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电子信息系统机房的高效节能措施
发布时间:2008-8-19
  “节能、减排、降耗,建设节约型社会”已经成为我国的基本国策。各类电子信息系统机房(尤其是数据中心,计算中心和交通枢纽指挥中心等),作为使用单位的耗能大户,其能耗的节约问题已经为越来越多的人所关注。
  电子信息系统机房是电子信息系统的基础运行平台,承担着支撑整个电子信息系统安全、可靠、稳定、连续运行的作用并为管理人员提供方便舒适的管理条件。它是电子信息系统的重要组成部分,通常由土建装修子系统、电气子系统、空调、通风子系统、弱电子系统、消防子系统五本分构成。不同的电子信息系统机房根据用户的业务特点的不同可能会由十到二十多个不同的专业构成,所以电子信息系统机房是一个多系统、多专业、比较复杂的系统工程。
  电子信息系统机房作为电子信息系统的基础运行平台必须要满足电子信息系统的特性要求:
  (1)安全性:安全是第一位的。作为电子信息系统的一部分,电子信息系统基础设施的安全性要求必须与信息系统的总体安全要求相匹配。我国公安部将国内的电子信息系统的安全等级分为五级。电子信息系统基础设施的安全等级应满足不同的电子信息系统的等级要求。
  (2)可靠性:由于电子信息系统的稳定连续运行要求很高,因此对基础运行平台的可靠性要求也很高。近几年来随着业务系统的变化和增长,在要求高可靠性的同时还要求基础平台的可用性要高,即:具有很好、很快的修复特性。
  (3)扩展性:具备好的可扩展性是电子信息机房的基础特性。我们的信息系统是随着业务的数量和规摸扩展的,近年来,随着我国经济的飞速发展,业务的发展与自身的电子信息系统建设越来越紧密。高速发展的电子信息系统要求其基础平台具备很好的在线扩容能力。
  (4)特殊性:不同的用户因其不同的业务情况,不同的组织架构和管理模式,其电子信息系统平台可能同时支撑着多个电子信息系统。这就要求我们的电子信息系统机房具备更强的适应性和针对性。
  上述的一些特性是电子信息系统机房必须具备的一些基础特性,就用户的使用而言,是必须具备的。电子信息系统机房的一些基础指标直接制约着机房的使用效率。这些指标是:承重,空间,电源容量,空调冷量。这些关系呈一种金字塔架构。
  承重指标是使用的基础。很多用户由于初期机房建设时候没有考虑承重的问题造成扩容设备时受到承重的限制。现有机房建设规范给出了参考指标是每平方米的均布荷载不低于500公斤。在协会检测过的用户项目中,金融用户的数据中心已经趋近于这个指标了。我们也可以用承重指标的使用率来评估机房的使用效率。
  空间指标直接决定我们放置设备的条件。在协会检测过的用户中密度最高的达到每3平米左右放置一个设备机柜,有资料显示国外的密集型数据中心设备密度能够达到每2 .6平米放置一个设备机柜。现有的数据中心我们建议采用有人区(操作维护区)和无人区(机房设备区)的设计理念。采用这种理念设计的数据中心可以通过采用带内、带外的管理系统来实现对服务器、存储器,网络等设备的操作。这种设计方式可以充分利用机柜(或机架)内的设备密度从而提升空间利用率。
  电源容量直接关系着设备的可用电负荷。为了使电子信息系统机房具备很好的扩容能力,要求进入机房的总用电容量要做够。为这个电子信息系统供电的UPS系统考虑到扩容的需要在初期设计时容量比较大,通常初期负载率只有10%,造成了很大的浪费。为了提升系统的利用效率应该将UPS系统的负载率提升到60%~80%。
  空调系统是电子信息机房中核心环境保障设备。理论上空调系统提供的显冷量等于环境需要的热负荷即可以保证环境温度。但在协会检测过的案例中有的冷量已经达到需要冷量的一倍还出现局部温点过高的情况。我们可以通过提升空调系统的使用效率来达到节能的目的。
  一个高效率运行的电子信息系统机房该如何降低他的运行成本呢?让我们分析一下机房中的能耗源。机房内部的热源有计算机系统、空调系统、供配电UPS系统、新风系统、照明系统等。外部的热源主要是太阳辐射和传导热。我们要想节能就应该从这些方面入手。
  计算机系统的节能可以通过采用高效CPU的服务器、优化网络结构、提升硬件端口的利用率和计算机系统的处理能力利用效率来实现。
  空调系统是电子信息机房中的耗能大户。首先系统设计应该合理,尽可能采用下送风、上回风的送风方式,尤其是对于单位面积热功耗超过600瓦的机房。其次气流组织设计合理。对于热密度较高的机房服务器设备应采用面对面、背对背形成冷热通道的布放方式。对于机柜内部的气流组织应细化设计对无设备机架架加装阻风盲板和气流分配单元。出线口等孔洞应该密封好或采用专用的密封出线器件。
  在协会检测过的案例中,空调系统经常出现的问题包括空调的室内机和室外机安装的高差不合理,空调室外机安装位置不利于散热等原因造成空调系统的换热效率低下。
  科学使用和维护也是降低空调系统能耗提升空调系统换热效率的重要方面。很多用户的空调系统都设计成为N+1运行系统,但是在使用过程中并没有对空调系统实行群控,而出现能耗的浪费。比如:有个用户的机房在检测时就出现多台空调机处于加湿的状态而其中一台处于除湿的状态。这是我们在使用过程中一定要避免的情况。科学维护空调也是保证系统正常运行的必要保障。用户至少应该定期清理冷凝器和空调滤网等器件来保证空调能够高效率运行。
  我们再来谈谈供配电UPS系统的能耗问题。
  线缆也会造成能耗浪费,这是很多用户忽略的问题。数据中心的配电系统最好不大于三级,如果规模过大应适当增加级数但不宜过多。比如有的用户的供配电系统达到了七级,这即降低了系统的可靠性,又带来了线路损耗的浪费。当配电系统中出现比较大的谐波时,线路的损耗会更大。谐波可能来源于电网也可能产生于UPS系统。谐波除了造成能源的浪费外它更对设备运行和供配电系统的开关和线缆带来影响。对于来源于电网的谐波当其谐波分量大于10%时我们应该采取一定的措施来减小谐波,比如加装滤波器。对于UPS系统产生的谐波,我们首先要选择输入谐波小的UPS设备,对其输出端采用加装隔离变压器的方式来减小谐波对计算机供电系统的影响。UPS设备本身是耗电的,往往为人们所忽视,测试表明不同效率的UPS设备其空载损耗在3%~15%之间。因此我们应该合理的配置UPS的容量,不要剩余容量过多造成不必要的浪费。
  随着电子信息机房热密度的不断增大,其新风系统的热负荷变得很大。这引起了我们有关这部分能耗的关注。在设计新风系统时,设计人员通常按机房精密空调总送风量的5%设计新风系统风量。这是一个经验数据通常机房中的热密度在400瓦每平米以下时使用。当热密度大于600瓦每平米时套用这个公式是不适用的。这势必会造成新风系统设计过大而带来能源的浪费。我的建议是考虑满足机房中正压得需要并采用带温度预处理的新风系统。
  随着对机房能耗的深入研究我们发现还可以采用合理照明的方式。摒弃机房照明全开的传统方式来降低运行的能耗。当然节能型灯系统也会比传统的灯系统有20%的能耗节约。
  以上都是一些减少机房内部能耗的方法。其实有效的隔离外部热源也是十分必要的。我们欣喜的看到大家越来越多的接受了机房的无窗式的保温设计。如:数字北京大厦,作为一个整体的数据中心建筑,其机房区全部采用无窗设计(如图3所示),这对能耗的节约是十分有帮助的。对于那些有窗的数据中心我们建议作封堵和加装防紫外线窗帘来减少外来热源带来的影响。采用数据中心六面作保温的方法对降低外来热负荷非常有效。我们国家气象总局的信息中心在这方面的改造收效明显。
  作为业务平台的数据中心,我们首先要关注的是运行在这个平台下的系统能否安全、可靠的运行,能否满足我们随时可能扩容的需要。在这个前提下我们应该有效的提升机房的使用效率,节约运行能耗。
 
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