數(shù)據(jù)中心節(jié)能改造的7種解決方案

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的迅速增長(zhǎng)、服務(wù)器數(shù)量的增加，機(jī)房的面積及規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，數(shù)據(jù)中心的能耗成本也迅速增加,并有趕超硬件成本的趨勢(shì)。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)調(diào)查顯示，我國(guó)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(shè)計(jì)一套機(jī)房整體監(jiān)控系統(tǒng)

圖IT設(shè)備負(fù)載變化曲線

　　從機(jī)房負(fù)荷和空調(diào)冷量配置來(lái)看，機(jī)房一般設(shè)計(jì)為N+X的安全運(yùn)行模式，但從整個(gè)機(jī)房IT設(shè)備布局來(lái)看，由于機(jī)房面積較大，考慮其循環(huán)風(fēng)量及減少機(jī)房局部溫度死角等問(wèn)題，及負(fù)載設(shè)備功耗的動(dòng)態(tài)變化，精密空調(diào)群無(wú)法做到人為控制按照需求運(yùn)行，機(jī)房發(fā)熱量變化無(wú)規(guī)律可以遵循，所有室內(nèi)風(fēng)機(jī)全速運(yùn)行，壓縮機(jī)由每臺(tái)空調(diào)獨(dú)自按照自己的需求進(jìn)行控制，此種運(yùn)行模式從運(yùn)行費(fèi)用角度來(lái)說(shuō)是不經(jīng)濟(jì)節(jié)能的。如果強(qiáng)制空調(diào)群中的冗余設(shè)備進(jìn)行關(guān)機(jī)運(yùn)行，由于機(jī)房氣流組織及溫度變化規(guī)律很難掌握，人為控制空調(diào)的開(kāi)機(jī)與關(guān)機(jī)也很難做到機(jī)房安全，因此可能存在局部溫度不可控的現(xiàn)象。因此，機(jī)房精密空調(diào)群控対?rùn)C(jī)房節(jié)能起到至關(guān)重要的意義。

　　機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)群控節(jié)能的思路是：在保障機(jī)房設(shè)備正常運(yùn)行的前提下，通過(guò)減少冗余空調(diào)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，來(lái)降低整個(gè)機(jī)房的能耗，實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的備份/輪循功能、層疊功能、避免競(jìng)爭(zhēng)運(yùn)行功能、延時(shí)自啟動(dòng)功能。

　　結(jié)合曙光自適應(yīng)集群功率與能耗監(jiān)控系統(tǒng)，進(jìn)行精密空調(diào)集群集中管理，管理軟件根據(jù)CPU占有率計(jì)算每一排的服務(wù)器功耗，根據(jù)負(fù)載分布情況及精密空調(diào)分布情況精確控制相應(yīng)位置空調(diào)的工作狀態(tài)，其中主要包括壓縮機(jī)的啟停和空調(diào)室內(nèi)機(jī)的風(fēng)扇啟停。精密空調(diào)通過(guò)RS485網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議轉(zhuǎn)換器通信，協(xié)議轉(zhuǎn)換器通過(guò)以太網(wǎng)與管理節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作，這樣使不同廠家的精密空調(diào)(具有監(jiān)控功能)能夠通過(guò)曙光標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接口與管理節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互每個(gè)服務(wù)器機(jī)柜內(nèi)安裝兩個(gè)無(wú)線溫濕度探頭，每排機(jī)柜構(gòu)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(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)上傳至管理節(jié)點(diǎn)，形成雙層監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，在監(jiān)測(cè)到服務(wù)器到溫的時(shí)候，開(kāi)啟機(jī)房空調(diào)，在節(jié)能的同時(shí)確保設(shè)備安全。

　　二、建立機(jī)房散熱及氣流組織模型

　　由專(zhuān)業(yè)的散熱工程師利用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)技術(shù)，針對(duì)中心機(jī)房空調(diào)氣流組織特性的數(shù)值分析與模型實(shí)驗(yàn),深入分析中心機(jī)房?jī)?nèi)部的氣流速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)分布,并在此基礎(chǔ)上得出合理的冷量調(diào)配設(shè)計(jì)方案,獲得最佳的送回風(fēng)狀態(tài),滿足設(shè)備的散熱需要,同時(shí)使空調(diào)負(fù)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(xiàn)。

圖機(jī)房CFD氣流組織模擬圖

　　三、針對(duì)機(jī)柜添加盲板

　　機(jī)房一部分機(jī)柜內(nèi)，由于設(shè)備數(shù)量較少，導(dǎo)致冷風(fēng)從機(jī)柜下部向上進(jìn)入機(jī)柜后，很大一部分冷風(fēng)未經(jīng)過(guò)設(shè)備直接進(jìn)入機(jī)房?jī)?nèi)，這樣就導(dǎo)致了空調(diào)的送風(fēng)短路，使空調(diào)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(diào)的制冷效率。具體辦法是在機(jī)柜內(nèi)沒(méi)有安裝設(shè)備的空間安裝盲板，使冷風(fēng)只能通過(guò)設(shè)備再送到機(jī)房?jī)?nèi)。

圖機(jī)柜增加盲板氣流組織示意

　　四、針對(duì)機(jī)柜安裝主動(dòng)送風(fēng)元件—ADU

　　傳統(tǒng)的地板下送風(fēng)空調(diào)由于送風(fēng)距離較長(zhǎng)，送風(fēng)效率低，因此會(huì)導(dǎo)致出風(fēng)口冷量及風(fēng)量不足，不能滿足設(shè)備散熱需求。

　　針對(duì)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(jī)，風(fēng)機(jī)可以根據(jù)機(jī)柜的負(fù)載情況進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)速。通過(guò)這種主動(dòng)送風(fēng)裝置，可以提高空調(diào)送風(fēng)效率，這樣就可以在滿足制冷量及風(fēng)量的需求情況下，減少空調(diào)開(kāi)機(jī)的臺(tái)數(shù)，達(dá)到節(jié)能的效果。

圖機(jī)柜增加地板ADU氣流組織示意

圖ADU模塊效果

　　五、針對(duì)機(jī)柜進(jìn)行冷通道封閉

　　傳統(tǒng)的地板下送風(fēng)形式的機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)，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(dǎo)致空調(diào)的制冷效率很低。

　　現(xiàn)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(diào)機(jī)的制冷效率，在能夠滿足機(jī)房設(shè)備正常散熱的情況下，關(guān)掉一部分空調(diào)，這樣便可以達(dá)到節(jié)能的效果。

　　六、機(jī)房添加新風(fēng)系統(tǒng)

　　目前許多大型的數(shù)據(jù)中心，利用新風(fēng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能方案。機(jī)房?jī)?nèi)由于空間密閉，設(shè)備發(fā)熱量較大，精密空調(diào)需要全年24小時(shí)不間斷運(yùn)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(diào)，同時(shí)在保證溫度、濕度和機(jī)房潔凈度的前提下，達(dá)到節(jié)能的目的。

　　七、針對(duì)機(jī)房精密空調(diào)進(jìn)行改造，使其具有自然冷卻功能—采用氟泵節(jié)能系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)的地板下送風(fēng)機(jī)房空調(diào)，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(jié)能效果較差。針對(duì)這種情況，可以針對(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行改造升級(jí)，在原有的空調(diào)系統(tǒng)上添加氟泵機(jī)組，通過(guò)控制系統(tǒng)，使其在冬季外界環(huán)境較低的時(shí)候，關(guān)掉壓縮機(jī)，開(kāi)啟氟泵系統(tǒng)進(jìn)行制冷，因?yàn)榉幂^空調(diào)壓縮機(jī)相比耗能較少，所以以中心機(jī)房為例，進(jìn)行改造后，空調(diào)大約每年能節(jié)省20%的電能消耗。

圖氟泵空調(diào)系統(tǒng)原理圖

　　綜合以上幾種節(jié)能改造措施，對(duì)于老舊數(shù)據(jù)中心因地制宜、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析出最恰當(dāng)?shù)木唧w解決方法，并通過(guò)高智能化的監(jiān)控和精細(xì)化管理維護(hù)，在保證高可用性和高可靠性的前提下，最大化實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機(jī)房能耗的節(jié)能優(yōu)化。