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新型数据中心的节能减排技术研究 　　摘 要：随着数据中心规模的迅速增大，服务器设备和制冷设备等消耗的电能急剧攀升，造成数据中心的运营成本增加。针对目前普遍存在的数据中心高能耗问题，该文分别从服务器设备节能、空调设备节能、电源设备节能和模块化数据中心建设等方面进行了研究，并提出了基于服务器散热系统定制化的空调节能技术和绿色休眠在线UPS技术方案。实测结果表明，服务器、空调系统和电源系统节能技术方案均能达到良好的节能效果。 　　关键词：数据中心 节能减排 热管散热 ECO模式 模块化数据中心 　　中图分类号：TN915 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）12（b）-0125-02 　　互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）是一种拥有完善的设备（包括高速IP接入、超强的网络安全、安全可靠的机房环境等）、专业化的管理和应用级服务的互联网数据平台。与传统电信机房相比，其主要特点是服务器、存储和网络设备众多且集中，需要大量的集中供电。数据显示，2009年我国通信行业年电耗量已达290亿kWh 以上，而空调耗电则达100亿kWh以上，通信行业成为未来节能减排的重要行业。 　　数据中心能耗主要集中在服务器设备、制冷设备方面，空调用电占机房总用电量的30～50%。数据中心的高能耗不仅带来运营成本的急剧攀升，而且产生沉重的碳排量负担[1-2]。如何利用各种管理、技术措施降低数据中心的能耗，已经成为当务之急。 　　该文针对目前普遍存在的数据中心高密度机房能耗过高问题，结合数据中心节能减排技术，分别从服务器设备节能、空调设备节能、电源设备节能等方面进行研究[3]，以达到机房建设绿色环保、节能减排的目的，同时提高运营商的IT运维水平，以支撑网络业务的快速增长。 　　1 服务器节能技术 　　目前，服务器节能技术方案包括服务器芯片及配件节能、基础架构级节能和系统级节能。服务器芯片级节能技术主要包括CPU功耗控制、CPU频率调整、芯片级冷却技术和专用低功耗部件等。基础架构级节能主要包括存储制冷、高效率电源、水冷及液态金属制冷机柜和智能温控风扇等。在系统级节能的技术中，可以基于负载情况动态调整系统状态、实施部分节点或者部件的休眠，根据各进程能耗的不同对CPU任务队列进行调整，根据能耗进行进程及作业级迁移等。 　　Performance Level和PowerCap（功耗封顶）是服务器节能方案经常采用的节能技术，其中Performance Level通过设置系统的性能级别，控制CPU的工作状态，从而实现服务器节能，该技术无需布置BMC网，实施相对简单，技术适用性极高，能够有效对所有x86服务器进行节电。PowerCap是服务器BMC（Baseboard Management Controller，基板管理控制器）卡提供的一个功能，通过设置该服务器最高的能耗值来限定整机的功耗，该技术可控制度高且灵活，控制程度更精细，数据精准度达到100%。在实际应用中，服务器节电采用何种控制方式，取决于服务器本身条件。 　　通过在不同操作系统下针对不同厂家、不同类型的服务器进行实际节能测试，采用Performance Level节能技术，服务器平均可节约功耗87W/h，平均节电比例为16.17%。采用PowerCap节能技术，服务器平均可节约功耗64W/h；平均可节电比例14%。 　　2 空调系统节能技术 　　传统的机房空调节能主要包括采用变频技术、提高冷水机组运行效率、采用节能环保型制冷剂、充分利用自然冷源（室外新风）等方式[6]。如前所述，服务器是空调或新风系统最终服务的对象，其发热量降低能够减少空调及新风的能耗需求。基于此，该文提出一种基于服务器散热系统定制化的空调节能技术[7]，通过有效减少服务器散发到数据中心的发热量，达到提升数据中心环境温度和空调系统节能减排的目的。 　　（1）热管水冷散热系统。 　　该方案将热管技术应用在服务器散热系统，充分利用热管的高效导热性能，将服务器内部器件产生的热量传递到冷水板，在冷水板中与流动的冷水进行换热，最后由冷水板中的冷水将热量排出数据中心。本方案可以有效消除服务器的热岛效应，降低数据中心空调系统的制冷压力。同时，通过与冷却塔免费供冷、室外新风量冷却等技术有机结合，能够充分利用室外自然冷源，从而到达到空调系统节能的目的。 　　热管水冷散热系统应用方案如图1所示，整套系统包括热管固定板、热管、水冷板和管道等。其中，水冷板装配在服务器机架外，这样既可以利用冷却水高效的冷却性能，又可以使冷却水不进入服务器机架，保证服务器运行的安全性。 　　经过实际测试，当数据环境温度为25℃、水冷板进水温度为25℃、水冷板进水流量为0.5L/min时，与采用风扇散热的