[導讀]演講主題:數據中心與節能,演講嘉賓:中國勘察設計協會工程智能設計峰會副秘書長張宜先生。
2013年第十四屆中國國際建筑智能化峰會于12月10日在廣州中國大酒店盛大舉行。作為智能建筑行業第一會,無論是從規模、展商級別、還是討論熱度等都堪比往屆,現場迎來了來自各地的智能建筑行業的設計院人士、系統集成商、渠道商、廠商、終端用戶等專業觀眾超過800余人,共同探討智能建筑最新技術及其應用分析。
在本屆高端峰會上,現場嘉賓與觀眾共同探討了智慧城市、云計算、物聯網、微智能等業界熱點話題。其中涵蓋綜合布線、智能照明、智能家居、安防、建筑節能、系統集成等相關細分領域。其中來自中國勘察設計協會工程智能設計峰會副秘書長張宜于現場探討分析了數據中心與節能。
張宜:數據中心節能,我自己不同的觀點,為什么不叫數據中心機房節能,而是叫數據中心節能呢?因為數據中心的節能我認為不僅僅是一個機房建設的問題,他更多的是和我們工藝相結合。什么叫工藝呢?就是說網絡的設計,數據中心節能不但和機電的設備有關而且和網絡建設是密切相關。講到數據中心的節能,大家會講到一個指標POE,按照POE這個概念來說,它是一個機房的總的功率除以設備用電的功率,再除以POE值。POE值從我們國家的標準來說分成幾檔,有鉑金、金、銀、銅。我們國家來看POE值是3.3左右,從這個指標來看我們連銅牌的指標都達不到,所以這樣的數據中心根本就談不上節能。目前來,公信部要求現在的數據中心節能指標POE值要小于1.5。那么怎么實現呢?
中國勘察設計協會工程智能設計峰會副秘書長張宜
在做數據中心的時候,行業人士經常會依賴于自己的基礎數據。首先考慮到機柜的耗電量,大概是三到五千瓦,對小型機的機柜來說會不到20千瓦,就是對于整個機柜的功耗是在5千瓦到20千瓦的范圍內做一些預計,按照機房的面積以及這個機房能夠安裝的機柜數量確定我們的能耗。
第四是和POE值比較接近的,就是對機房的環境溫度的了解,因為環境溫度要求越高,對空調的能耗也就越大,所以這幾個指標是做數據中心中考慮節能的時候會用到的。但是我個人認為僅僅用這些來考慮數據中心的節能是遠遠不夠的。因為這只是從一個組建的角度考慮,而沒有從網絡、從工藝的角度考慮。因此,我認為節能的關鍵應該在下面幾個方面。
首先從建筑的設計來說,本身需要具有節能的要求,建筑的設計要滿足網絡和網絡設備對環境的要求。我講的建筑的節能設計,是指我們設備對建筑的要求。比如裝修的材料、機房高度、要不要設窗,這些實際上都是由我們工藝提出的,然后由土建按照我們工藝的要求實施。
要降低網絡設備的功耗,首先要提高設備的利用率,大家也知道現在數據中心裝很多設備,實際上這些設備的利用率如何呢?非常低。一些數據顯示目前大部分數據中心的設備利用率只是30%左右,大量的設備是空置而沒有運行起來,這也是一種資源的浪費。對環境指標的要求比原來放寬,原來的指標是在環境溫度18-27度,允許環境溫度是15-32度。電子的芯片可以承受的溫度越來越高,從相關的芯片質量知道可以達到40多度,因為環境的溫度確定直接關系到數據中心的節能效果。這個指標在國家的數據中心建設規范中會對原來指標做一些修訂,放寬了要求。
當然,在整個機房的布局中,要符合空調的要求,像大家提到的背靠背、面對面的熱通道的組織,那么機柜的擺放和機房布局要做到更合理,而且這種布局要從節能的效果考慮,對于空調的方式,目前大家都在推風冷的空調方式。當然風的冷卻方式要根據地區而言。
另外,數據中心關于供電系統的等級規定了四個方面,配電系統的等級和備份的數量直接取決于數據中心機房的等級,因此我們把我們數據中心的等級定在什么位置、定在什么尺度也是十分關鍵。什么樣的數據中心叫A級、什么樣的數據中心叫C級也是大家要考慮的,不能把所有的數據中心房都看成是數據中心,如果那樣的話,將來的投資會盲目的擴大,尤其是電源的備份上。關于供電系統的安全性設計也直接關系到節能指標,當然我們數據中心建成以后,除了在建設區有一個合理的設計以外,還要考慮到數據中心整個運行過程如何來提倡一種實時的指標采集,和對指標的控制,以及對設備的管理,這些都是和節能有關的。我們可以看到,在設計中這一點大家都忽略了對數據中心位置的選擇,這些內容我都是從通信設施、機房理念摘下來的,但是我認為這個選擇原則對我們數據中心的建設同樣是可以適用的,但是目前這方面大家可能考慮的比較少,因為前一陣子大家把數據中心都建設在比較寒冷的地方,像中國電信在內蒙古建了一個數據中心,然后金融機構都在那建了很多的數據中心,而且規模是很大的,為什么呢?他們提出在這些地方建數據中心溫度比較低,可以采用資源風冷卻的方式降低空調的效率。第二就是那的電費比較便宜,可以節省能源的消耗支出,他們是否考慮了其他問題呢?我想不一定,一個數據中心的建立,和這個城市的整體規劃,涉及交通、消防、投資都是有關的,如果建在西北地區,不知道地表下面有沒有其他的礦產資源,是不是會影響到將來數據中心的長期使用?另外還要考慮到水災的問題,北方是缺水的地方不一定產生水澇,但是南方可能會產生這樣的問題。
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另外還有一個比較重要的問題,就是人力資源,現在很多大銀行、運營商在這些西北地區建數據中心找不到人才。很多人不愿意到那工作環境太惡劣的地方工作,另外生活環境不如在中心城市好,產生很多人力資源方面的問題。所以我們說數據中心的選址不僅僅要從你的能耗上考慮,還要從其他各方面去考慮,所有綜合的因素都要做一些比較。
第二是目前數據中心建設中缺失的部分,因為數據中心實際上是為人們服務的。那么,人們對數據中新信息量的需求有多大呢?首先要考慮數據中心服務的用戶和對象,數據中心是自用的還是托管,是給相關的政府信息服務,還是給淘寶這些電子商務服務?首先要把用戶的服務對象、性質弄清楚。第三是在考慮服務對象的時候,還要考慮到業務的需求,就是給這些用戶提供哪些信息服務,是數據的還是圖象的,是哪方面的服務。另外這些服務會給你運營企業帶來怎樣的經濟效益,這是首先要了解用戶的性質。
另外,還要考慮到用戶對信息帶寬的需求,因為對家庭來說現在已經光纖到戶,每戶享受的帶寬是20-40兆,將來達到100兆。數據中心的信息沒有人用,沒有人下載那么它是死的,信息放在數據中心也沒有意義,所以我們要測算一下用戶對帶寬的需求。我們有哪些用戶他對這個信息量的需求是多大,要跟國家的政策對應。
當然用戶對帶寬需求以后,還要了解用戶需要得到哪些服務,業務的方面,包含基本的業務和增值的業務,對提供的業務做出一些預測和分析,然后再算出來數據中心用戶接入的這部分總的帶寬是多少,總的帶寬多少就相當于在組網的時候考慮和外部網絡之間的信息互通情況,然后根據這些基礎的數據來確定網絡的構架。數據中心現在基本上由三大塊組成:存儲、路由、服務器。所以要根據業務的需求,來組成我們合理的網絡。網絡的構架直接關系到設備的配置和選擇?,F在大家可能在考慮設備的功耗的時候都會放大余量,會加10%或者20%的余量,我認為不需要加,而且會減。因為網絡設備隨著時間的推移,芯片的能耗越來越低,不會越來越高。所以把供電的負荷按照將來設備的增加考慮很大的富余量的話,這部分的資源又是浪費的。當然還要考慮整個系統的供電方式,目前兩種方式,一種是交流供電,一種直流供電,要對直流供電和交流供電的方案優化的對比決定供電采用的方式。
下面是幾個具體的和數據中心機房節能相關的內容,第一個是機房的平面布置,平面的布置首先要對功能區有一個劃分,功能區的合理劃分和布局,直接關系到能耗的問題,把發熱量大的設備做一些平均、分散的布放,這樣有助于散熱。另外目前經常提到采取模塊化的數據中心設計,采用高密度的設計,這種模塊化設計和高密度設計,就是把本身一個機柜的安裝設施提高到最大化,以每一個機柜為一個獨立的小的節能單元,從每個機柜考慮節能。在考慮機柜的擺放方式要符合氣流組織、考慮冷通道的設置。機柜的擺放方式線纜的鋪設方面是有關的,就是電線、數據線、相關其他的弱電線鋪設在什么位置,氣流組織也會有一定的影響。第二個方面,對機柜的選用,目前很多做機柜的廠家介紹智能化的機柜。所謂智能化的機柜,就是盡量把機柜作為一個密閉的整體,把沒有安裝設備的空間密封起來,這樣的好處是可以使得空調產生更大的效益,就是說它的冷源可以帶走機柜更多的熱量。
另外采用這種密閉的機柜以后,可以減少大概40%左右的無效冷源浪費,可以提高每一個機柜內的空調效應。我們知道其中有一個指標是進風的溫度和出風的溫度的差值,這個差值越小,就是大概每減少一度空調效率能夠增加10%左右,就是說要把進風的溫度通過機柜以后,放出的熱量差值最小,說明這個設計是最優化。也就是說要提高空調設備送風的效果,這個是從機柜上面考慮。當然現在智能化的機柜會加很多傳感器,對機柜的耗電量、溫濕度可以隨時的采集、控制。
第三方面是對柴油機的節能方面主要考慮指標,就是柴油機加載以后的啟動時間,就是說希望柴油機在十秒鐘以內可以啟動,而且在十秒鐘以內加載以后可以把所有的負載加上去。柴油機加載的時間越短,UPS的功率越低,因為UPS是維持啟動時間需要的供電,如果柴油機加載的時間越短,那么規??梢宰龅暮苄?,按照國家關于柴油機的等級標準, GB2020標準分成四級,其中對平均的負載功能,對數據中心的建設希望達到COP/PRP的等級。對UPS的選擇希望選擇影響最小的設備,而且UPS不需要電池組,盡量降低UPS產生的功耗。提高柴油機的效率,可以減少機房的空間,另外要對這些電源的節能,因為這是一體化的,對柴油機這些系統都需要一體化的設計。對空調來說盡量考慮提高工作環境的溫度,我剛才說每提高數據中心工作環境溫度一度,會使機房空調的效率提高3%-10%,這也是很大的一個方面。
另外,可以采用自然風的冷卻方式,目前大家都在朝這個方向發展,采用自然冷風的方式以后,PUE值可達到1.2以下,而且我們目前的調查來說,全年不高于18%的城市可以達到23%-77%可以做到的,所以自然風是目前采用的一種新的理念。
上面講的是機電設備,對網絡設備來說,大家可能會看到一些消息,很多用戶會制訂網絡設備,制訂這些芯片使用,而且對過期的這些網絡設備再利用。把網絡設備不斷的升級,另外把選用的這些網絡設備盡量考慮它的模塊化結構,然后來同步更新存儲網絡的基礎設施,這樣不斷的更新網絡設備,對能耗的下降起到積極的作用。
對布線來說,也是作為數據中心的一個基礎設施,同樣有節能的考慮,比如采用上走線的方式和路由,而且適應通道的布局,也可以考慮敞開的布線方式,還要考慮網絡架構和外部網絡之間的互通情況。另外,可以采用一些高端產品,滿足40G、100G網絡的應用,這里面大家當然在選擇布線的時候還要考慮兩個問題,就是網線和銅纜布線系統如何選用的問題,另外還有屏蔽布線和非屏蔽布線的問題,我認為跟網絡的應用是密切相關的,我就簡單的說這么幾點供大家參考,謝謝大家!
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