数据中心电源及空调节能方案研究(上)


一、概述

随着社会电子信息化程度的提高,企业的业务和管理朝着电子化和网络化的方向快速发展,在这种背景下,通信运营商的IDC业务得到了迅速的发展。随着电子信息及制造技术的飞速提升,数据中心机房的设备密集度大大提高,耗电巨大,发热量更加集中,机房局部过热现象增多,机房内单位面积空调冷负荷急剧增加,由此引来的主设备运行故障和能耗逐年上升,甚至成为了制约通信业务发展的一大瓶颈。同时,具有重要战略地位及发展潜力数据中心作为通信行业高能耗的代表也成为了大家关注的焦点,国内外各大运营商及相关研究机构都陆续开展了一系列数据中心节能试点改造,取得了良好效果。

本文主要从电源(包括电力输配系统、交直流不间断电源等)和空调(包括制冷机房、空调末端系统等)两大方面对数据中心能耗现状及问题进行梳理,结合某运营商数据中心建设及改造案例,对数据中心机房提出系统的节能方案建议。

二、数据中心能耗现状

国内某运营商的调研数据显示:数据中心能耗呈逐年上升趋势,2009年比2008年增长了约20%左右,到2010年底,数据中心占该运营商全国网络运营总能耗的比例达到了13%(见图1),特别是在一些IDC业务发展较好的大城市,该比例远远超出了全国平均水平,比如:上海市2010年数据中心能耗占比超过了25%,北京市则达到了50%以上。

图2-1 某运营商2010年网络运营能耗结构

从机楼的角度来看,数据中心能耗主要由三个部分构成:数据通信设备、空调(制冷机房、空调末端系统)及电源(电力输配系统、交直流不间断电源),其能耗占比情况见图2.

图2-2 数据中心能耗构成(数据来源:劳伦斯伯克利国家实验室)

上述数据显示,数据通信设备的能耗占比最大。但某种程度上来说,主设备的节能环节是运营商无法真正掌握的。因此,运营商在尽量采购节能减排主产品的同时,需不断加大力度,开展对数据中心空调及电源系统的节能建设及技术改造,以期实现节能降耗。

三、数据中心电源系统节能研究

一般来说,数据中心电源系统包括:外电引入、变压器、发电机、电动机、交流不间断电源系统、直流不间断电源系统、照明系统及输配电线路等。由于数据中心功率密度的提高,所消耗的电功率增加,在电力各环节能量损耗亦随之增大,因此,电源系统各环节均需采取节能措施。