數(shù)據(jù)中心節(jié)能現(xiàn)狀分析隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的爆炸式增長(zhǎng)及IT技術(shù)的迅速開(kāi)展，作為信息的重要載體，數(shù)據(jù)中心迎來(lái)一波新的建設(shè)浪潮在電子信息及制造技術(shù)的飛速提升的推動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的設(shè)備密集度大大提高。然而由于能效監(jiān)控管理的不完善，設(shè)備的不夠智能化及缺乏聯(lián)動(dòng)協(xié)同等原因，數(shù)據(jù)中心的能耗問(wèn)題也變得越來(lái)越無(wú)法無(wú)視：現(xiàn)有的數(shù)據(jù)中心整體耗電巨大，發(fā)熱量集中，機(jī)房局部過(guò)熱現(xiàn)象增多，機(jī)房?jī)?nèi)單位面積空調(diào)冷負(fù)荷急劇增加，由此引來(lái)的主設(shè)備運(yùn)行故障和能耗逐年上升，甚至成為了制約行業(yè)開(kāi)展的一大瓶頸。為了有效開(kāi)展數(shù)據(jù)中心節(jié)能工作，首先來(lái)了解一下數(shù)據(jù)中心能源利用的現(xiàn)狀。隨著云計(jì)算的開(kāi)展，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)呈現(xiàn)向大型化開(kāi)展的趨勢(shì)。超過(guò)100個(gè)機(jī)架的數(shù)據(jù)中心比例逐年上升，2016年預(yù)計(jì)到達(dá)61%.而大型數(shù)據(jù)中心的電力消耗是相當(dāng)驚人，比方對(duì)一個(gè)建設(shè)規(guī)模為2000個(gè)機(jī)架的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)，按照每個(gè)機(jī)架功率平均3kW計(jì)算，2000個(gè)機(jī)架最終負(fù)荷為3kW*2000=6000kW，每個(gè)小時(shí)耗電6000度，全年電力耗能為：6000kW*24小時(shí)/天*365天=52560000kWh，按照1元/KWh計(jì)算，全年的電費(fèi)5256萬(wàn)元，加上數(shù)據(jù)中心的空調(diào)、新風(fēng)、照明、其他電力能耗，對(duì)一個(gè)PUE為2的數(shù)據(jù)中心而言，電費(fèi)為1.05億元。另根據(jù)美國(guó)斯坦福大學(xué)JonathanKoomey教授的一項(xiàng)調(diào)查顯示，2010年全球數(shù)據(jù)中心電力消耗為2355億度，約占全球電力消耗的1.3%.而在美國(guó)，這一比例更高，美國(guó)環(huán)境保護(hù)署的報(bào)告顯示，2011年數(shù)據(jù)中心能源消耗占到了美國(guó)電網(wǎng)總量的2%，并且還將呈現(xiàn)每五年翻一番態(tài)勢(shì)。中國(guó)的數(shù)據(jù)中心能耗也高速增長(zhǎng)，顯著高于世界的平均水平，據(jù)ICTresearch統(tǒng)計(jì)，2012我國(guó)數(shù)據(jù)中心能耗高達(dá)664.5億度，占當(dāng)年全國(guó)工業(yè)用電量的1.8%.根據(jù)預(yù)測(cè)，到2015年我國(guó)數(shù)據(jù)中心能耗預(yù)計(jì)高達(dá)1000億度，相當(dāng)于整個(gè)三峽水電站一年的發(fā)電量。另一方面，數(shù)據(jù)中心能源效率普遍低下，能源浪費(fèi)巨大，據(jù)工信部統(tǒng)計(jì)，目前，中國(guó)的數(shù)據(jù)中心的平均PUE值在2.2～3.0之間，而實(shí)際能耗可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這一數(shù)字。對(duì)企業(yè)而言，數(shù)據(jù)中心電費(fèi)已成為很大一筆開(kāi)支，大幅侵蝕企業(yè)的經(jīng)營(yíng)利潤(rùn)。如中國(guó)聯(lián)通2012年?duì)I業(yè)收入407億美元，利潤(rùn)僅為12億美元，但其電費(fèi)開(kāi)支卻高達(dá)17億美元。數(shù)據(jù)中心巨大的能源消耗是促使人們研究其能源利用效率的主要推動(dòng)力，而挖苦的是對(duì)于全球數(shù)據(jù)中心的實(shí)際能源消耗量，至今還沒(méi)有任何有信服力的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。造成這種現(xiàn)象的原因很多：一方面，數(shù)據(jù)中心開(kāi)展仍在上升期，數(shù)量及設(shè)備性能均存在著不穩(wěn)定性，這在客觀上為統(tǒng)計(jì)工作帶來(lái)了困難；另一方面大局部數(shù)據(jù)中心運(yùn)行管理人員將數(shù)據(jù)中心運(yùn)行數(shù)據(jù)視為一種私有資源，不愿意公開(kāi)，主觀上為統(tǒng)計(jì)工作設(shè)置了障礙。數(shù)據(jù)中心能耗的研究從研究角度的不同可以分為兩類，一類是從宏觀上研究，力求獲得數(shù)據(jù)中心總體的耗能情況。主要是采用一種間接估算的方法來(lái)研究全球效勞器的能耗總量。它主要依據(jù)全球效勞器消費(fèi)及運(yùn)行信息。將效勞器按其價(jià)格分為三類，通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查分析出各類效勞器的歷史安裝數(shù)、制造廠家出貨數(shù)及報(bào)廢的臺(tái)數(shù)。在每類效勞器中選取一個(gè)最具代表性的典型效勞器來(lái)測(cè)量其能耗數(shù)據(jù)，再將測(cè)得的各典型效勞器全年能耗乘以每一類效勞器的實(shí)際運(yùn)行臺(tái)數(shù)那么可以得到全球效勞器總能耗估計(jì)值。這類研究可以在未來(lái)的開(kāi)展方向?yàn)檫M(jìn)一步提高估算的準(zhǔn)確性及考慮數(shù)據(jù)中心其它局部能耗〔其他IT設(shè)備及制冷等輔助設(shè)備的能耗〕的統(tǒng)計(jì)，并從單純統(tǒng)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)未來(lái)能耗的預(yù)測(cè)。另一類是以特定的數(shù)據(jù)中心作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)個(gè)體的研究以期反映出總體的特點(diǎn)，這一類研究的進(jìn)一步開(kāi)展一方面依賴于測(cè)量?jī)x器的開(kāi)展〔這一點(diǎn)對(duì)于電源供給不獨(dú)立的數(shù)據(jù)中心來(lái)說(shuō)尤為重要〕，另一方面也依賴于所研究的數(shù)據(jù)中心數(shù)量的增加和每個(gè)數(shù)據(jù)中心歷年數(shù)據(jù)的累積，將數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)庫(kù)的形式建立起來(lái)以供業(yè)內(nèi)人士的進(jìn)一步研究。由于現(xiàn)在仍沒(méi)有所謂的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)中心的概念，數(shù)據(jù)中心配置變化很大，這使得以往用來(lái)評(píng)價(jià)建筑能耗效率的單位面積能耗量這個(gè)參數(shù)失去了應(yīng)有的評(píng)判意義，因此需要一個(gè)新的指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心的能耗效率。數(shù)據(jù)中心的能效的研究數(shù)據(jù)中心按其功能可劃分成如下幾個(gè)模塊：IT設(shè)備、電源系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)。這幾個(gè)模塊實(shí)質(zhì)分屬于不同的專業(yè)，而互相之間相互影響，這也一個(gè)側(cè)面顯示了數(shù)據(jù)中心能耗的多學(xué)科復(fù)雜性。IT設(shè)備能耗是數(shù)據(jù)中心能耗的重要組成局部，由于IT設(shè)備能耗與其他局部能耗的關(guān)系〔如果IT設(shè)備能耗減少1W，由此帶來(lái)的其他輔助局部的能耗也會(huì)相應(yīng)的減少1.8W-2.5W〕，提高IT設(shè)備能效對(duì)于數(shù)據(jù)中心節(jié)能來(lái)說(shuō)有著非常重大的意義。目前數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備運(yùn)行中存在的主要問(wèn)題是低負(fù)荷率導(dǎo)致的低能效，數(shù)據(jù)中心所處理的數(shù)據(jù)量往往浮動(dòng)較大，很多時(shí)間設(shè)備都處在較低的工作負(fù)荷下，能源利用下降帶來(lái)的能源浪費(fèi)非?？捎^。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)包括：外電引入、變壓器、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、交流不間斷電源系統(tǒng)、直流不間斷電源系統(tǒng)、照明系統(tǒng)及輸配電線路等。由于數(shù)據(jù)中心功率密度的提高，所消耗的電功率增加，在電力各環(huán)節(jié)能量損耗亦隨之增大，因此，電源系統(tǒng)各環(huán)節(jié)均需采取節(jié)能措施。一、數(shù)據(jù)中心外電、變壓器、發(fā)電機(jī)及電動(dòng)機(jī)等環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀見(jiàn)下表：二、數(shù)據(jù)中心照明及輸配電線路環(huán)節(jié)的現(xiàn)狀見(jiàn)下表：三、交、直流不間斷電源系統(tǒng)節(jié)能現(xiàn)狀：1.傳統(tǒng)交流不間斷電源〔塔式UPS〕系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀當(dāng)前，數(shù)據(jù)中心主設(shè)備一般要求交流電源輸入，多采用傳統(tǒng)的交流UPS系統(tǒng)供電模式，即：UPS系統(tǒng)將交流市電整流逆變后，為數(shù)據(jù)主設(shè)備提供220/380V的交流不間斷電源。其應(yīng)用現(xiàn)狀總結(jié)如下：〔1〕傳統(tǒng)UPS系統(tǒng)多采用N+1配置，等級(jí)較高的數(shù)據(jù)中心機(jī)房采用2〔N+1〕配置?！?〕局部在網(wǎng)的早期UPS主機(jī)采用6脈沖整流，近年來(lái)根本都采用12脈沖整流。〔3〕為了限制UPS系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波，局部UPS系統(tǒng)配置了有源濾波器?！?〕蓄電池后備時(shí)間大多按單機(jī)滿載30分鐘配置，有的數(shù)據(jù)中心配置到達(dá)了單機(jī)滿載1小時(shí)。2.傳統(tǒng)交流不間斷電源系統(tǒng)存在的問(wèn)題隨著數(shù)據(jù)中心高能耗問(wèn)題的凸顯以及對(duì)設(shè)備運(yùn)行可靠性要求的不斷提高，傳統(tǒng)交流UPS供電模式存在以下一些缺乏：〔1〕采用了冗余并機(jī)技術(shù)，無(wú)論是N+1還是2〔N+1〕系統(tǒng)，在正常運(yùn)行時(shí)，UPS主機(jī)的負(fù)載率均較低，再考慮到系統(tǒng)配置容量較實(shí)際偏大，使得系統(tǒng)的負(fù)載率更低，未在最正確效率點(diǎn)附近運(yùn)行，系統(tǒng)損耗較大。經(jīng)調(diào)查，很多大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房的UPS系統(tǒng)單機(jī)負(fù)載率一般在10%至30%之間，大多數(shù)只有20%左右，在開(kāi)展過(guò)程中的數(shù)據(jù)中心機(jī)房UPS單機(jī)負(fù)載率甚至更低，單機(jī)負(fù)載率10%不到的也占很大局部?！?〕目前仍有采用6脈沖整流的UPS在網(wǎng)運(yùn)行，且沒(méi)有采取相應(yīng)的諧波處理措施，導(dǎo)致系統(tǒng)額外附加功率損耗大。局部UPS系統(tǒng)雖然配置了諧波過(guò)濾器用于諧波治理，但治理后實(shí)際運(yùn)行情況沒(méi)有進(jìn)行相應(yīng)跟蹤，治理效果無(wú)法保證。〔3〕交流UPS系統(tǒng)的后備蓄電池需經(jīng)過(guò)UPS逆變后才能供給負(fù)載，一旦UPS本身出故障，仍會(huì)造成負(fù)載停電。目前被大局部數(shù)據(jù)中心所采用的制冷系統(tǒng)如下列圖所示：由于現(xiàn)有制冷系統(tǒng)的設(shè)定參數(shù)不夠完善、空調(diào)系統(tǒng)的氣流組織不夠合理、自然冷源的利用不夠充分及制冷系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的落后，導(dǎo)致制冷系統(tǒng)的能耗成為了數(shù)據(jù)中心能耗中最重要的一局部。中國(guó)數(shù)據(jù)中心節(jié)能政策分析

國(guó)務(wù)院于2009年通過(guò)電子信息產(chǎn)業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃，明確指出加大第三代移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)新跨越、計(jì)算機(jī)提升和下一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、軟件及信息效勞培育等領(lǐng)域的投資。北京、上海和廣東等地區(qū)在信息根底建設(shè)、推動(dòng)企業(yè)信息化建設(shè)等方面都加大力度，為數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)快速開(kāi)展提供了良好的宏觀環(huán)境。隨著云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等的興起，數(shù)據(jù)中心開(kāi)展迅猛。

2011年出臺(tái)的“十二五”規(guī)劃對(duì)全面提高信息化水平提出了明確要求，強(qiáng)調(diào)推動(dòng)信息化和工業(yè)化深度融合，加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域信息化，并明確指出“培育和開(kāi)展戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)”，大力開(kāi)展“新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)”。數(shù)據(jù)中心作為行業(yè)信息化的重要載體，提供信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和信息系統(tǒng)運(yùn)行平臺(tái)支撐，是推進(jìn)新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)展的關(guān)鍵資源，信息化產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展將極大地促進(jìn)數(shù)據(jù)中心的市場(chǎng)需求。此外，信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)網(wǎng)絡(luò)化、平臺(tái)化、效勞化的趨勢(shì)愈加明顯，對(duì)大規(guī)模、高性能的數(shù)據(jù)中心需求愈加迫切，也推動(dòng)了數(shù)據(jù)中心建設(shè)與效勞需求的大幅增加。數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新與節(jié)能工作刻不容緩，《工業(yè)節(jié)能"十二五"規(guī)劃》中明確指出，到2015年，數(shù)據(jù)中心PUE值需下降8%。數(shù)據(jù)中心技術(shù)創(chuàng)新及運(yùn)維水平的整體提高將為整個(gè)社會(huì)的開(kāi)展帶來(lái)重要意義。

2013年初，《工業(yè)和信息化部、開(kāi)展改革委、國(guó)土資源部、電監(jiān)會(huì)、能源局：關(guān)于數(shù)據(jù)中心建設(shè)布局的指導(dǎo)意見(jiàn)》〔工信部聯(lián)通〔2013〕13號(hào)〕，促進(jìn)數(shù)據(jù)中心選址統(tǒng)籌考慮資源和環(huán)境因素，積極穩(wěn)妥引入虛擬化、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等云計(jì)算新技術(shù)，推進(jìn)資源集約利用，提升節(jié)能減排水平；出臺(tái)適應(yīng)新一代綠色數(shù)據(jù)中心要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化機(jī)房的冷熱氣流布局，采用精確送風(fēng)、熱源快速冷卻等措施，從機(jī)房建設(shè)、主設(shè)備選型等方面降低運(yùn)營(yíng)本錢(qián)，確保新建大型數(shù)據(jù)中心的PUE值到達(dá)1.5以下，力爭(zhēng)改造后數(shù)據(jù)中心的PUE值下降到2以下。

2013年5月發(fā)布的通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中含有IDC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)共4項(xiàng)，包括：YD/T2542-2013《電信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心〔IDC〕總體技術(shù)要求》、YD/T2543-2013《電信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心〔IDC〕的能耗測(cè)評(píng)方法》、YD/T2441-2013《互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心技術(shù)及分級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)》、YD/T2442-2013《互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心資源占用、能效及排放技術(shù)要求和評(píng)測(cè)方法》。YD/T2542-2013規(guī)定了因特網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的系統(tǒng)組成，以及效勞、資源、網(wǎng)絡(luò)、機(jī)房設(shè)施、管理和平安等六個(gè)子系統(tǒng)的功能要求，并對(duì)因特網(wǎng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)與信息平安、編址、效勞質(zhì)量和綠色節(jié)能等方面提出了要求。適用于因特網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維和評(píng)估。YD/T2543-2013分析了因特網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的能耗結(jié)構(gòu)，定義了數(shù)據(jù)中心的能效指標(biāo)，提出數(shù)據(jù)中心能耗測(cè)量方法和能效數(shù)據(jù)發(fā)布要求。該技術(shù)報(bào)告主要關(guān)注數(shù)據(jù)中心的直接消耗的電能，不包括油、水等其它能源或資源的消耗，適用于數(shù)據(jù)中心能耗的測(cè)量及能效的計(jì)算，用于了解數(shù)據(jù)中心能源效率狀況，比擬不同數(shù)據(jù)中