數據中心節能改造的7種解決方案

　　隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)量的迅速增長(cháng)、服務(wù)器數量的增加，機房的面積及規模也在不斷擴大，數據中心的能耗成本也迅速增加,并有趕超硬件成本的趨勢。據權威機構調查顯示，我國每年用于服務(wù)器的電源和冷卻的總開(kāi)支超過(guò)了20億美元。

　　一、設計一套機房整體監控系統

圖IT設備負載變化曲線(xiàn)

　　從機房負荷和空調冷量配置來(lái)看，機房一般設計為N+X的安全運行模式，但從整個(gè)機房IT設備布局來(lái)看，由于機房面積較大，考慮其循環(huán)風(fēng)量及減少機房局部溫度死角等問(wèn)題，及負載設備功耗的動(dòng)態(tài)變化，精密空調群無(wú)法做到人為控制按照需求運行，機房發(fā)熱量變化無(wú)規律可以遵循，所有室內風(fēng)機全速運行，壓縮機由每臺空調獨自按照自己的需求進(jìn)行控制，此種運行模式從運行費用角度來(lái)說(shuō)是不經(jīng)濟節能的。如果強制空調群中的冗余設備進(jìn)行關(guān)機運行，由于機房氣流組織及溫度變化規律很難掌握，人為控制空調的開(kāi)機與關(guān)機也很難做到機房安全，因此可能存在局部溫度不可控的現象。因此，機房精密空調群控対機房節能起到至關(guān)重要的意義。

　　機房專(zhuān)用空調群控節能的思路是：在保障機房設備正常運行的前提下，通過(guò)減少冗余空調設備的運行時(shí)間，來(lái)降低整個(gè)機房的能耗，實(shí)現空調系統的備份/輪循功能、層疊功能、避免競爭運行功能、延時(shí)自啟動(dòng)功能。

　　結合曙光自適應集群功率與能耗監控系統，進(jìn)行精密空調集群集中管理，管理軟件根據CPU占有率計算每一排的服務(wù)器功耗，根據負載分布情況及精密空調分布情況精確控制相應位置空調的工作狀態(tài)，其中主要包括壓縮機的啟停和空調室內機的風(fēng)扇啟停。精密空調通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò )與協(xié)議轉換器通信，協(xié)議轉換器通過(guò)以太網(wǎng)與管理節點(diǎn)協(xié)同工作，這樣使不同廠(chǎng)家的精密空調(具有監控功能)能夠通過(guò)曙光標準協(xié)議接口與管理節點(diǎn)進(jìn)行數據交互每個(gè)服務(wù)器機柜內安裝兩個(gè)無(wú)線(xiàn)溫濕度探頭，每排機柜構成一個(gè)網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的組網(wǎng)方式形成一個(gè)溫濕度監控網(wǎng)絡(luò )，并通過(guò)以太網(wǎng)將數據上傳至管理節點(diǎn)，形成雙層監控網(wǎng)絡(luò )，在監測到服務(wù)器到溫的時(shí)候，開(kāi)啟機房空調，在節能的同時(shí)確保設備安全。

　　二、建立機房散熱及氣流組織模型

　　由專(zhuān)業(yè)的散熱工程師利用計算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)技術(shù)，針對中心機房空調氣流組織特性的數值分析與模型實(shí)驗,深入分析中心機房?jì)炔康臍饬魉俣葓?chǎng)、溫度場(chǎng)分布,并在此基礎上得出合理的冷量調配設計方案,獲得最佳的送回風(fēng)狀態(tài),滿(mǎn)足設備的散熱需要,同時(shí)使空調負荷降低,得到最優(yōu)冷量配置的效果。目前主要通airpak或fluent模擬軟件進(jìn)行實(shí)現。

圖機房CFD氣流組織模擬圖

　　三、針對機柜添加盲板

　　機房一部分機柜內，由于設備數量較少，導致冷風(fēng)從機柜下部向上進(jìn)入機柜后，很大一部分冷風(fēng)未經(jīng)過(guò)設備直接進(jìn)入機房?jì)?，這樣就導致了空調的送風(fēng)短路，使空調的制冷效率大大降低。

　　采用封堵風(fēng)道的方式減少風(fēng)的短路，提高空調的制冷效率。具體辦法是在機柜內沒(méi)有安裝設備的空間安裝盲板，使冷風(fēng)只能通過(guò)設備再送到機房?jì)取?

圖機柜增加盲板氣流組織示意

　　四、針對機柜安裝主動(dòng)送風(fēng)元件—ADU

　　傳統的地板下送風(fēng)空調由于送風(fēng)距離較長(cháng)，送風(fēng)效率低，因此會(huì )導致出風(fēng)口冷量及風(fēng)量不足，不能滿(mǎn)足設備散熱需求。

　　針對此種情況，在出風(fēng)口安裝主動(dòng)出風(fēng)裝置—ADU，ADU上裝有兩個(gè)或四個(gè)EC風(fēng)機，風(fēng)機可以根據機柜的負載情況進(jìn)行轉速調速。通過(guò)這種主動(dòng)送風(fēng)裝置，可以提高空調送風(fēng)效率，這樣就可以在滿(mǎn)足制冷量及風(fēng)量的需求情況下，減少空調開(kāi)機的臺數，達到節能的效果。

圖機柜增加地板ADU氣流組織示意

圖ADU模塊效果

　　五、針對機柜進(jìn)行冷通道封閉

　　傳統的地板下送風(fēng)形式的機房專(zhuān)用空調，屬于彌漫式送風(fēng)。這種形式容易造成氣流短路及送風(fēng)量不夠的問(wèn)題，導致空調的制冷效率很低。

　　現可以采用冷通道封閉的形式，將冷熱氣流相互隔離開(kāi)來(lái)，防止氣流短路及冷熱風(fēng)相混合，這樣可以大大提高空調機的制冷效率，在能夠滿(mǎn)足機房設備正常散熱的情況下，關(guān)掉一部分空調，這樣便可以達到節能的效果。

　　六、機房添加新風(fēng)系統

　　目前許多大型的數據中心，利用新風(fēng)系統實(shí)現節能方案。機房?jì)扔捎诳臻g密閉，設備發(fā)熱量較大，精密空調需要全年24小時(shí)不間斷運行，制冷、加濕工作時(shí)耗電量大。利用引入新風(fēng)和焓值控制技術(shù)，可在春、秋、冬季引入室外低溫空氣，關(guān)閉精密空調，同時(shí)在保證溫度、濕度和機房潔凈度的前提下，達到節能的目的。

　　七、針對機房精密空調進(jìn)行改造，使其具有自然冷卻功能—采用氟泵節能系統

　　傳統的地板下送風(fēng)機房空調，在冬季室外環(huán)境較低的時(shí)候，仍需要制冷，不能充分利用室外自然冷源，節能效果較差。針對這種情況，可以針對空調系統進(jìn)行改造升級，在原有的空調系統上添加氟泵機組，通過(guò)控制系統，使其在冬季外界環(huán)境較低的時(shí)候，關(guān)掉壓縮機，開(kāi)啟氟泵系統進(jìn)行制冷，因為氟泵較空調壓縮機相比耗能較少，所以以中心機房為例，進(jìn)行改造后，空調大約每年能節省20%的電能消耗。

圖氟泵空調系統原理圖

　　綜合以上幾種節能改造措施，對于老舊數據中心因地制宜、發(fā)現問(wèn)題，分析出最恰當的具體解決方法，并通過(guò)高智能化的監控和精細化管理維護，在保證高可用性和高可靠性的前提下，最大化實(shí)現數據中心機房能耗的節能優(yōu)化。