云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計及實踐

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1、 云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計及實踐 【摘要】隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，云計算在社會發(fā)展的各個領(lǐng)域都起到了很大的作用，其應(yīng)用范圍非常廣泛，并且隨著時代的進(jìn)步，也在不斷進(jìn)行改革和創(chuàng)新。其中，云數(shù)據(jù)中心是云計算業(yè)務(wù)發(fā)展的重要載體，為了滿足社會實際需要，促進(jìn)云計算的進(jìn)一步發(fā)展，云數(shù)據(jù)中心在設(shè)計上開始注重節(jié)能設(shè)計，其實踐應(yīng)用水平也在不斷提高。本文主要對云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計及應(yīng)用實踐進(jìn)行分析。 【關(guān)鍵詞】云數(shù)據(jù)中心；綠色節(jié)能設(shè)計；應(yīng)用實踐 近年來，云計算業(yè)務(wù)發(fā)展非常迅速，而云數(shù)據(jù)中心也在與時俱進(jìn)不斷向前發(fā)展，其規(guī)模不斷擴(kuò)大，效率逐漸提高，智能化突出，并且成本逐漸降低。通過對電力系統(tǒng)、空

2、調(diào)系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng)等方面進(jìn)行合理設(shè)計，云計算業(yè)務(wù)的水平得到提高。為了與時代發(fā)展相適應(yīng)，云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計及應(yīng)用實踐，越來越受到重視。在實際設(shè)計和應(yīng)用過程中，要對具體的云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能方案進(jìn)行分析研究，不斷進(jìn)行優(yōu)化，提高云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計方案的合理性和科學(xué)性，從而推動社會與企業(yè)的進(jìn)步發(fā)展。 1云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能配電系統(tǒng) 1.1傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)分析 在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心配電系統(tǒng)中，主要是以UPS為主要的在線交流方式。切換時間較短，IT設(shè)備能夠穩(wěn)定運行。UPS配電系統(tǒng)具有一定的通用優(yōu)勢，對大多數(shù)的配置交流電源的服務(wù)器和交換機(jī)來說，都能夠滿足其具體需要。在UP

3、S配電系統(tǒng)的應(yīng)用中，能夠?qū)κ须娺M(jìn)行整流和逆變，從而轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)的220V交流電，為服務(wù)器電源模塊供電，在通過服務(wù)器電源模塊內(nèi)部轉(zhuǎn)化作用，12V的直流電得以正確輸出至服務(wù)器主板，這個轉(zhuǎn)換過程非常的復(fù)雜，很容易出現(xiàn)問題。同時，在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計中，為了提高UPS配電系統(tǒng)的運行效率，避免由于單機(jī)系統(tǒng)的故障而阻礙其他系統(tǒng)的正常運行，一般會應(yīng)用多臺UPS并機(jī)，提高系統(tǒng)的負(fù)載容量，這就使配電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，一旦出現(xiàn)故障，維修非常困難。對于UPS配電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心設(shè)計，雖然已經(jīng)增加了一定的貢獻(xiàn)系統(tǒng)安全系數(shù)，但是從實際情況來看，其電能的損耗還是很大，與之相關(guān)的空調(diào)系統(tǒng)的耗電量也較大，不符合節(jié)能環(huán)保的實際要求，

4、通過對實際的數(shù)據(jù)中心進(jìn)行檢測，UPS配電系統(tǒng)的效率也較低。 1.2高壓直流配電系統(tǒng)分析 隨著數(shù)據(jù)中心設(shè)計水平的不斷提高，隨著交流電向直流電的轉(zhuǎn)換與發(fā)展，在數(shù)據(jù)中心設(shè)計上，其供電架構(gòu)基本上是以直流電供電為主。這主要是因為對于大多數(shù)的服務(wù)器電源模塊來說，能夠完成220V交流電和240V直流電的兼容。因此，在對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行設(shè)計時，就能夠用直流電來代替交流電，同時對直流電進(jìn)行模塊化設(shè)計，而且也不需要進(jìn)行逆變轉(zhuǎn)換，有效的提高了配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。對于240V直流電的轉(zhuǎn)換，其級數(shù)要比220V交流電轉(zhuǎn)換級數(shù)少，效率自然也就提高了，相關(guān)設(shè)備的運行水平也得到了提高，進(jìn)而提高了整個配電系

5、統(tǒng)的運行效率。但是對于高壓直流配電系統(tǒng)來說，也存在一定的局限性，而且服務(wù)器電源也沒有得到相應(yīng)的優(yōu)化，隨著數(shù)據(jù)中心設(shè)計的發(fā)展，一種更具優(yōu)勢的電源架構(gòu)出現(xiàn)，那就是圖2高壓直流配電系統(tǒng)市電到IT設(shè)備的不間斷電源架構(gòu)，此架構(gòu)仍然使用的是直流電UPS系統(tǒng)，但是去掉了服務(wù)器的電源模塊，供電方式為機(jī)架集中式電源PSU。在交流或者直流機(jī)房中比較適用。與傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)運行效率相比，得到了很大的進(jìn)步，對云計算業(yè)務(wù)的發(fā)展具有一定的促進(jìn)作用。 1.3市電直供配電系統(tǒng)分析 對于數(shù)據(jù)中心節(jié)能設(shè)計來說，主要的目標(biāo)就是在保證配電系統(tǒng)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，減化電源轉(zhuǎn)換的過程，提高配電系統(tǒng)的運行效率。隨著數(shù)據(jù)中心

6、配電系統(tǒng)的不斷進(jìn)步與發(fā)展。市電直供配電系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來，在此系統(tǒng)中，直接取消了UPS系統(tǒng)，市電與服務(wù)器直接相連，在服務(wù)器中采用12V電池來啟動主機(jī)，保證服務(wù)器的連續(xù)運行。其備用的配電架構(gòu)為48V直流電源，在數(shù)據(jù)中心設(shè)計上，配電系統(tǒng)的電能損耗達(dá)到最低。在市電直供配電系統(tǒng)的不斷發(fā)展中，通過吸收先進(jìn)的經(jīng)驗，對其進(jìn)行不斷的改進(jìn)，240V直流電促成的后備配電架構(gòu)出現(xiàn)，云數(shù)據(jù)中心供電系統(tǒng)發(fā)展起來。此配電系統(tǒng)，能夠有效處理市電異常情況，維持市電正常運行，提高了電源切換的效率，與云數(shù)據(jù)中新設(shè)計的高效性、高應(yīng)用性、高維護(hù)性等優(yōu)勢相符。市直供電方案很大程度上減少了親配電系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換程序，減少了轉(zhuǎn)換層級，配電效率明顯

7、提高。 2云數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計與應(yīng)用分析 2.1傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)分析 在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心設(shè)計上，對于空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計，主要是控制機(jī)房內(nèi)部的整體溫度和濕度。具體的設(shè)計觀念是先進(jìn)行機(jī)房的冷卻再進(jìn)行IT設(shè)備的冷卻。在機(jī)房空調(diào)設(shè)計的具體過程中，首先要對機(jī)房內(nèi)的建筑符合和IT設(shè)備負(fù)荷進(jìn)行計算，合理選擇溫度指標(biāo)，結(jié)合機(jī)房的具體情況，對實際氣流組織方式進(jìn)行合理匹配，這也是設(shè)計的核心內(nèi)容。對于機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計，一般主要有集成制冷系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、加熱系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。對于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心設(shè)計來說，耗能較高，主要是因為數(shù)據(jù)中心設(shè)計上，冷熱通道沒有很好的區(qū)分，機(jī)架的密封性不好，冷熱

8、混流情況時有發(fā)生，空調(diào)系統(tǒng)的運行效率不高。 2.2云計算數(shù)據(jù)中心的溫度與濕度設(shè)計 對于空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計來說，重點就是要設(shè)計好IT設(shè)備的溫度和濕度，提高區(qū)域化制冷的效率，設(shè)計出科學(xué)合理的制冷方案。隨著云計算的不斷發(fā)展，IT設(shè)備適應(yīng)溫度與濕度的能力越來越強(qiáng)。根據(jù)服務(wù)器設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)溫度，還在進(jìn)行更加優(yōu)化的設(shè)計。高溫服務(wù)器也得到了一定程度的發(fā)展。這對于云數(shù)據(jù)中心設(shè)計中，空調(diào)系統(tǒng)溫度與濕度實際標(biāo)準(zhǔn)的變化也具有一定的影響。通過對云數(shù)據(jù)中心設(shè)計的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，空調(diào)系統(tǒng)溫度和濕度的控制范圍也在發(fā)生變化，服務(wù)器運行的溫度與濕度適應(yīng)能力也在不斷提高，促進(jìn)了云數(shù)據(jù)中心設(shè)計的節(jié)能化發(fā)展。 2

9、.3高溫回風(fēng)節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 在高送風(fēng)回風(fēng)溫度節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用中，主要是根據(jù)出水溫度的不同，了解空調(diào)系統(tǒng)的制冷效果和能耗情況，通常空調(diào)的回風(fēng)溫度提高一度，空調(diào)系統(tǒng)就會節(jié)能3%。因此，在云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計上，冷凍水空調(diào)設(shè)計的溫度已經(jīng)得到了提高，空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性能已經(jīng)非常突出。通過對不同類型的空調(diào)系統(tǒng)的耗能情況進(jìn)行分析比較發(fā)現(xiàn)，其中耗能最高的是機(jī)房級別的風(fēng)冷空調(diào)，其次是冷凍水空調(diào)，而芯片級別的制冷系統(tǒng)耗能最低。因此，在云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計上，要想提高節(jié)能強(qiáng)度，優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)，就要保證散熱傳遞環(huán)節(jié)盡量減少，要與IT設(shè)備的散熱源不斷接近，送風(fēng)和回風(fēng)的路徑要盡量縮短，回風(fēng)溫

10、度要適當(dāng)提高，空調(diào)系統(tǒng)的運行效率才會得到提高。 2.4低能耗加濕系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 在云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計中，低能耗加濕系統(tǒng)的應(yīng)用非常典型。在此系統(tǒng)中，利用純凈水在多孔介質(zhì)和空氣中直接噴灑，形成水霧，在通過送風(fēng)氣流送出，整個加濕過程不需要電能加熱，只有水泵和風(fēng)機(jī)的能耗，電能消耗明顯降低。 2.5自然冷空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用 在云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計上，隨著溫度與濕度控制范圍的增加，經(jīng)過處理的室外低溫新風(fēng)和室外低溫冷水被直接應(yīng)用，已經(jīng)成為一種可能。利用自然冷風(fēng)對機(jī)房的IT設(shè)備進(jìn)行散熱處理，不僅明顯的降低了能耗，也具有一定的環(huán)保性。特別是在自然低溫水資源和自然

11、冷風(fēng)條件較好的區(qū)域，提高自然冷空調(diào)設(shè)計的強(qiáng)度，利用板式換熱器把冷水引入機(jī)房內(nèi)，與機(jī)房氣流進(jìn)行隔離換熱，再利用室內(nèi)冷風(fēng)對IT設(shè)備進(jìn)行冷卻，自然冷風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用，對于提高空調(diào)運行效率，最大化的節(jié)能具有重要意義。 3結(jié)論 綜上所述，隨著云計算規(guī)模的擴(kuò)大，在云數(shù)據(jù)中心設(shè)計上，節(jié)能性越來越受到重視。要根據(jù)實際情況，在具體的設(shè)計中，優(yōu)化設(shè)計方案，降低能耗，提高設(shè)計的應(yīng)用水平，促進(jìn)云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計的更大發(fā)展。 參考文獻(xiàn) [1]韓玉，韓亞明，劉水旺.云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計及應(yīng)用實踐[J].科研信息化技術(shù)與應(yīng)用，2012，06：56~65. [2]彭成磊.云數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能需求的虛擬機(jī)負(fù)載均衡技術(shù)研究[D].南京大學(xué)，2016. [3]鐘景華，朱利偉，曹播.綠色數(shù)據(jù)中心節(jié)能設(shè)計與建設(shè)初探[J].智能建筑與城市信息，2013，10：21~30. [4]王洪亮.云數(shù)據(jù)中心操作系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].山東大學(xué)，2012. [5]楊威，高立同，劉彥宏，趙鑫.綠色節(jié)能與安全的高校數(shù)據(jù)中心建設(shè)[J].中國教育信息化，2013，01：68~70. 4