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绿色数据中心架构

概述

绿色数据中心(Green Data Center)是指数据机房中的IT系统、机械、照明和电气等能取得最大化的能源效率和最小化的环境影响。

绿色数据中心是数据中心发展的必然。总的来说我们可以从建筑节能、运营管理、能源效率等方面来衡量一个数据中心是否为“绿色”。绿色数据中心的“绿色”具体体现在整体的设计规划以及机房空调、 UPS、服务器等IT设备、管理软件应用上要具备节能环保、高可靠可用性和合理性。

机房建设是一个系统工程计算机技术的迅猛发展促进了机房工程建设对机房的安全性、可用性、灵活性、机架化、节能性等方面提出了

更高的要求绿色数据中心的架设综合体现在节能环保、高可靠可用性和合理性三个方面。

节能环保体现在环保材料的选择、节能设备的应用、 IT运维系统的优化以及避免数据中心过度的规划。如UPS效率的提高能有效降低对电力的需求达到节能的目的。机房的密封、绝热、配风、气流组织这些方面如果设计合理将会降低空调的使用成本。进一步考虑系统的可用性、可扩展性各系统的均衡性结构体系的标准化以及智能人性化管理能降低整个数据中心的成本TCO 。

在计算机机房工程中包含的工程可以归纳为土建工程、 电气工程、空调工程、消防工程和弱电工程示意图如下

数据中心规划设计节能措施

要做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量选择合适的地点进行机房建设是机房基础建设的基本条件。作为未来机房的地点须符合以下几项条件

·机房最好建在大楼的二、三层。

·机房尽量避免设在建筑物用水楼层的下方

·机房选在建筑物的背阴面以减少太阳光的辐射所产生的热量

·排烟口设在机房的上方排废气口设在机房的下方

·主机房区域的主体结构应采用大开间大跨度的拄网

包括电力系统节能分析、动力环境系统节能控制、 IT设备的智能控制、IT设备新型的节能技术的应用、智能管理软件的应用等。

1 、增加虚拟服务器的使用便硬件在不增加能耗的情况下处理更多的工作量。

2、在服务器不使用时将其自动转换为节能状态。

3、只在设备需要时才开启制冷。

4、利用液体冷却装置吸收的热量发电并储存起来以备后用。

5、利用热工学和3D建模来优化数据中心制冷气流。

6、 电力系统的合理分配。

7、高可靠性新型技术的利用。

6种节能方案及效果

服务器节能

目前服务器厂商面临的问题是如何不断的提高服务器计算能力而减少服务器的能耗。服务器厂商和芯片巨头们也开始进行大量的研究并开始

执行一些新的技术以降低服务器的能耗主要有3个万向:冷却技术、芯片节能技术、软件调度和管理技术。

CPU节能技术

CPU由大量的晶体管组成晶体管的工作需要消耗功率;同一个芯片上对于同样的操作有功耗和发热是正常的。例如 i386DX-20M的最大功耗在1 .3W左右奔腾-133是1lW左右奔腾I I I-1 .33G就需要33.9W左右而奔腾4-1 .3G则需要68.8W更高频率的处理器最大功率甚至超过百瓦。功耗和发热影响到CPU性能的进一步提升更多的创新型节能技术也由此应运而生。

综上所诉节能的理念和方法很多只要我们在设计时考虑合理化追求科学节能理念建立和谐的数据机房相信会给你带来不少的绿色惊喜基础设施

机房环境的要求

机房工程是智能建筑的一部分也是建筑安装工程的一个分支。 因此既有建筑安装工程的一般性也有其特性即执行建筑行业相关标准、规范也有本行业独有的标准、规范。机房工程是一门综合性很强的科学技术和系统工程涵盖了电气系统、空调及送排风系统、安防系统、机房综合监控系统、综合布线系统、 KVM切换系统、消防系统等。它是一个复杂的电子环境空间需要有专业技术资质、专业设计、专业施工、专业检测的机房工程公司完成。

现代IT设备中的元器件及集成电路极易受到温湿度、尘埃、有害气体、电磁、雷电等的干扰为使其可靠运行机房必须具备一定的环境条件根据《电子信息系统机房设计规范》 GB50174-2008的规定机房环境应达到以下要求

环境要求 技术要求 备注

%

℃

%

主机房和辅助区温度

变化率开、停机 <5℃/h <10℃/h 不得结露

时

辅助区温度、相对湿

度 18℃~28℃、 35℃~75℃

开机时

辅助区温度、相对湿

度 5℃~35℃、 20℃~80℃

停机时

℃

机房基础装修内容

·吊顶

吊顶是装饰工程的重要组成部分吊顶材料应该不起尘、不吸尘具有一定的吸音、防火、防水、防腐等性能方便拆装、 自重轻有一定的强度并具良好的装饰效果。

·抗静电地板的铺设

抗静电地面是机房重要的防护措施在一些设备配置少的辅助机房或上走线的电信机房可采用抗静电塑料地面导静电而对于功能齐全的电子机房来说选择铺设抗静电地板无疑是一种防护手段。

·墙面及隔断装修

机房区隔墙耐火极限应满足防火规范的要求除钢瓶间外隔墙一般宜自重轻有一定的可变性。墙、柱面应不起尘、防火、防水、易清洁、防静电、美观。

技术处理上机房应该作好保温隔热、防尘、防潮、防静电、防水、防鼠虫措施封堵机房与其他区域、其他楼层相通的孔洞在使用或施工过程中新开的孔洞及时进行封堵所有进机房的管、槽之间的空隙均采取密封措施。

机房承重加固与布局

机房内设备密度较大对建筑楼板承重有特殊要求在机房选址和设计时应该核实机房位置的建筑承重对于个别机房需考虑做楼板的承重加固特别是UPS及电池、精密空调等大型设备重量较大应安装设备承重散力支架机房布局时要重点考虑大型设备的承重尽量把重型设备放置在机房的承重梁上。

根据机房建设相关标准《电子信息系统机房设计规范》 GB50174-

2008机房建筑与结构应达到以下要求

A级 B级 C级

8~10 组合值系数 Ψc=

主机房吊挂荷载 kN/m2

—

监控中心活荷载标准 6 —

值 kN/m2

钢瓶间活荷载标准值 8 — kN/m2

—

基础设施节能措施

·材料的选择

绝热性好

·灯管

选择节能灯管。最好是在无人工作的情况下为关闭状态为好。

·地板

采用下送风的机房如采用地板下布线模式的其地板下高度应在50-80cm地板下低于40cm的。最好将电源及综合布线布在机柜上方实行上走线模式。·其他

保持机房的密闭性窗户要考虑做遮阳防护。

机房空调与机房空调节能措施

机房对机房空调的要求

机房是数据处理中心安装有大量的计算机、磁带机、磁介质、交换机、路由器等对环境温湿度、洁净度要求较高的精密设备对机房环境有严格的要求其中最重要的是机房温度、湿度和洁净度三个指标。机房专用空调(精密空调)是为计算机机房(包括程控交换机房)专门设计的特殊空调机精密空调系统的设计是为了进行精确的温度和湿度控制精密空调系统具有高可靠性保证系统终年连续运行并且具有可维修性、组装灵活性和冗余性可以保证数据机房四季空调正常运行。

计算机机房专用空调在设计上与传统的舒适性空调有着很大区别二者为不同的目的而设计无法互换使用。计算机机房内必须使用机房专用空调。

机房专用空调设备类型

机房专用空调设备制冷系统形式很多可以根据工程项目的特点选用不同的制冷系统。机房专用空调机组制冷系统主要冷却形式有风冷式、水冷或乙二醇水冷式、冷冻水式、双冷源系统等。

能效评估

PUE值可以从1 .0到无限大国际较先进的机房通常在1 .5-2.0。机房空调节能措施

1 .机房专用空调设备选型

在对自控新风冷气机设备进行选型过程中机房的热负荷和换气次数是最为重要的参数依据因为这两项参数决定了机房的温湿度能否得到恒定以及机房的洁净度能否得到满足。所以我们在机房专用空调设备选型时先选定这两项数据然后再对选定的新风设备型号进行其它次要数据项的验证。根据机房热负荷及换气次数的计算可以对机房专用空调设备的设备型号进行选定。

2.空调系统设计

一般空调系统设计时系依“最大负荷再加上20-50%预留负载量”而设计实际运行时空调系统均并未达满负载状态系统存有甚大的冗余因此空调系统需要

将不必要的冗余空调负载减供

将无效使用的进行无效能减供

有效使用大自然新风供冷的制冷能力。

3.机房空调的和谐制冷设置(13种手段)

 1 提高制冷系统温度设置值。

为了最大限度的提高容量和优化效率设置点不应低于维持设备进气温度所需的数值。

程控机房的温度要求保持在15℃-25℃以内程控交换机房的温度设定为20℃精度为1℃。在设备对环境的要求范围相对宽松的情况下没有根据环境温度及设备特点作出相应的调整室内温度一年四季保持恒温恒湿状态。这不仅是对电量的浪费也是对技术优势的浪费。 

2适当设定回风温度值。

节能理论依据是当程控机房需要降温时空调工作在制冷状态此时若将回风温度值设高些在满足机房温度要求的条件下 会使压缩机运行时间缩短起到节能作用。同理当程控机房需要升温时空调工作在加热状态此时若将回风温度值设低些会使加热器运行时间缩短起到节能作用。

3改变空调7×24小时不间断运行方式为间断性的运行方式4通过现有机房新风换气系统充分利用室外温度来调节室内温度(冬季) 

5加强机房密封性能夏季合理利用机房窗帘调温经验数据显示通常窗帘可以有10℃左右的调温能力 

6在加/除湿耗能较大的机房可以考虑增加专用加/除湿设备根据设备规格一般每80平方米空间配置一台加湿机和除湿机技术规格为加湿机5-9公斤/小时、除湿机3-5公斤/小时。在机房相对湿度低于20%时开启加湿机相对湿度高于80%时开启除湿机。

如果机房使用单独加湿器切勿使机房湿度值高于需求这会导致多个制冷设备相抵触运行:如果两个制冷系统回流气体温度不一致或两个设备的湿度传感器校准不一致或两个设备设定的湿度值不同。制冷系统抵触运行将导致一台制冷设备会降低空气湿度另外一个则会增加空气湿度。这一运行模式极其浪费资源而且机房管理员也不容易发现。制冷系统湿度抵触运行问题可通过以下方式解决:a)使用中央湿度控制 b)协调制冷设备之间的湿度值 c)关闭制冷系统中一个或多个加湿器 d)使用浮动数值设定。

确认系统设定值是否相同校准是否相同并且扩大浮动数值设定范围。一般情况下将浮动数值范围设定为士5%便可以纠正这一问题。7机房空调联机控制a.采取空调联机控制运行的理论依据

对于某机房区域配置两台或多台空调设备并且各自独立运行时由于多台空调系统之间存在个体差异会带来巨大的内部损耗现象是部分空调处于加热状态而部分空调则处于降温状态或者是部分空调处于加湿状态而部分空调则处于除湿状态其主要原因如下

空调内部温湿度传感器一致性差异或部分传感器损害

空调设备温湿度设置的差异或异常