数据中心机房的节能

数据中心机房的节能

作者：杨兵

来源：《中国新技术新产品》2010年第04期

摘要:通过分析机房设备的能耗构成,按照耗能所占比例大小依次为服务器及网络通信设备、空调制冷及加湿设备、供电设备、照明及其他设备,因此机房的节能重点是服务器及网络通信设备和空调,本文就如何减少机房能耗而采用的新技术和新产品展开论述。

关键词:机房;节能

1 设备能耗和温度

1.1 IT设备所允许的工作温度范围

以往的标准中建议服务器及网络通信设备应运行在20℃到25℃,这样可以保证设备可靠长时间运行。15℃到32℃,是IT设备可以正常运行的极限范围,但如果长时间运行在此温度条件下,IT设备可能会宕机;但随着多数主要制造商已接受了美国采暖、制冷与空调工程师协会(ASHRAE)提出的提高机房温度上限的建议:从原来的25℃提高到27℃,现在生产的设备也较之以前具有更宽的工作温度范围,已能满足在27℃下长期稳定地运行。

温度越高,吹风设备和设备风扇的转速也就越快,耗电也就越大。将温度限定在27℃是能够实现温度和功耗的一个最佳平衡。在其他的运行工况条件保持不变的情况下,盛夏时空调的设置温度每提高1℃,即可降低耗能5%。因此,在购买服务器设备及网络通信设备时,在满足其他功能要求的前提下,应优先选择具有较宽工作温度的设备,以达节约用电的目的。

1.2 设备能耗比

随着对机房设备用电作进一步分析,我们可以看到能耗与用电设备电源本身也具有一定关系,因为电源在将市电处理成适合IT设备适用的标准时,它本身也是要消耗能量的。这些能量有些是被电容、电感吸收,有些为变压器建立交变磁场所消耗,也有的因为电源内部线路中的电阻而转化为热量散发,总之这些电能消耗对于IT设备硬件而言是无效的;而且品牌、设计和标准不同,电源本身消耗的功率也有差别,这便是衡量电源是否节能的一大标准:转换效率。它是硬件本身消耗的功率和市电插座输入功率的比值,可直观地看出电源供应器本身消耗了多少能源。

举个例子:以一个500W的电源供应器为例,如果该供应器的转换效率为70%,即如果有

500W的交流电输入到电源供应器中,只有350W的交流电会转成直流电供服务器应用,浪费了150W的电力;目前欧美正推行的“80plus”认证,即是基于对电源转换效率的考量。凡是在任何状

态下转换效率均不低于80%的产品才可跨入门槛,获得相应证书。所以在选购电源供应器时,必须注意转换效率的问题,转换效率越高的电源供应器就越省电。

2 空调系统的节能

空调产生的能耗约占整个机房所需总功耗的35%左右,近年来,针对空调系统的节能,采取了以下措施,并取得良好的节能效果。

2.1 建立相互隔离的冷热通道

首先机房机柜的摆放必须面对面、背对背,也就是说,两个机柜的正面应面对面,建立起冷通道,而两个机柜的背面也是背对背,建立起热通道,从而在两个区块建立起冷热通道,避免冷空气混和热空气造成混风现象。为达到更好的效果,可封闭所有的冷风信道,在冷风信道中,在所有机柜上方用隔板封闭起来,冷风通道的两侧用门来封闭,这样完全阻隔了冷信道与热信道交流,避免发生混风现象。

2.2 科学合理设计机房内部气流走向提高空调运行效率

比较各种送、回风方式,目前业界公认效率较高的是采用下送风、上回风方式。这种方式中冷风从下部送到机柜,经过机柜后其温度升高比重变轻,自然上升,满足高温在上、低温在下的温度自然分布规律,不会与送风的冷风混合,使冷量的利用率提高,避免冷热气流混合,这种送风方式比上送风方式提高2～3℃送回风温差,所需送风量小,可以节能15～20%。

这种送风方式宜采用上走线方式,将架空地板下的空间用作送风通道,因此,不能在地板下敷设各种通信线缆,如果必须在架空地板下走线,也应将线缆收纳整齐,减少阻挡出风量。另外如果送风距离较长,选用的通风机全压值虽能克服地板长距离送风的全部压力损失,但送风的始、终端的压差较大,不利于地板下保持均匀的静压值,所以还应适当控制地板下送风的距离,同时架空地板的高度至少为0.4m。

3 优化供电系统,降低电能消耗

供电系统在提供电源的同时,也会有电能损耗,虽然这些损耗在机房总能耗中所占比例不大,但也不容忽视。目前可采用以下几种措施以达节能效果。

3.1 模块化供电保持UPS较高负载率

一般来说,UPS的效率和负载功率是成正比的,越接近其满负载容量效率就越高;UPS的供电效率越高,能耗就越低。举例来说,从UPS本身的效率讲,工作效率小于90%的UPS自身效率较低,必然使总体耗电量增加。现在很多UPS生产厂商正在实行对UPS模块化生产,用户可按照负载的增加而增加模块,始终保持UPS较高负载率,以达到降低能耗的目的。

另外在满足高效率的前提下,减少UPS体积也成为一种方向。有厂家已生产出专为刀片式服务器提供电力保护的系统,其每台刀片式UPS模块均是一台完整的UPS系统,可以作为一台UPS单独使用,同时也可以在标准的19英寸机柜中堆叠多台UPS。

3.2 机房供电电源的转变

目前机房中基本上都采用的是双转换在线式UPS,其工作时会先将交流电滤波整流后变成直流电,再由逆变器将此直流电转换成设备需要的正弦波交流电源。两次的交、直流变化会带来一定的损耗。如果IT设备采用直流供电,可以减少一次交、直流转变,达到节能的效果。然而目前大部分IT设备都是交流供电,直流供电模块的生产还未规模化,因此可大力推动IT设备直流供电替代交流供电,这不仅在供电可靠性、电磁兼容还是能效比上,都会有优于交流供电的优势。

3.3 采用无变压器的UPS设备

传统UPS的整机效率只有75%～85%,但采用无变压器的机型,可以提升至90%以上,这种机型体现了UPS电路技术的进步,代表着UPS技术的发展方向,它在进一步缩小体积、减轻重量、改善性能、提高效率、降低成本等方面,都取得了明显的改善和进步。因此,选用无变压器的UPS可以更有效地利用电源,让每一度电都花费在系统运作上,进而降低能耗。

4 其他技术和趋势

4.1 机房“热点”的处理

随着服务器密集化、小型化、高效化发展,机房内逐渐出现热密度特别高的机柜。这些高密度机架形成了机房内的局部热点。针对此,可以在机房内划出专属的高热密度子区域,隔离高热密度机柜。这样高热密度机柜不会影响到周围的低密度机柜。在封闭的小范围内,针对性地制冷,这样更行之有效,也能减少不必要的能耗。

4.2 自然冷却技术的逐渐应用

目前自由冷却已经变成一个很热门的话题,位于较冷地区的机房可考虑采用自然冷空气自由冷却。在国外,借助自然界天然冷空气来为机房降温已经受到重视。据报道,位于美国罗德岛的布莱恩特大学也在借助冰雪天气来降低机房的电能消耗。布莱恩特大学的数据中心机房配有一套封闭的以乙二醇为冷却剂的循环制冷系统,当天气很冷的时候,系统就会利用室外的冷空气给冷却剂降温,外部冷源为免费资源,加以利用,既经济又节能使用此方式仅此一项就降低了20%～30%的电能消耗。

4.3 动态智能冷却技术的应用