大部分空间，通常其在银行金融领域有着广泛的应用。就当前市场对于服务器的要求而言，能够节省空间、适合集中管控、便于随时拓展以及能够带来不间断服务等性能显得格外重要，这些特性刀片服务器都兼而有之，因此，其正得到越来越广泛的运用。

7 数据中心管理软件节能

7.1 电能管理软件节能

智能PDU能够借助用电监控管理，精准的采集到设备端的耗电量，这一数据不管是对用电量的管控，还是对电费的缴纳都有着极为重要的意义。相较于以往的PDU，智能PDU的优势在于其远程操作能力，即便是没有身临现场，也能够对电源进行启停操作，并且还能够远程修复故障确保设备的稳定运行。值得一提的是，PDU空闲插座还能够人为的设定为无电状态，以此来防止误插设备导致的过载跳闸。总而言之，智能PDU最为显著的特点就是，不但能够对各个端口进行精准的电量统计，还能够即时监控设备所在环境的温度与湿度。

7.2 数据中心电源管理系统节能

在数据中心进行的电源管理一般可分为四部分：第一阶段为连接，以此确保电源的稳定供应;第二阶段为计量，对电量的使用有一个精准的记录;第三阶段为分析，找到影响电源效率的因素;第四阶段为智能分配，按需分配电能，实现资源利用最大化。当前的電能管理还处于前两个阶段，为了向更高阶层迈进，引入智能电源管理就显得更加关键了。

7.3 虚拟化管理方案的节能

虚拟化管理是在硬件基础上完成的，该系统以VMware或微软的虚拟服务器为前提实现。此种模式为单个虚拟服务器模拟物理的服务器硬件，在硬盘层面上，各大服务器都是一个单独的体系，每个硬盘都有各自的操作系统和相关应用。

8 小结

综上所述，机房建设工程庞大而系统，现代科技的进步推动了机房工程建设的向前发展，同时也对机房的安全性、稳定性、兼容性、机架化、节能环保等方面做出了更高的要求，绿色数据中心的搭建，不但提升了机房的可靠性与可用性，而且还使得其结构更加合理，节能效果更加强大。

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