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绿色数据中心构建浅析
发布日期:2017-04-12      信息来源:市机关事务管理局      浏览次数:

绿色数据中心构建浅析

(台州市机关事务管理局  叶崇君)

一、绿色数据中心概念

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。

目前,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”的绿色运动正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。而绿色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。

绿色数据中心的核心是提高数据中心的能源效率。尽量减少数据中心的整体用电量;尽量增大数据中心整体用电中用于IT系统比例;尽量减少用于非计算设备(电源转换、冷却等)的用电消耗。

二、绿色数据中心的现状及发展趋势

近年来,我国的数据中心发展迅猛,总量已达45万个,年耗电量超过全社会用电量的1.5%,其中大多数数据中心的PUE (电源使用效率)普遍大于2.2,与美国数据中心平均1.9的PUE值、先进数据中心平均1.2的PUE值相差较大,国内数据中心能耗问题较为突出,节能潜力巨大。规模方面,其中90%规模是面积小于一百平米的微小型数据中心,超过2000平米的大中型数据中心不足百个。目前,台州市公共机构数据中心基本都属于微小型数据中心,普遍存在设备设施较陈旧,节能措施不够到位,PUE 平均值偏高等问题。

现在,国内很多地区、单位已经意识到数据中心节能减排的重要性。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,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。电费成了许多数据中心每年最大的开支。同时,数据中心被构建在建筑物内,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。此外,数据中心在运营过程中会产生大量温室气体,同时消耗部分水资源,废弃的设备也会造成污染,影响了环境的可持续发展。在诸多压力下,部分单位开始积极寻找数据中心绿色化的有效方法。

从发展趋势来看,绿色数据中心除应满足数据中心的安全性、可靠性、可用性三个基本质量指标外,还需满足低能耗、低碳排及低成本等绿色指标。新一代的数据中心不仅是节能环保的,同时还要更加节约空间。面对能源紧缺、环境污染形势加剧,新一代数据中心要改变传统数据中心单纯追求性能的建设模式,重视能源效率。同时,数据中心的绿色化建设还涉及数据中心建筑本身的绿色节能。

在这一趋势下,越来越多的数据中心建设者和运营者开始探索以节能型服务器、节能存储设备,先进的供电和散热技术,应对传统数据中心建设中过量制冷和空间利用率不高的情况,实现供电、散热和计算资源的高度集成及管理。

三、绿色数据中心构建对策

数据中心的绿化建设是一个系统工程,在确保数据中心安全运行的前提下,针对绿色数据中心的建设,从微观和宏观两方面各提出若干对策。

(一)微观层面。

1、进行周密规划和布局。在数据中心的建设中,要进行周密规划。根据年平均温度、年降水量、相对空气质量指数、地震带相对安全系数、核辐射相对安全系数、发电量、全社会用电量、信息传输、固定资产投资额、网民数、互联网普及率等相关指标筛选出适合的建造地点;要尽量选择具备绿色建筑条件的建筑物进行数据中心建设;要作出供电系统、散热系统和线路的预留,保证在日后能够对数据中心进行方便的升级和改造。

2、全面优化机房。通过科学的机房配置设计或改善,来形成动力环境最优化的配置,实现初始投入最小化,在保障机房设备稳定运营的同时,达到节能降耗。机房在设计中要考虑隔热、保温、防辐射和静音等。要在数据中心机房的基础建设中及服务器本身限制有害建筑材料的使用。采用静电地板高度的提升,地板出风口的通风率的提高,机柜采用面对面或背靠背排列形成机柜冷、热通道,以及用风道上送风和地板下送风结合制冷等措施降低空调的耗电量。

3、IT设备及空调、照明设施需选用低功耗、有效用电率高的产品。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。刀片式服务器密度较高,消耗电能较少,应尽量采用刀片式服务器取代传统的主机式、落地式服务器。PC设备尽量减少显示器的配置。空调设备选用制冷性能系数、能效比高的空调设备,尽量用水冷空调取代传统空调,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。照明设备选择高效节能型的光源、灯具及附件,同时使用高效、灵活、组合式照明控制系统。

4、采用低损耗的高压直流供电系统交流-直流转换过程中的热损耗成为了数据中心的能耗“杀手”,如何解决这一问题是降低能耗的关键所在。从具体的技术上看,IT设备采用低损耗的直流供电方式是未来的一种趋势。相对于传统的供电系统,高压直流供电系统具有结构简单、可靠性高、可维护性强等优点,更重要的是大大节省了机房电费成本。同时,还可探索在数据中心采用风能、太阳能等清洁能源。

5、利用智能系统加强管理。专业的智能监控软件可以监控数据中心的运营状态,检测到故障设备,并提醒管理员及时进行维修和更换。此外,很多智能监控系统还能够实时监控数据中心各服务器的工作状态,发现低效能的服务,让无谓耗电的服务器无处藏身。引入智能监控管理系统,既方便管理与维护、减轻管理员负担,也有助于发现问题、排除故障,对低效能的服务器进行重新分配置部署。

(二)宏观层面。

第一、制定并贯彻执行数据中心能效相关标准。2009年6月,我国已正式实施《电子信息系统机房设计规范》,还制定了《服务器能效标准》和《机房整体能效评估标准》,各地各单位应严格按照相关标准来建设数据中心。

第二、建立数据中心能效检测和评价机制。对数据中心IT设备纳入能效标识体系,加快形成具有自主知识产权的绿色数据中心技术体系、创新与服务体系,构建数据中心节能环保指标监测体系,确立绿色数据中心标准和评价体系,并依据该体系对数据中心的绿色级别进行评定和认证。

第三,加强数据中心节能技术的研发、示范和推广。鼓励、支持数据中心节能技术的研发,对前沿技术组织科技攻关,为技术节能提高长久支撑。尽快开展绿色数据中心示范工程,示范应用各种数据中心节能技术,对各技术的节能潜力进行实践测评。

第四,制定和实施数据中心节能财政激励政策。在政府采购层面,将节能型IT设备纳入政府采购目录,引导全社会购买和使用节能型IT设备。同时采用财政补贴手段,对购买节能型IT设备的单位给予补贴;对数据中心能效达到先进水平的单位给予补贴;对采用合同能源管理方式进行数据中心节能设计和改造的单位给予补贴。

第五,优化数据中心布局。通过地区规划、行业发展指导意见、电价优惠、税收优惠等措施,引导现有部分数据中心和新增数据中心向适宜的地区布局;引导各类基础设施(电网、宽带、通讯网络等)向数据中心区域发展;开展数据中心整合试点,选取特定区域或行业,通过采取能效准入等措施,引导当前分散的数据中心进行资源整合,形成规模效益;鼓励优先建设大中型绿色数据中心,对于PUE在1.5以下的新建数据中心将给予电力、用地、人才、网络、配套设施等多方面的保障。

综上所述,绿色数据中心建设是一个系统工程,它不仅依仗着IT技术发展驱动,而且也和建筑节能技术发展有关。在我们看到了希望和前途的同时,也要充分认识到绿色数据中心的建设任重道远。以上关于绿色数据中心构建的论述因水平有限,仅供参考,如有不妥,敬请谅解。

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