文｜ 國網(wǎng)信息通信有限公司 郭向東 樊建輝

大型數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)機房在管理上的最大不同在于大型數(shù)據(jù)中心將建筑本身的基礎(chǔ)設(shè)施也納入到數(shù)據(jù)中心的管理范圍。傳統(tǒng)的機房管理更多關(guān)注的是IT設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等，對于基礎(chǔ)設(shè)施也僅僅局限于動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。其主要原因在于，傳統(tǒng)的機房往往建設(shè)在普通辦公樓內(nèi)，其電力、空調(diào)、新風及消防等基礎(chǔ)設(shè)施與辦公樓共用，機房管理者無法按照機房的管理標準對這些基礎(chǔ)設(shè)施進行管理，這與現(xiàn)在大型數(shù)據(jù)中心有很大不同?，F(xiàn)在的數(shù)據(jù)中心通常是以整棟建筑物為平臺，單體建筑面積達到1～2萬平方米，可容納3000～4000個機柜，整棟建筑物僅作為數(shù)據(jù)機房使用。近年來某些數(shù)據(jù)中心可容納的機柜數(shù)量甚至達到幾萬個，在這種情況下，數(shù)據(jù)中心的管理者所面對的管理對象是整個建筑物的基礎(chǔ)設(shè)施，涵蓋了電氣、暖通、消防、安保等系統(tǒng)。這些系統(tǒng)運行的安全可靠性對于數(shù)據(jù)中心更為重要，例如空調(diào)冷水機組一旦發(fā)生重大事故，可能造成整個數(shù)據(jù)中心的癱瘓。數(shù)據(jù)中心節(jié)能的概念也不再局限于機房精密空調(diào)、照明等環(huán)節(jié)，而必須關(guān)注從變壓器、UPS、冷水機組等大型設(shè)備到冷卻塔、水泵、新風等各環(huán)節(jié)的節(jié)能。

數(shù)據(jù)中心在建筑學(xué)上屬于智能建筑專業(yè)，其智能化的表現(xiàn)之一是在數(shù)據(jù)中心中安裝了大量的智能化及自動化設(shè)備，通過安裝各種傳感器實現(xiàn)智能化和自動化。這些傳感器種類及數(shù)量繁多，包括溫度、濕度、電壓、電流、壓力、流量、漏水、防入侵等。這些智能化設(shè)備對數(shù)據(jù)中心的節(jié)能產(chǎn)生了極大的作用，同時也保證了數(shù)據(jù)中心的安全可靠運行，是數(shù)據(jù)中心不可或缺的重要組成部分。

數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施最重要的系統(tǒng)包括變配電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及相應(yīng)的水系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的智能化和自動化代表了數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的智能化、自動化水平。將RFID技術(shù)引入數(shù)據(jù)中心的管理，實現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施智能化管理，可以極大地節(jié)約人力成本，也是目前數(shù)據(jù)中心智能化的標志之一。

本文筆者通過在數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運維中的體會，說明智能化對數(shù)據(jù)中心在節(jié)能方面所帶來的效益。

1 數(shù)據(jù)中心智能化能耗監(jiān)控平臺

準確衡量數(shù)據(jù)中心能耗的關(guān)鍵指標PUE值，需要在變配電系統(tǒng)及用電設(shè)備上安裝必要的PT、CT等各類傳感器。全面實時監(jiān)測數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備、空調(diào)制冷、新風、照明、消防等基礎(chǔ)設(shè)施的運行參數(shù)和能耗數(shù)據(jù)，動態(tài)顯示和分析PUE值等能效數(shù)據(jù)。對基礎(chǔ)設(shè)施能耗歷史及實時數(shù)據(jù)進行分析匯總，分類提出各類基礎(chǔ)設(shè)施的運行建議和優(yōu)化措施。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）能源動力過程監(jiān)控

基于對數(shù)據(jù)處理和分析，實時掌握能源消耗狀況，對各個環(huán)節(jié)的能耗異常情況進行集中監(jiān)控。例如，對每個機柜的發(fā)熱量進行實時監(jiān)控，并形成圖形化顯示，對高熱區(qū)域進行報警。通過自動調(diào)節(jié)地板通風口面積，消除局部“熱島”。

（2）能源消耗分析與管理

能源管理系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)中心能源的監(jiān)管平臺，為管理人員提供了不同的管理窗口，通過一個頁面管理掌握整個數(shù)據(jù)中心的能源消耗情況，通過對能源消耗的精細化管理，實現(xiàn)對能源消耗系統(tǒng)的實時監(jiān)控、日常能源消耗管理、能耗分析、重點設(shè)備管理等功能，提高了能源管理的數(shù)字化和智能化水平。

（3）指標分析

引入數(shù)據(jù)中心能耗指標計算方法，包括：每個機柜用電量、單位面積綜合能耗、單位面積空調(diào)能耗、單位面積照明能耗等進行考核分析。

（4）智能報表

將各種數(shù)據(jù)進行匯總產(chǎn)生統(tǒng)計報表，報表所展現(xiàn)的數(shù)據(jù)和內(nèi)容，可以切換成餅圖、棒圖和曲線方式進行展現(xiàn)。

2 變配電系統(tǒng)智能化及自動化在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用

為最大限度地保證IT設(shè)備不間斷工作，數(shù)據(jù)中心在變配電系統(tǒng)中利用各種脫扣器和電氣二次設(shè)備實現(xiàn)了智能化與自動化。本節(jié)以ATS切換開關(guān)為例，簡要說明電氣系統(tǒng)中的智能化及自動化。

根據(jù)《電子信息系統(tǒng)機房設(shè)計規(guī)范》（GB 50174-2008）A級機房標準和美國國家標準學(xué)會（ANSI）頒布的《數(shù)據(jù)中心電信基礎(chǔ)設(shè)施標準》（TIA 942）中T3及T4級機房的規(guī)定，雙路市電是數(shù)據(jù)中心必備的條件。在雙路市電切換過程中，ATS自動切換開關(guān)被廣泛使用。當一路市電發(fā)生故障時，ATS自動將負載從一個電源換接至另一個電源，以確保IT設(shè)備連續(xù)、可靠運行，因此，ATS在數(shù)據(jù)中心中占有重要的地位。目前，數(shù)據(jù)中心大都用ATS開關(guān)取代母聯(lián)開關(guān)，實現(xiàn)了變配電系統(tǒng)的自動化。此外，STS（靜態(tài)切換開關(guān)）也被數(shù)據(jù)中心廣泛使用，很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備依然采用單電源供電方式，機柜式STS開關(guān)可以很好地解決單電源設(shè)備的連續(xù)供電問題。

ATS有PC級和CB級兩種型式，CB級ATS比PC級ATS多一個短路保護功能，但PC級ATS的可靠性高于CB級ATS。給IT設(shè)備配置的ATS應(yīng)選用旁路隔離型的PC級ATS。在實際應(yīng)用中，ATS的轉(zhuǎn)換條件和轉(zhuǎn)換時間至關(guān)重要，必須與上下級開關(guān)斷路器的電流整定值及整定時間相互配合。在實際運維中經(jīng)常出現(xiàn)由這些小問題所引發(fā)的重大災(zāi)難性事故。

3 空調(diào)自控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)中心的節(jié)能應(yīng)用

空調(diào)系統(tǒng)的智能化及自動化可以極大提高數(shù)據(jù)中心節(jié)能效果?！癋ree cooling”技術(shù)目前在數(shù)據(jù)中心中被廣泛采用。在我國北方的廣大地區(qū)，甚至像上海這樣的地區(qū)利用春、秋及冬季較低的氣溫，用“冷卻塔+板式換熱器”的運行模式取代冷水機組電制冷工作模式，其節(jié)能效果非常顯著。“Free cooling”技術(shù)采用了大量的溫度、壓力、流量及液位傳感器等，通過測量各種參數(shù)實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的智能控制。同時利用電磁閥、自控元件實現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)的自動化。根據(jù)機房內(nèi)溫度及室外溫濕度，在室外溫度低于15℃時自動開啟“Free cooling”模式，當室外溫度高于15℃時，自動回到冷水機組電制冷工作模式。在春秋季節(jié)每天的溫度變化范圍較大，智能化的“Free cooling”技術(shù)可以充分利用春秋季節(jié)每天早晚及中午溫度的變化，自動進行制冷模式的切換，我們稱之為“部分Free cooling”，使其最大程度地實現(xiàn)節(jié)能。

此外，還可對冷水機組的冷凍系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)采用智能化控制，使之更加節(jié)能。例如，對冷凍系統(tǒng)進行恒溫控制，以回水溫度信號作為目標信號，使壓差的目標值可以在一定范圍內(nèi)根據(jù)回水溫度進行適當調(diào)整，即當機房溫度較低時，使壓差的目標值適當下降一些，降低冷凍泵的平均轉(zhuǎn)速，提高節(jié)能效果。對冷卻系統(tǒng)采用兩個溫度傳感器，檢測冷卻水的進水溫度和回水溫度，當進水和回水溫差大時，冷卻水泵及冷卻風機加速運行，使進水和回水溫差保持在5℃左右。當進水和回水溫差偏小時，降低冷卻水泵和冷卻風機的速度以達到節(jié)能的目的。

根據(jù)對某北方數(shù)據(jù)中心的長期觀察，每年至少有一半的天數(shù)可以使用“部分Free cooling”及“完全Free cooling”（即冷水機組完全不啟動）。在此期間平均每個月可節(jié)約電能約120000kWh，節(jié)能效果非常大。

4 空調(diào)水系統(tǒng)智能化檢測在數(shù)據(jù)中心的節(jié)能應(yīng)用

大型數(shù)據(jù)中心通常采用冷水機組作為機房冷源，因此數(shù)據(jù)中心的水系統(tǒng)（冷卻水及冷凍水）對于數(shù)據(jù)中心而言極為重要，其安全可靠性直接關(guān)系到數(shù)據(jù)中心的運行。不僅如此，水質(zhì)也直接關(guān)系到節(jié)能的問題，例如北京地區(qū)水質(zhì)較硬，當水系統(tǒng)中的結(jié)垢現(xiàn)象很嚴重時，空調(diào)系統(tǒng)的能耗也隨之增加。

冷卻水與空氣接觸進行熱交換的同時也將空氣中的污染物帶入系統(tǒng)，進而會影響設(shè)備的正常運行?？照{(diào)的冷卻水系統(tǒng)易受到結(jié)垢、腐蝕、污垢、微生物等問題的困擾。其主要原因是冷卻塔在通過水的蒸發(fā)將熱量帶走的同時，水中的離子濃度會不斷升高，進而會加劇系統(tǒng)設(shè)備和管道的結(jié)垢、腐蝕。另外，在滿足一定的溫度、陽光、空氣等條件時，水中會滋生很多微生物，微生物的存在會影響系統(tǒng)設(shè)備和管道的正常運行。

在空調(diào)專業(yè)上將冷卻水出水溫度與制冷劑的冷凝溫度之差稱為冷凍機趨近溫度。當冷水機組內(nèi)的銅管干凈時，該差值小，也即趨近溫度低；反之，當銅管有水垢粘附時，差值大，也即趨近溫度高。趨近溫度高時，空調(diào)壓縮機需要額外多做功壓縮制冷劑，產(chǎn)生額外的電耗。根據(jù)實際運行中的統(tǒng)計，趨近溫度每升高1℃，冷水機組增加3%的能耗。此外，當趨近溫度達到7℃時，會給冷水機組的運行帶來非常大的危險。因此實時檢測水系統(tǒng)的水質(zhì)并自動進行加藥處理對數(shù)據(jù)中心的水系統(tǒng)尤為重要。

水系統(tǒng)自動檢測及自動加藥設(shè)備通過在線的、實時的控制，可以嚴格地控制水的電導(dǎo)率在合理范圍內(nèi)，根據(jù)電導(dǎo)率大小自動控制排污閥的開或關(guān)，使補水量更精確，從而達到節(jié)約用水的目的。下面以實例說明自動水處理系統(tǒng)在節(jié)電、節(jié)水方面所取得的效果。

某數(shù)據(jù)中心在采用自動水處理系統(tǒng)前遭遇冷凍機組結(jié)垢、微生物滋生等問題困擾，造成趨近溫度升高，最高時達到6.5℃，產(chǎn)生了嚴重的能源浪費和運行風險。經(jīng)過自動處理系統(tǒng)后，現(xiàn)趨近溫度穩(wěn)定在1℃以下。在處理前，冷水機組耗電量為202kW。處理后，在相同的負荷下，耗電量降為170kW。在采用“Free cooling”技術(shù)的前提下，冷水機組每年運行7.5個月計算，則一年節(jié)約用電為：

（202-165）kW×24h×225d =199800 kWh

合理的濃縮倍數(shù)和穩(wěn)定的控制效果，可以把冷水機組的排污用水量控制到最合理的范圍。按照一臺540噸/時循環(huán)量的冷水機組來計算，在未采用自動檢測及自動加藥設(shè)備前，其濃縮倍數(shù)為2.22倍。采用自動檢測及自動加藥設(shè)備后，其濃縮倍數(shù)可以在3.5倍。由此每年節(jié)約的用水量達到12噸。

5 RFID技術(shù)在數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理中的應(yīng)用

大型數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備及基礎(chǔ)設(shè)施眾多，這些設(shè)備的基本信息，如設(shè)備歸屬、購置時間、放置地點、保養(yǎng)維護、備品備件等信息，若用人工進行管理將是復(fù)雜的工作，且極易出現(xiàn)錯誤。目前國內(nèi)外大型數(shù)據(jù)中心都在探索利用RFID技術(shù)對數(shù)據(jù)中心進行管理的途徑，出現(xiàn)了各種應(yīng)用案例，但大多數(shù)是在局部環(huán)節(jié)的應(yīng)用，例如僅僅實現(xiàn)了對IT設(shè)備的資產(chǎn)管理，并沒有對整個數(shù)據(jù)中心從基礎(chǔ)設(shè)施到人、財、物等環(huán)節(jié)全面應(yīng)用RFID的案例。本節(jié)將結(jié)合RFID技術(shù)探討在智能化方面的應(yīng)用模式，利用RFID高效、便捷、準確的特點，對大型數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)安全、可靠、現(xiàn)代化的管理。

（1）將物聯(lián)網(wǎng)概念引入數(shù)據(jù)中心管理中，以RFID技術(shù)為感知層，探索物聯(lián)網(wǎng)在大型數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用。

（2）利用RFID實現(xiàn)資產(chǎn)管理，實現(xiàn)資產(chǎn)實時定位、盤點、異常上報、資產(chǎn)屬性管理等。

（3）利用RFID實現(xiàn)人員定位跟蹤，確保人員在指定范圍內(nèi)活動。對非法進入未經(jīng)授權(quán)的區(qū)域，利用語音系統(tǒng)進行警告并提示其正確的路徑，同時提示后臺監(jiān)控人員，加強對此人的監(jiān)控。對于大型數(shù)據(jù)中心而言，有很多IT維護人員、設(shè)備維護人員、物業(yè)及管理人員要進入數(shù)據(jù)中心，如何限制這些人員的活動范圍，僅靠監(jiān)控人員顯然無法實現(xiàn)，RFID的定位跟蹤功能可以很方便的解決這個問題。

6 結(jié)束語

在筆者所建設(shè)和運維的數(shù)據(jù)中心中，智能化和自動化程度越高，其所帶來的效益就越大。這種效益不僅表現(xiàn)在降低能耗上，在節(jié)約人力資源、提高數(shù)據(jù)中心運行安全可靠性等方面也有突出的表現(xiàn)。在我們的生活越來越依靠網(wǎng)絡(luò)的時代，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施運維安全問題，在某些領(lǐng)域是一個關(guān)乎到國計民生的重大問題。在進行數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運維時，要充分發(fā)揮各種先進技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的智能化和自動化。

對大型及超大型數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的管理，傳統(tǒng)的管理模式已無法應(yīng)對，只有將智能化與自動化的概念引入到數(shù)據(jù)中心的建設(shè)及管理中，才可以確保數(shù)據(jù)中心的安全可靠運行。

本文從幾個不同的方面談了對數(shù)據(jù)中心智能化和自動化的理解和認識，借助于以往的經(jīng)驗及教訓(xùn)，供廣大同仁參考。