本站小編為你精心準(zhǔn)備了數(shù)據(jù)中心環(huán)境管理研究參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

數(shù)據(jù)中心的各類基礎(chǔ)設(shè)施為IT設(shè)備的可靠運(yùn)行提供了必不可少的條件，例如提供了滿足IT設(shè)備需求的溫濕度、氣流組織等環(huán)境條件。隨著企業(yè)IT設(shè)備的不斷增加以及云計算、虛擬化的應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心的環(huán)境管理要求變得越來越高，并且比過去具有更強(qiáng)的動態(tài)變化的特性。同時，數(shù)據(jù)中心的數(shù)量和規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，正面臨著日益嚴(yán)重的能源消耗問題。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心環(huán)境監(jiān)控/檢測已越來越難以滿足復(fù)雜、動態(tài)的環(huán)境管理需求。

1數(shù)據(jù)中心的環(huán)境管理與優(yōu)化

數(shù)據(jù)中心環(huán)境管理的目的是為了滿足IT設(shè)備對環(huán)境的要求，從這一目的出發(fā)，通常數(shù)據(jù)中心的環(huán)境管理會重點(diǎn)關(guān)注以下部分：溫度環(huán)境管理：由于IT設(shè)備在工作時會產(chǎn)生大量熱量，為了將電子元器件控制在合理的溫度范圍，必須對數(shù)據(jù)中心的環(huán)境溫度進(jìn)行嚴(yán)格的控制和管理。濕度環(huán)境管理：數(shù)據(jù)中心的濕度環(huán)境直接或間接地影響著機(jī)房的靜電水平、結(jié)露風(fēng)險、腐蝕速率等，這些因素都對IT設(shè)備工作的可靠性和壽命起著至關(guān)重要的作用。氣流組織管理：由IT設(shè)備散發(fā)的大量熱量必須通過適當(dāng)?shù)耐緩綆С鰴C(jī)房。對于目前絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心，IT設(shè)備的發(fā)熱量是通過空氣氣流被帶到機(jī)房精密空調(diào)，再由空調(diào)系統(tǒng)帶出計算機(jī)房，因此機(jī)房內(nèi)的氣流組織管理就變得尤為重要。

1.1數(shù)據(jù)中心的溫度環(huán)境控制在數(shù)據(jù)中心的環(huán)境控制參數(shù)中，IT設(shè)備要求最高也是最嚴(yán)格的就是環(huán)境溫度參數(shù)，因?yàn)榄h(huán)境溫度的高低直接影響著IT設(shè)備工作的可靠性、運(yùn)算性能、能源消耗、使用壽命等。(1)IT設(shè)備的溫度環(huán)境要求目前，國內(nèi)大部分?jǐn)?shù)據(jù)中心使用GB/T2887《計算機(jī)場地通用規(guī)范》做為機(jī)房的環(huán)境控制標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)范要求A級數(shù)據(jù)中心的主機(jī)房在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時溫度：夏天為(24±1)℃，冬天為(20±1)℃。也有數(shù)據(jù)中心借鑒國際上較為通用的TIA-942《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》，將機(jī)房溫度控制在(20~25)℃。而ASHRAE(美國暖通制冷工程師協(xié)會)的《數(shù)據(jù)中心環(huán)境散熱指南》中則建議數(shù)據(jù)中心的環(huán)境溫度控制在(18~27)℃，并明確指出控制溫度的測量位置應(yīng)在IT設(shè)備的入風(fēng)口處。當(dāng)下很多數(shù)據(jù)中心的從業(yè)人員建議在我國數(shù)據(jù)中心國家標(biāo)準(zhǔn)層面對機(jī)房的溫度要求也做類似于ASHRAE的溫度范圍(18~27)℃調(diào)整，但是數(shù)據(jù)中心作為一個綜合性IT服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，其任何一方面變化都需要考慮全局變量的影響。如機(jī)房內(nèi)的溫濕度的升高、對服務(wù)器能耗的影響、環(huán)境溫度的增加會引起服務(wù)器能耗的增加。如果服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度從15℃提高到30℃，則服務(wù)器的能耗預(yù)期增加4%~8%；如果提高到35℃則服務(wù)器的能耗預(yù)期可能會增加7%~20%。服務(wù)器環(huán)境溫度的增加會引起服務(wù)器內(nèi)部某些組件的性能發(fā)生變化，從而導(dǎo)致服務(wù)器性能的變化或設(shè)備故障。通常在設(shè)計上IT設(shè)備允許的最高環(huán)境溫度上限余地很小，不建議服務(wù)器在超過其環(huán)境溫度許可上限的環(huán)境下長時間運(yùn)行，服務(wù)器的環(huán)境溫度直接影響到IT設(shè)備的故障率。當(dāng)提高數(shù)據(jù)中心機(jī)房溫度時，應(yīng)綜合考慮設(shè)備工作的可靠性、能源成本、IT設(shè)備購置成本、故障對IT服務(wù)的影響等多重因素，為數(shù)據(jù)中心確定合理的運(yùn)行環(huán)境參數(shù)。從GB/T2887、TIA-942和ASHRAE的標(biāo)準(zhǔn)都可以明顯看出，數(shù)據(jù)中心的環(huán)境溫度并非僅指機(jī)房內(nèi)個別點(diǎn)的溫度，當(dāng)柜或機(jī)架采用冷熱通道分離方式布置時，主機(jī)房的環(huán)境溫度和露點(diǎn)溫度應(yīng)以冷通道的測量參數(shù)為準(zhǔn)；當(dāng)電子信息設(shè)備未采用冷熱通道分離方式布置時，主機(jī)房的環(huán)境溫度和露點(diǎn)溫度應(yīng)以送風(fēng)區(qū)域的測量參數(shù)為準(zhǔn)。為了更好地對機(jī)房溫度進(jìn)行控制和優(yōu)化，需要全面了解機(jī)房溫度的整體情況和具體分布狀況。如圖1所示顯示了某數(shù)據(jù)中心的3D溫度分布測量結(jié)果，可以從中計算出機(jī)房溫度的分布范圍、平均溫度值、分布標(biāo)準(zhǔn)方差等，從總體上了解機(jī)房溫度情況。通過對3D測量溫度的進(jìn)一步分析，還可以更多發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心具體溫度分布的規(guī)律和特點(diǎn)。如圖2所示，可以通過不同的切平面觀察不同高度、不同位置的溫度分布，也可以根據(jù)測量數(shù)據(jù)畫出溫度等值線后，更方便地找到機(jī)房內(nèi)的冷熱區(qū)域或某些特定的溫度分布位置。(2)溫度環(huán)境的熱點(diǎn)分析除了了解數(shù)據(jù)中心整體溫度數(shù)據(jù)和分布外，更重要的是分析IT設(shè)備入風(fēng)口處的溫度情況。根據(jù)實(shí)際測量的溫度場與機(jī)房中機(jī)柜和IT設(shè)備的位置關(guān)系，通過數(shù)學(xué)和圖像信息的特定算法，可以提取出每臺機(jī)柜在不同高度位置處的空氣進(jìn)出口溫度，即所有IT設(shè)備的空氣入/出口溫度。有了IT設(shè)備的空氣入/出口溫度數(shù)據(jù)，便可以對IT設(shè)備的散熱狀況進(jìn)行詳細(xì)的定量分析，常用的分析方法有入風(fēng)口熱點(diǎn)分析、水平熱點(diǎn)分析、垂直熱點(diǎn)分析、RCI分析、進(jìn)出口溫差分析等。入風(fēng)口熱點(diǎn)分析是將所有IT設(shè)備的入風(fēng)口溫度進(jìn)行統(tǒng)計分析，找出數(shù)據(jù)中心中IT設(shè)備入口溫度偏高的數(shù)量和位置區(qū)域。入風(fēng)口熱點(diǎn)可以分為絕對入口熱點(diǎn)(IHα)和相對入口熱點(diǎn)(IHγ)兩種。絕對入口熱點(diǎn)的定義為：絕對熱點(diǎn)因子反應(yīng)了設(shè)備入口溫度超過規(guī)范建議的程度，相對熱點(diǎn)因子則反映了部分設(shè)備入口相對整體偏高的程度。除了數(shù)值描述外，更重要的是找出這些熱點(diǎn)的位置，以便采取適當(dāng)?shù)母纳拼胧Ｈ鐖D4、圖5分別是該機(jī)房絕對熱點(diǎn)和相對熱點(diǎn)的位置，圖中紅色線條位置為發(fā)生入口熱點(diǎn)所在機(jī)柜的位置。水平熱點(diǎn)因子反應(yīng)了機(jī)房內(nèi)機(jī)柜平均入口溫度分布的離散情況，水平熱點(diǎn)因子越小，說明溫度分布越集中，而落在水平熱點(diǎn)因子區(qū)間之外的位置則分別是機(jī)柜整體入口溫度偏低(冷點(diǎn))和偏高(熱點(diǎn))的位置。機(jī)柜平均入口溫度偏低或偏高，往往是由于提供的制冷量過剩或不足造成的。較合理的水平熱點(diǎn)因子應(yīng)控制在5℃以內(nèi)，否則說明機(jī)房溫度差異較大，不利于環(huán)境控制，也容易造成制冷能耗的浪費(fèi)。垂直熱點(diǎn)分析是對機(jī)柜在不同高度上的入口溫度差異情況進(jìn)行分析，因?yàn)槭窃诓煌叨壬线M(jìn)行比較分析，所以將其稱為垂直熱點(diǎn)分析。垂直熱點(diǎn)分析中用到的垂直熱點(diǎn)因子(VH)定義為。對于很多IT設(shè)備機(jī)柜，隨著高度的增加，入口溫度成上升的趨勢。及時發(fā)現(xiàn)這些垂直熱點(diǎn)機(jī)柜和它的溫度分布差異，可以很好地評估高度方向溫度的不均勻性和產(chǎn)生原因。垂直熱點(diǎn)往往是由于機(jī)柜頂部(或內(nèi)部)熱空氣回流到冷通道造成的。通過適當(dāng)?shù)臍饬鹘M織管理，可以很好地將垂直熱點(diǎn)因子控制在1℃以內(nèi)。

1.2數(shù)據(jù)中心的濕度環(huán)境控制較高的相對濕度容易使數(shù)據(jù)中心內(nèi)的設(shè)備發(fā)生電氣短路、磁帶介質(zhì)出錯和電路腐蝕現(xiàn)象。在極端情況下，相對濕度過高還會使設(shè)備的冷表面出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象，這對設(shè)備的威脅很大。較低的相對濕度將容易產(chǎn)生設(shè)備靜電現(xiàn)象，造成元器件的擊穿、短路等故障，甚至可能損壞設(shè)備，磁帶和存儲介質(zhì)在低相對濕度下也會產(chǎn)生過度磨損，所以數(shù)據(jù)中心環(huán)境濕度應(yīng)控制在合適的濕度范圍內(nèi)。《計算機(jī)場地通用規(guī)范》中推薦A級機(jī)房的濕度控制范圍為40~60%。ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)中推薦的濕度控制范圍并未完全用相對濕度來定義，其濕度控制下限為露點(diǎn)溫度5.5℃，上限為相對濕度60%。參照上文中提出的溫度入口熱點(diǎn)的分析方法，可以同樣使用入口、水平、垂直三個維度的濕度分析。

1.3數(shù)據(jù)中心的氣流組織管理IT設(shè)備散熱是通過機(jī)房內(nèi)的空氣流動將設(shè)備發(fā)熱量傳輸至精密空調(diào)進(jìn)行換熱，再通過精密空調(diào)以不同的形式將熱量輸送至室外，所以氣流組織的管理對數(shù)據(jù)中心的環(huán)境溫濕度控制尤為重要。目前，較多的數(shù)據(jù)中心采用架高地板下送風(fēng)上回風(fēng)設(shè)計，送風(fēng)地板的使用是影響氣流組織管理的關(guān)鍵因素。通過測量可用獲得機(jī)房送風(fēng)地板送風(fēng)流量的統(tǒng)計分布情況和位置分布云圖。從統(tǒng)計情況可看出平均送風(fēng)量、送風(fēng)量范圍等信息，從送風(fēng)量分布云圖可以查找出送風(fēng)量過剩或不足的區(qū)域。冷空氣利用率越高，說明氣流組織管理中的冷空氣浪費(fèi)量越少，理想的冷空氣利用率為100%。偏低的冷空氣利用率往往是由于走線開孔、地板縫隙等處的冷空氣泄露造成的。通常機(jī)房如果對氣流組織進(jìn)行較好的管理，冷空氣利用率可用控制在80%以上。

2數(shù)據(jù)中心的能源管理與優(yōu)化

數(shù)據(jù)中心電能使用效率是行業(yè)內(nèi)通用的衡量數(shù)據(jù)中心電能利用情況的指標(biāo)。對于很多未采取適當(dāng)節(jié)能措施的數(shù)據(jù)中心，約有50%或50%以上的能耗用在了非IT設(shè)備的外圍基礎(chǔ)設(shè)施上，而在這些基礎(chǔ)設(shè)施中，能耗最大的是數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)。制冷系統(tǒng)的能耗主要分為冷量輸送能耗和制冷能耗兩部分。冷量輸送能耗主要消耗在冷媒的輸送設(shè)備上，如精密空調(diào)的風(fēng)機(jī)、水冷系統(tǒng)管路中的水泵等；制冷能耗則是指用于產(chǎn)生所需的冷量而消耗的能源，大多消耗在冷水機(jī)組或膨脹式空調(diào)壓縮機(jī)上。制冷能耗的降低可以通過使用更節(jié)能的制冷技術(shù)，如直接或間接自然冷卻，也可以在現(xiàn)有制冷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上通過設(shè)備設(shè)定參數(shù)的優(yōu)化達(dá)到節(jié)能的目的。本文主要討論實(shí)施較為方便的后一種節(jié)能方法。要在現(xiàn)有的制冷系統(tǒng)上做優(yōu)化，首先要了解目前機(jī)房精密空調(diào)的工作性能和狀態(tài)。最直接描述空調(diào)工作狀態(tài)的參數(shù)是空調(diào)制冷利用率。當(dāng)數(shù)據(jù)中心的空調(diào)制冷利用率較低時，可以適當(dāng)關(guān)閉不必要的空調(diào)，這樣可以大幅度地提高制冷利用率，并節(jié)約響應(yīng)的能耗。節(jié)約的能耗由以下部分組成：關(guān)閉空調(diào)節(jié)約的對應(yīng)風(fēng)機(jī)的功耗；風(fēng)機(jī)關(guān)閉的同時減少了機(jī)房的發(fā)熱量，從而減少了相應(yīng)的制冷能耗；部分空調(diào)關(guān)閉后，更容易使所有空調(diào)的送風(fēng)溫度保持一致，從而改善了制冷系統(tǒng)平均送風(fēng)溫度。在關(guān)閉不必要空調(diào)、提高機(jī)房制冷利用率后，如果通過熱點(diǎn)分析，確定IT設(shè)備的入口溫度仍有一定的余量，制冷系統(tǒng)的送風(fēng)溫度則可以進(jìn)一步提高。有研究表明，制冷系統(tǒng)的送風(fēng)溫度每提高1℃，制冷能耗可節(jié)約5%左右。

3技術(shù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)手段

要實(shí)現(xiàn)以上的技術(shù)分析方法，其基礎(chǔ)是獲得數(shù)據(jù)中心真實(shí)、全面的環(huán)境和能耗參數(shù)，其中包括3D溫濕度分布數(shù)據(jù)、送風(fēng)地板送風(fēng)量、空調(diào)工作狀態(tài)參數(shù)、各設(shè)備/部件的耗電量等。對于能耗數(shù)據(jù)，可以使用供電系統(tǒng)中的電量儀或智能電表，也可以從部分設(shè)備上直接讀取；對于溫濕度、送風(fēng)量等環(huán)控數(shù)據(jù)，可以從環(huán)控系統(tǒng)中部分讀取，也可以采用人工的方法在機(jī)房中收集，但通過上述方式采集的數(shù)據(jù)量往往達(dá)不到模型分析的要求。如圖6所示，移動測量系統(tǒng)能夠很好地解決數(shù)據(jù)中心快速、大量環(huán)境數(shù)據(jù)采集的問題，該系統(tǒng)可以在機(jī)房內(nèi)移動，并將布置在系統(tǒng)各層上傳感器采集到的環(huán)境數(shù)據(jù)與位置信息對應(yīng)起來，從而獲得整個數(shù)據(jù)中心的環(huán)境參數(shù)分布情況。以金融行業(yè)某數(shù)據(jù)中心為例，機(jī)房安裝有99臺機(jī)柜，12臺冷凍水精密空調(diào)。機(jī)房溫度范圍在(9~36)℃之間，IT設(shè)備入口處溫度范圍在(11.1~29.1)℃之間。通過上文介紹的熱點(diǎn)分析，可以發(fā)現(xiàn)該機(jī)房存在入口溫度超出(18~27)℃溫度范圍的入口冷/熱點(diǎn)，并且整個機(jī)房入口溫度跨度較大，在高度方向入口溫度分布也不均勻，最大的垂直高度溫差有7.1℃。通過對風(fēng)量數(shù)據(jù)的分析，計算出該機(jī)房的冷空氣利用率為79.6%，屬于較合理的水平，但仍有進(jìn)一步改善的空間。機(jī)房IT設(shè)備耗電量390kW，空調(diào)系統(tǒng)耗電量253kW，所以該機(jī)房的冷卻效率為390/253=1.54，屬于較低的水平，存在較大的能效改進(jìn)空間。主要原因是由于機(jī)房的制冷冗余過高，導(dǎo)致平均空調(diào)的制冷利用率偏低，只有30%。在對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，根據(jù)分析結(jié)果對該機(jī)房進(jìn)行了節(jié)能優(yōu)化改造。優(yōu)化的措施包括調(diào)整送風(fēng)地板布局、封閉冷通道、安裝機(jī)柜盲板、封堵走線開孔、關(guān)閉不必要空調(diào)、優(yōu)化制冷系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)等。優(yōu)化后，機(jī)房的溫度環(huán)境得到了改善，消除了設(shè)備的入口熱點(diǎn)。由于關(guān)閉了不必要的空調(diào)，并對制冷系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，所以制冷能耗也大幅度減少。在該項(xiàng)目中，關(guān)閉空調(diào)可節(jié)省風(fēng)機(jī)能耗25.5kW，減少相應(yīng)的制冷能耗5.7kW；對空調(diào)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)提高空調(diào)送風(fēng)溫度，可節(jié)省制冷能耗16.5kW。所以優(yōu)化后總共可以節(jié)約制冷系統(tǒng)能耗47.7kW，全年節(jié)電約417852。通過在數(shù)據(jù)中心的運(yùn)維中對本文介紹的分析方法進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，可以有效治理數(shù)據(jù)中心的環(huán)境問題，如局部熱點(diǎn)、氣流組織等問題。針對問題采取有效措施，在確保安全運(yùn)行的同時，可大幅度減少數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行能耗，尤其是制冷系統(tǒng)的能耗。在數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行維護(hù)中，可深入地應(yīng)用數(shù)據(jù)分析模型，克服目前節(jié)能措施針對性與適用性亟待強(qiáng)化的不足，促進(jìn)節(jié)能減排和資源綜合利用從單純的“績效考核、能效要求”向“節(jié)能目標(biāo)可實(shí)現(xiàn)、可測量、可衡量”轉(zhuǎn)變，使節(jié)能措施更具針對性。同時，還應(yīng)形成對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行能效、能耗、健康等方面的年度性檢測，并且加強(qiáng)利用標(biāo)準(zhǔn)化手段推動數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新的機(jī)制。

作者：劉宇 陳文鑫 高書辰 張林鋒 單位：熱領(lǐng)(上海)科技有限公司 國家電網(wǎng)公司信息通信分公司 工業(yè)和信息化部電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化研究院