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　　1、浅析数据中心节能减排 浅析数据中心节能减排 【摘要】能耗居高不下已经成为制约数据中心开展的一大因素，而节能减排是贯穿数据中心全生命周期的重要工作。通过提高IT设备能效利用率、降低配套设施能耗这两方面剖析了数据中心节能减排的重点方向，并提出新建和已有数据中心节能减排的措施，为数据中心带来长远健康的开展。 【关键词】数据中心 节能减排 PUE UPS 中图分类号：TK01+8 文献标识码：A 文章编号：1006-1010-14- 1 概述 随着虚拟化技术的日益成熟，云计算和大数据应用需求的不断增长，数据中心迎来了又一次大开展。各互联网企业和运营商纷纷开始大规模建设数据中心，但是能耗本钱居高不下成为

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　　2、制约数据中心开展的首要问题。绿色节能成为数据中心开展的必然趋势。 2 节能减排重点方向 目前衡量数据中心节能的重要指标为PUE，计算公式如下： PUE=数据中心总能耗/IT设备总能耗=/IT设备总能耗 由公式可知，PUE值越接近1，说明数据中心能效比越好，越节能。但是这个数值仅能说明IT设备与保障IT设备正常运行的配套设施的能耗比例，无法评估IT设备本身的能效利用率。 数据节能措施应集中在以下两个方面： 提高IT设备能效利用率，即在保持同样计算能力的前提下，降低设备功耗； 降低配套设施能耗，即降低PUE值。 2.1提高IT设备能效利用率 IT设备是数据中心的核心，所有的设施均为IT设备效劳。提

　　3、高IT设备的能效利用率是数据中心节能减排的重中之重。 传统数据中心普遍存在IT设备利用率不高的问题，例如：效劳器设备的CPU和内存利用率较低，设备能力没有“物尽其用，在浪费设备资源的同时，也浪费了机房空间、电力和空调等配套资源。 提高IT设备能效可从以下两个方面入手： 新技术、新设备的使用 随着时代开展，CPU、内存和硬盘等技术日新月异，同样计算能力的设备体积越来越小，所需功耗也越来越低。同时，虚拟化、云计算技术的出现使计算和存储资源可进行池化，根据不用的业务按需提供效劳，这使业务对设备的耦合度大大降低，为数据中心同时使用不同厂家、不同型号和不同技术背景的设备提供了可行性。 因此，数据中心在选

　　4、择设备时，要同时关注设备性能和设备功耗；做好设备更换的方案，当设备的计算能力与设备所消耗能源不匹配时，应及时进行更换，优先选择能效比拟好的设备；同时在数据中心应用各种新技术，保证设备更换不影响业务。 进行设备定制 目前数据中心大多使用的是通用设备，但是计算密集型业务和存储密集型业务对设备的需求不同，使用通用设备势必会浪费设备局部资源，即使通过云计算等技术对资源进行池化，仍然无法很好地解决通用设备存在的问题。因此，根据业务需求定制设备将是数据中心开展的一个趋势。 随着精细化运营的开展，业务种类不断丰富，用户对业务SLA的要求也不断提高，在系统建设中大多采用模块化的建设方式，不同的模块满足不同的业

　　5、务需求，这也为定制化效劳器的应用提供了有利条件，不同的模块可以采用不同的定制设备与业务紧密耦合，提高设备的利用率。 同时，定制化设备还可以充分考虑节能减排的需求，优化设备结构，采用新技术，减少设备对配套设施的需求，从而到达降低数据中心整体能耗的目的。 2.2降低配套设施能耗 配套设施是保障IT设备正常运行的重要设备，包括制冷系统、电力供给系统和照明等。 制冷系统 1现状 制冷系统目前的主要表现形式就是空调，空调系统是与机楼同时进行规划和建设的，建好后改造的难度很大，因此在初期规划时就必须充分考虑各方面的因素，尽量做到节能。空调系统节能的主要手段是自然冷源的利用，如天气寒冷的地区，全年的大局部时

　　6、间可以直接利用外界冷空气进行除尘、加湿或除湿后为机房提供冷量。 空调系统的冷量是通过合理的气流组织传送到IT设备的，衡量气流组织是否合理的标准为：冷量是否第一时间被IT设备利用、冷热气流是否被有效隔离。目前应用较多的下送风上回风、冷热通道设计、封闭冷通道或热通道等手段都是出于上述因素的考虑。 2开展趋势 传统的空调系统无论怎样设计，都是数据中心的“耗电大户，因此未来制冷系统的开展趋势是制冷末端无限靠近热源，实现精确制冷。 传统数据中心多数以机房为单位进行制冷，目前应用较多的模块化机房是以模块为单位进行制冷，其效率相比传统的机房级制冷大大提高；随着技术的开展，机架水冷背板、效劳器热管等机架级和设

　　7、备级的制冷技术应运而生，其目的就是使制冷系统直接作用于热源，实现精确制冷，这些技术的应用势必使数据制冷效率又有了质的飞跃。同时，新技术的产生催生了数据中心“去空调化的建设模式，这不仅大大提高制冷效率，降低制冷设备功耗，也节省了机楼的建设本钱。 电力系统 电力系统节能的重点是提高电力设备转换效率，降低线现状 目前数据中心大多使用UPS为IT设备提供220V交流电，其较高的电压相比-48V的直流电源系统有效地降低了线损，节约电源线缆的投资。但是UPS设备需要对市电进行两次转换整流和逆变，且为了保证数据中心的可靠性，UPS一般都采用N+1、2N等备份方式，大大降低了UPS的负载，UPS设备在

　　8、低负载状态下工作，转换效率较低，使UPS本身消耗了较多的电能。为了解决这个问题，可采用以下方式： 模块化UPS：模块化UPS的工作原理与传统UPS相似，仍然需要两次电力转换，但是可以像直流开关电源一样，通过模块备份的方式解决高可用的问题，从而提高了UPS设备负载，有效地提高转换效率； 高压直流系统：直流开关电源系统只需要对外电进行一次整流变换，比UPS设备具有天然的优势，但是传统的-48V系统线损太大，而高压直流系统采用240V或336V的高压直流为设备供电，解决了线损大的问题，是目前效率较高的供电方式； 市电直供：外电无需进行整流和逆变转换而直接为设备供电，效率最高，但是存在电力高保障如何解

　　9、决的问题，这种方式一般会配合飞轮UPS等设备使用，目前应用还不成熟，且造价较高。 2开展趋势 高压直流拥有转换效率高、技术简单、维护本钱较低的天然优势，是诸多新建数据中心的首选供电方式。此外，蓄电池是提供电力高保障的重要设备，电池组的后备时间越长，所需的充电功率越大，技能效果越差，但得到的电力保障就越高。因此，要权衡电力高保障与节能需求，配置合理的电池后备时间。 随着飞轮储能技术和发电机并机技术的进步，市电直供将是效率更高的方式，省去了电力转换设备和蓄电池组。 3 节能减排措施 3.1新建数据中心 随着互联网和云计算等新技术的出现，使数据中心的位置与用户所在地之间的耦合度逐步降低，数据中心的选

　　10、址应更注重电力资源是否充足、是否具备自然冷源等与节能减排相关的因素。 在数据中心机楼规划时应明确数据中心的业务类型、IT设备的具体需求，并将IT需求转化成机楼的建设需求。充分考虑自然冷源的利用、制冷系统靠近热源等新技术的应用；同时明确电力系统的保障等级，根据实际情况选择高效的电力供给方式。 在IT系统建设过程中，以业务为导向，采用模块化建设的方式，不同模块满足不同的业务需求；同时积极采用各种新技术、新设备，提高设备利用率。 新建数据中心可采用的节能减排措施和相关的新技术很多，但必须因地制宜，权衡业务需求、建设本钱和节能效果等各种因素科学地进行选择。 3.2已有数据中心 已有数据中心无法对机楼结

　　11、构和基建配套进行大规模改造，已有设施对高功耗设备的匹配度较低，在电力和空调系统方面可采用新技术的空间较小。因此，已有数据中心节能减排需在IT设备使用、IT系统新技术、电源设备、空调系统末端和气流组织、运维管理等方面下功夫。 IT设备使用及IT系统新技术应用 由于已有数据中心对高密度设备的匹配度较低，因此应尽量使用计算能力强、功耗较小的设备，条件具备可使用定制化设备，以到达设备与业务、设备与机房配套的高度匹配，充分利用机房的各种资源。 除了使用高效的设备外，还可采用虚拟化、云计算等新技术形成池化资源池，降低业务对单一设备的性能要求，同时提高设备与机房的匹配度。 电源设备 已有数据中心一般发电机、

　　12、变压器等属于基建范畴的电力设备很难进行改造，但是靠近IT设备侧的电源设备可以改造，可根据实际情况采用模块化UPS、高压直流等技术手段，减少电源设备本身的电力消耗，从而到达节能减排的效果。 此外，很多已有数据中心参照以往传输机房的建设标准，蓄电池的后备时间配置长达几个小时，数据中心一般都配置有柴油发电机，从外电停电到油机启动只需要几分钟甚至几十秒的时间，配置过长的电池后备时间只能是浪费电池的充电功率，而对于提高数据中心的高保障收效甚微。因此，需因地制宜合理配置电源设备。 空调末端和气流组织 空调系统一般与基建建设息息相关，尤其是中央空调系统，其主机和管路与建筑紧密耦合，任何部件的改造都将牵一发而

　　13、动全身。因此，空调系统的节能最好在末端设备和机房的气流组织等方面来实现。 空调末端可采用根据实际情况关闭加湿或除湿功能，适当提高机房温度等手段节能。对于局部热点，可增加局部制冷设备应对，防止调整整个机房的空调系统。 机房的气流组织改造对于已有数据中心来说是节能减排的重要手段。已有数据中心一般都存在先冷环境再冷设备、冷热气流混合等问题，通过机房布局和设备机架改造，以及增加少量的冷热气流隔断设施，可以有效解决气流组织的问题，提高冷空气利用率，从而实现节能。 运维管理 运维管理水平直接影响数据中心的节能效果。如设备的电力使用情况管理，很多数据中心设备上电是以设备的标称功耗为依据的，假设机架的平均功耗

　　14、是3kW，那么机架内设备的标称功耗之和不得超过3kW，这样可充分保证电力使用的平安性。但是设备实际的运行功耗远低于标称功耗，同时机房的电力和空调资源都是按照3kW的实际使用功耗来配置，因此这种方式造成了电力和空调资源的大量浪费。 针对上述情况，采用有效的电力监控手段、断电后设备错峰上电和以设备实际运行功耗作为设备上架的依据等手段，可大大提高机房配套设施的利用率，并提高机房装机率。当然，这种方式给运维工作带来一定的挑战，所以有效地配置维护人员、开发有效的运维工具，并通过良好的流程将运维工作贯穿起来，进而全面提升数据中心运维管理水平，是对于节能减排来说投入最小、收效最快的方式。 4 展望 节能减排

　　15、是贯穿数据中心全生命周期的重要因素，同时也是贯穿机楼建设、配套建设、IT系统建设和运维管理等数据中心所涉及的所有工作。随着科技的进步，新技术层出不穷，模块化机房、集装箱机房的出现已经颠覆了传统机房的建设模式；定制设备、云计算等技术也大大改变的IT系统建设模式。因此，节能减排措施的选择也应与时俱进、因地制宜，根据数据中心所在地、承当的业务类型、运维力量、数据中心开展阶段以及新技术的成熟度等因素，选择适合数据中心长远健康开展的方式。 参考文献： 【1】litao984lt. 数据中心能源使用效率PUE之外的效率EB/OL.2021-06-20. ：/wwjifang360/news/2021122

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