■ 王晶 別毅 孔令軍

從源頭性節(jié)能、技術(shù)性節(jié)能和結(jié)構(gòu)性節(jié)能三方面對氣象數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)進行了綜合概述，分析了氣象部門數(shù)據(jù)中心已有的節(jié)能實踐，展望了尚未應(yīng)用的節(jié)能技術(shù)，提出了四點關(guān)于氣象數(shù)據(jù)中心節(jié)能的進一步思考。

2015年，工信部聯(lián)合國家能源局、國家機關(guān)事務(wù)管理局印發(fā)了《國家綠色數(shù)據(jù)中心試點工作方案》，其中指出：“全球數(shù)據(jù)中心建設(shè)步伐明顯加快，總量已超過300萬個，耗電量占全球總耗電量的1.1%～1.5%?！眹H上普遍通過應(yīng)用節(jié)能、節(jié)水、低碳等技術(shù)產(chǎn)品以及先進管理方法建設(shè)綠色數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)能源效率最大化和環(huán)境影響最小化。例如，美國政府實施了“數(shù)據(jù)中心能源之星”、“聯(lián)邦數(shù)據(jù)中心整合計劃”，歐盟實施了“數(shù)據(jù)中心能效行為準(zhǔn)則”，國際綠色網(wǎng)格組織開展了數(shù)據(jù)中心節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)制定和最佳實踐推廣，建立了綠色數(shù)據(jù)中心的推進機制，引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心節(jié)能環(huán)保水平的提升。目前，美國數(shù)據(jù)中心平均電能使用效率（PUE①PUE，Power Usage Effectiveness，電源使用效率已成為國際上通行的衡量數(shù)據(jù)中心節(jié)能的主要指標(biāo)。PUE值是指數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負載消耗的能源之比。PUE值越接近于1，表示數(shù)據(jù)中心的節(jié)能程度越高。）已達1.9，先進數(shù)據(jù)中心PUE已達到1.2以下。我國大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE仍普遍大于2.2，與國際先進水平相比有較大差距，節(jié)能潛力巨大”。

氣象部門數(shù)據(jù)中心作為數(shù)據(jù)中心界的一個獨特分支，有著自身顯著特點，需制定適合的節(jié)能策略，打造出綠色氣象數(shù)據(jù)中心。

1　數(shù)據(jù)中心節(jié)能技術(shù)綜述

數(shù)據(jù)中心的能耗通常來自兩個方面：IT設(shè)備能耗和基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)能耗（主要為空調(diào)系統(tǒng)能耗和電氣系統(tǒng)能耗）。以PUE為1.8的數(shù)據(jù)中心為例，其IT設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)能耗比例如圖1所示。數(shù)據(jù)中心節(jié)能同樣應(yīng)從這兩方面展開，其中，基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)節(jié)能又可分為基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備節(jié)能和基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)合理。

圖1　IT設(shè)備與基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備能耗比（PUE=1.8）

1.1　源頭性節(jié)能——IT設(shè)備

IT設(shè)備是數(shù)據(jù)中心所服務(wù)的對象，IT設(shè)備節(jié)能主要包括以下三方面：一是IT設(shè)備自身技術(shù)發(fā)展帶來的節(jié)能效益，如：芯片能效比的提升、分布式存儲技術(shù)的應(yīng)用等。二是數(shù)據(jù)中心遇到了節(jié)能瓶頸，需從IT設(shè)備突破解決方案，反向促使了IT設(shè)備探索最新的節(jié)能技術(shù)，如：耐高溫服務(wù)器的研發(fā)、液冷服務(wù)器的應(yīng)用等。三是數(shù)據(jù)中心迫切的節(jié)能需求使得直接對IT設(shè)備嘗試了節(jié)能方案，而進一步的節(jié)能方案還需IT設(shè)備廠家做出配合改進，如：IT設(shè)備從交流供電變?yōu)橹绷鞴╇姷取?/p>

1.2　技術(shù)性節(jié)能——基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備

基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備包括數(shù)據(jù)中心運行所必需的電氣系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備節(jié)能以空調(diào)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)為主?；A(chǔ)設(shè)施設(shè)備節(jié)能主要包括以下三方面：一是對清潔能源的使用，如：太陽能光伏微電網(wǎng)、合理利用自然冷源等。自然冷源技術(shù)分為空氣側(cè)、水側(cè)及熱管的應(yīng)用。二是精準(zhǔn)、高效的節(jié)能技術(shù)，如：供電架構(gòu)的變化、各種冷背板技術(shù)以及CFD（計算流體動力學(xué)）氣流組織仿真的應(yīng)用。三是不容忽視的輔助節(jié)能技術(shù)，如：電纜的路由的立體設(shè)計，封閉冷熱通道、設(shè)置盲板等以及有關(guān)CRAC（機房空調(diào)）的綜合節(jié)能（適當(dāng)調(diào)高送風(fēng)溫度、變頻器變頻驅(qū)動、EC風(fēng)機、管路設(shè)計、室外機組放置空間及霧化噴淋等）。

1.3　結(jié)構(gòu)性節(jié)能——基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)

數(shù)據(jù)中心節(jié)能不僅是節(jié)能產(chǎn)品和節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，更應(yīng)該是結(jié)構(gòu)化的節(jié)能，從基礎(chǔ)設(shè)施的架構(gòu)設(shè)計入手，將以設(shè)備為中心的節(jié)能轉(zhuǎn)到以架構(gòu)為中心的節(jié)能。合理的架構(gòu)不但能使維護變得簡易和便捷，還能取得可觀的節(jié)能收益。合理的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)設(shè)計包括兩方面：1）基礎(chǔ)設(shè)施資源的合理分配，如以等級而非屬性劃分機房，從而取得可靠性與節(jié)能性的平衡（N、N+X、2N等架構(gòu)的選擇）；2）基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)模式，如數(shù)據(jù)中心模塊化、基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)模塊化等。

2　氣象數(shù)據(jù)中心節(jié)能實踐與展望

氣象部門數(shù)據(jù)中心部署于全國各地，以國家氣象信息中心（NMIC）建設(shè)的國家級氣象數(shù)據(jù)中心為核心數(shù)據(jù)中心，該數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備主要類別有：高性能計算機（HPC）、存儲資源池等服務(wù)器（以下簡稱存儲設(shè)備）、通信服務(wù)器（以下簡稱通信設(shè)備）等。除國家級氣象數(shù)據(jù)中心外，各省也建有自己的小規(guī)模數(shù)據(jù)中心，主要以通信設(shè)備為主，個別省份也部署了較小規(guī)模的HPC。

NMIC數(shù)據(jù)中心節(jié)能實踐可分為三類，分別為：高功率密度機房節(jié)能、低功率密度機房節(jié)能和通用機房節(jié)能。

2.1　高功率密度機房節(jié)能

高密度IT設(shè)備的代表是HPC，其冷卻系統(tǒng)越來越接近熱源，已從最初的環(huán)境冷卻發(fā)展到冷背板冷卻、芯片液冷等方式。毫無疑問，由于液冷具備冷卻效率高、噪聲低等優(yōu)勢，它將是IT設(shè)備冷卻節(jié)能的主要方向，在今后的數(shù)據(jù)中心建設(shè)尤其是高密度機房建設(shè)領(lǐng)域?qū)⒊蔀橹髁?。環(huán)境冷卻和冷背板冷卻已應(yīng)用在NMIC以往的HPC建設(shè)中，芯片液冷也即將應(yīng)用在最新引進的國產(chǎn)HPC建設(shè)中。

2.1.1冷背板

冷背板冷卻作為一種機柜級冷卻方式，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心，尤其針對高密度HPC機柜，其特點是貼近熱源，輸送損耗小，冷卻效率高。2013年，NMIC采購并安裝了一套峰值計算能力為1.1 P的進口HPC系統(tǒng)，該系統(tǒng)共安裝了76臺機柜，單機柜功率高達30 kW，末端制冷采用水冷背板冷卻方式，單背板冷量達30 kW，承載單機柜95%以上的熱負荷。由于水冷背板貼近機柜，為避免背板表面結(jié)露，背板供水溫度不低于15 ℃，背板的出風(fēng)溫度不高于27 ℃。

2.1.2芯片液冷

傳統(tǒng)的服務(wù)器是依靠空氣來冷卻的，當(dāng)IT設(shè)備的功率密度不斷增大時，空氣冷卻已不能滿足要求，只能采用液冷方式冷卻，目前，服務(wù)器液冷主要有冷板液冷和浸沒式液冷兩種方式。NMIC即將采購的國產(chǎn)HPC系統(tǒng)采用了芯片液冷方式：CPU和內(nèi)存均安裝冷板，芯片液冷可帶走設(shè)備65%～80%的熱量。另外，由于HPC端的供水溫度可以提高至35～45 ℃，因此，需要獨立建設(shè)一套供水溫度為33～38 ℃的高溫水冷源作為該系統(tǒng)的專用冷源。該國產(chǎn)HPC系統(tǒng)的架構(gòu)如圖2所示。相比于傳統(tǒng)的低溫水（由冷水機組提供12 ℃冷水）芯片液冷HPC系統(tǒng)，該系統(tǒng)可最大限度的利用自然冷源，由全年50%時間自然冷卻提升至100%自然冷卻，年均PUE值由1.4可提升至1.2，節(jié)能效果顯著。但由于需單獨建設(shè)一套高溫水冷源，相比于利用統(tǒng)一冷水機組提供的低溫水冷源，初始投資會有所增加。

圖2　高溫水芯片液冷HPC冷卻系統(tǒng)架構(gòu)

對目前兩個主流國產(chǎn)HPC廠商的高溫水芯片液冷HPC產(chǎn)品進行了初始投資和投資回報周期測算，當(dāng)HPC的采購規(guī)模為8 P時，相比于利用統(tǒng)一的低溫水系統(tǒng)，新建一套獨立的高溫水系統(tǒng)的初始投資將增加183萬～274萬元，但節(jié)電和節(jié)水效果很顯著，年運行費用節(jié)約160萬～200萬元，投資回收期在2年以內(nèi)，節(jié)能效益明顯。因此，在初始投資和場地空間建設(shè)條件允許的前提下，高溫水芯片液冷HPC系統(tǒng)具有很高的節(jié)能效益。

2.2　低功率密度機房節(jié)能

低功率密度機房節(jié)能通常側(cè)重于“分區(qū)風(fēng)冷”和“避免損失”，因此，低密度機房針對CRAC的節(jié)能是重中之重，另外，低密度機房建設(shè)方式通常為漸進式增長，因此，模塊化機房建設(shè)方式也是節(jié)能不可或缺的一部分。

低功率密度IT設(shè)備的代表是：網(wǎng)絡(luò)、存儲、通信以及普通服務(wù)器等設(shè)備，這些設(shè)備通常采用CRAC冷卻，圍繞CRAC的節(jié)能包括：封閉冷（熱）通道以便分區(qū)冷卻；為機柜安裝盲板、封堵等防止冷空氣短路、回流或混流；安裝室外機組霧化噴淋系統(tǒng)降低冷凝器周圍空氣的溫度；避免過長的管路設(shè)計以降低損耗等。以上這些節(jié)能技術(shù)在NMIC均已應(yīng)用，模塊化機房建設(shè)方式尚未在NMIC得以應(yīng)用，但是，由于其可以較好的解決容量浪費、效率低、交付時間長、初設(shè)投資大等問題，相信在今后的建設(shè)項目中會得以應(yīng)用，并取得較好的節(jié)能效益。

2.2.1封閉冷通道

由于封閉冷（熱）通道具有較好的節(jié)能效果、建設(shè)成本低、可在線安裝等優(yōu)勢，使它幾乎成為所有低密度機房節(jié)能的必選方案。2011—2017年，NMIC先后在老樓二層、三層機房共建成8組封閉冷通道，用以改善機房氣流組織，隔絕冷熱氣流，從而達到降低送風(fēng)溫度、提高CRAC制冷效率、降低CRAC能耗的目的。由于冷通道封閉措施節(jié)能效果明顯，且安裝過程不影響IT設(shè)備運行，安全可靠，因此，該節(jié)能措施也逐步推廣至各省局低密度機房的建設(shè)中，具有很強的通用性。通過CFD模擬軟件，可直觀看出封閉冷通道對IT設(shè)備進風(fēng)區(qū)送風(fēng)溫度的降低和機房氣流組織的改善效果。圖3為NMIC神威機房神威區(qū)域的CFD建模仿真及封閉冷通道前后溫度場對比，通過距地板1.5 m處的溫度場對比可得出以下結(jié)論：

圖3　神威機房溫度場模擬及封閉冷通道前后溫度場對比

1）封閉冷通道后，冷通道內(nèi)溫度場與周邊區(qū)域完全隔離，冷通道兩側(cè)及頂部不存在回風(fēng)短路現(xiàn)象（地板送風(fēng)口出風(fēng)未經(jīng)過機柜換熱直接回到空調(diào)回風(fēng)口），冷通道頂部不存在出風(fēng)回流現(xiàn)象（機柜出風(fēng)直接回到機柜進風(fēng)口）。

2）封閉冷通道后，機柜的送風(fēng)、出風(fēng)溫度明顯降低，提高了精密空調(diào)送風(fēng)效率、顯著降低了壓縮機運行時間，使該區(qū)域空調(diào)機組能耗減少約10%。

目前，NMIC增加的8組冷通道區(qū)域?qū)?yīng)CRAC共13臺，均無備份，全年7×24 h不間斷運行，總功耗約300 kW，封閉冷通道后節(jié)能約10%，全年CRAC運行可節(jié)電約263000 kW·h，每年可節(jié)約電費24.4萬元。

2.2.2室外機組霧化噴淋

空調(diào)室外機組霧化噴淋系統(tǒng)是利用蒸發(fā)降溫的原理，將水以霧狀噴灑在空氣中，霧粒氣化時吸收熱量，降低了冷凝器周圍空氣的溫度，低溫空氣吸收冷凝器翅片的熱量，達到對金屬表面降溫的作用，冷凝器散熱效果的增強使得精密空調(diào)冷凝壓力降低、壓縮機輸入功率降低，從而提高了制冷量，有效提升了空調(diào)的能效比，實現(xiàn)節(jié)能的目的。

在北京市發(fā)改委“2015年公共機構(gòu)數(shù)據(jù)中心節(jié)能低碳示范改造工程”的支持下，室外機組霧化噴淋系統(tǒng)在NMIC機房空調(diào)系統(tǒng)中得到應(yīng)用，建成了3套霧化噴淋系統(tǒng)覆蓋NMIC老樓的全部57臺CRAC室外機和6臺冷水機組，并實行分區(qū)管控。

空調(diào)室外機組霧化噴淋系統(tǒng)由軟水機組、過濾器、微霧主機、微霧高壓水管、微霧噴嘴、壓力、溫度控制器組成。該系統(tǒng)耗水量低，相當(dāng)于直接水噴淋冷卻系統(tǒng)的1/60，且噴霧量可根據(jù)空調(diào)機組運行工況進行調(diào)節(jié)。經(jīng)過實測發(fā)現(xiàn)，在夏季運行工況下（室外干球溫度30 ℃），霧化噴淋系統(tǒng)關(guān)閉時，冷凝壓力一直保持在20～22 bar，接近系統(tǒng)壓力上限，霧化噴淋系統(tǒng)開啟后，冷凝壓力為15～18 bar，冷凝壓力降低2～4 bar。通過壓縮機分析軟件可計算得出當(dāng)冷凝壓力變化時，壓縮機輸入功率和制冷量的變化量。計算工況如下：制冷系統(tǒng)過熱度為8 ℃，過冷度為3 ℃，空調(diào)運行蒸發(fā)壓力6.84 bar，冷凝壓力21 bar。通過計算結(jié)果可知，開啟霧化噴淋系統(tǒng)后，壓縮機輸入功率降低10%，制冷量增加8%。該系統(tǒng)全年開啟時間為每年的5月15日—10月15日，每天開啟時間為5 h，年耗水量約1000 ton，全年可節(jié)約用電量183000 kW·h，節(jié)約電費17萬元。

2.2.3模塊化機房

為解決機房設(shè)計、建設(shè)與使用時間不匹配問題，模塊化機房應(yīng)運而生。此模塊化機房包含兩個概念，其一為模塊化IT機房，其二為模塊化基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備。模塊化IT機房是指：大樓的主體和基礎(chǔ)水電一次性建成，機房由多個集成功能的模塊組成，通常情況為：將兩排機柜封閉，組成一個模塊，模塊內(nèi)配置配電、空調(diào)、布線、監(jiān)控和照明等系統(tǒng)，使機房可以快速部署和靈活擴展，每一個模塊可看作一個獨立的機房，相對獨立運行。模塊化IT機房可以按需求靈活部署、漸進增長、降低了運維壓力、提升了資源利用率。模塊化IT機房中的每個模塊中都有獨立的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，如：機房配電柜、專用空調(diào)、消防設(shè)備等，而與這些前端基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備相連的低壓配電柜、UPS、冷水機組等后端設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施也可以進行模塊化配置，即：模塊化基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，配置小容量的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備既可以應(yīng)對小規(guī)模系統(tǒng)，也可以靈活組合應(yīng)對大規(guī)模系統(tǒng)?；A(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)模塊化可以使建設(shè)方式固定、系統(tǒng)功能獨立又相互依托，化整為零，增強通用性和靈活性。

模塊化機房已在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用，Google在美國俄克拉荷馬州的數(shù)據(jù)中心采用了廠房式大開間框架結(jié)構(gòu)部署微模塊，SwitchNap在拉斯維加斯的數(shù)據(jù)中心同樣采用了易于擴展的模塊化建設(shè)方式，IBM、ebay、Microsoft、騰訊等眾多數(shù)據(jù)中心都應(yīng)用了模塊化建設(shè)方式。NMIC數(shù)據(jù)中心一直面臨基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)建設(shè)時間與IT設(shè)備引進時間不匹配問題，用模塊化的建設(shè)模式可以得到較好解決。按IT設(shè)備的引進時間，建設(shè)模塊化IT機房。模塊化IT機房與IT設(shè)備匹配度更高，解決了容量浪費、效率低、交付時間長、初設(shè)投資大、運維成本高等劣勢，相對傳統(tǒng)機房一并建成、陸續(xù)安裝IT設(shè)備的方式，更為合理、節(jié)能。另外，在NMIC歷次機房建設(shè)過程中，都是根據(jù)IT設(shè)備需求來設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備規(guī)模的，待IT設(shè)備淘汰時，基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備還要繼續(xù)為新引進的IT設(shè)備服務(wù)，由于基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備規(guī)模是依據(jù)已淘汰的IT設(shè)備規(guī)模設(shè)計而成，有可能出現(xiàn)無法滿足新引進IT設(shè)備需求的情況發(fā)生。若采用了基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)模塊化，選擇小規(guī)模、通用性強的容量作為基本模塊容量，根據(jù)IT設(shè)備規(guī)模靈活組合，實現(xiàn)了利舊使用、效率最大化，達到了節(jié)能目的。

2.3　通用機房節(jié)能

既適用于高密度機房，又適用于低密度機房的節(jié)能技術(shù)即為通用機房節(jié)能技術(shù)。NMIC實踐的通用節(jié)能技術(shù)主要為自然冷卻Free Cooling。直流供電與光伏微電網(wǎng)作為一種效果顯著且方向明朗的通用節(jié)能技術(shù)，NMIC已對其進行技術(shù)跟蹤和實地調(diào)研，同時，希望氣象數(shù)據(jù)中心能夠盡快應(yīng)用，并取得節(jié)能效益。

2.3.1直流供電與光伏微電網(wǎng)

數(shù)據(jù)中心“以UPS為核心”的傳統(tǒng)供電架構(gòu)在之前幾十年的機房建設(shè)領(lǐng)域里一直都是通用建設(shè)模式。但是，隨著向IT設(shè)備直接提供直流電源的成功嘗試，數(shù)據(jù)中心電氣架構(gòu)進入 “一路直流供電+一路市電直供”的節(jié)能供電架構(gòu)。由于直流供電的電力轉(zhuǎn)換比傳統(tǒng)UPS少，蓄電池直接連接至母線，拓撲結(jié)構(gòu)簡單，無變壓器等器件，而且向IT設(shè)備輸入的電源為直流電，不存在功率因數(shù)及諧波的問題，因此，供電效率高、電能損耗少。當(dāng)輸入電源為市電直供方式時，整體供電系統(tǒng)損耗更小，僅有線損。因此，這種“一路直流供電+一路市電直供”的供電架構(gòu)是一種非常節(jié)能且建設(shè)成本低的架構(gòu)。該供電架構(gòu)已經(jīng)在騰訊天津數(shù)據(jù)中心、百度陽泉數(shù)據(jù)中心、阿里千島湖數(shù)據(jù)中心得到了廣泛應(yīng)用，取得了很好的節(jié)能效果和較高的經(jīng)濟效益。

隨著太陽能光伏技術(shù)的發(fā)展以及對極致效率的追求，由太陽能光伏陣列構(gòu)建的微電網(wǎng)作為公用電網(wǎng)的一種有效補充形式已經(jīng)為國外眾多數(shù)據(jù)中心接受并應(yīng)用。由于光伏受自然條件所限，從系統(tǒng)整體可靠性角度，當(dāng)光伏陣列直接向IT設(shè)備供電時，IT設(shè)備的另一路電源宜采用市電供電，其供電架構(gòu)為：“一路光伏直供+一路市電直供”。光伏架構(gòu)無需逆變環(huán)節(jié)，太陽能光伏陣列發(fā)電后經(jīng)過DC/DC變換，直接向IT設(shè)備電源模塊供電，免去了電力變換，最大限度的提升了效率，而且，去除了傳統(tǒng)架構(gòu)和現(xiàn)有架構(gòu)的前端電源設(shè)備，如：變壓器、低壓配電柜等，光伏直供架構(gòu)作為最新的供電架構(gòu)使電氣節(jié)能達到極致。

利用太陽能光伏發(fā)電構(gòu)建微電網(wǎng)在國外數(shù)據(jù)中心界有著非常廣泛且大規(guī)模的應(yīng)用。美國境內(nèi)的大型數(shù)據(jù)中心基本均會采用綠色能源供電且節(jié)能效果顯著。2015年，百度云計算（陽泉）數(shù)據(jù)中心太陽能光伏建成，成功并網(wǎng)發(fā)電，成為國內(nèi)首個采用光伏發(fā)電系統(tǒng)為數(shù)據(jù)中心供電的項目，這對國內(nèi)綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)具有里程碑式意義。

我國也十分鼓勵綠色能源的使用，從國家層面給予了光伏發(fā)電優(yōu)惠政策和大力支持，根據(jù)國家能源局和發(fā)改委的最新政策，分布式光伏發(fā)電按照全電量補貼。

氣象部門數(shù)據(jù)中心目前仍處于傳統(tǒng)供電架構(gòu)，若能夠使部分IT設(shè)備采用“一路直流供電+一路市電直供”模式，部分IT設(shè)備嘗試“一路光伏直供+一路市電直供”將為數(shù)據(jù)中心節(jié)約大幅電能。以一個樓頂可用面積為4000 m2的數(shù)據(jù)中心為例，一塊尺寸約為1.2 m×0.8 m的非晶硅太陽能板，每小時發(fā)電量約為140 W，樓頂至少可以安裝1000個太陽能板，每小時總發(fā)電量約為140 kW，根據(jù)北京的日照情況，按平均每日4小時發(fā)電計算，理論每日可發(fā)電560 kW·h，僅電費每年可節(jié)約19萬元。

雖然，數(shù)據(jù)中心部署光伏微電網(wǎng)也許不能滿足數(shù)據(jù)中心全部用電需求，但是，應(yīng)用光伏是數(shù)據(jù)中心跨入綠色節(jié)能的一個明顯標(biāo)志，使用清潔可再生能源是節(jié)能的終極方向。直流供電與光伏微電網(wǎng)作為一種通用的節(jié)能技術(shù)，將成為數(shù)據(jù)中心節(jié)能不可或缺的方向之一。若氣象部門數(shù)據(jù)中心在今后的建設(shè)項目中能夠以“服務(wù)器電源模塊可以直接由中低壓直流供電”作為采購IT設(shè)備的一項必備指標(biāo)，則會使數(shù)據(jù)中心節(jié)能效果得到大幅提升，并且降低了項目前期建設(shè)成本、減少了電氣損耗。另外，氣象部門還需發(fā)揮在氣象和日照預(yù)測領(lǐng)域擁有的天然優(yōu)勢，為光伏供電和市電供電提供調(diào)度信息，并借助國家給予分布式能源發(fā)展前所未有的推動力以及多項國家政策，推動自身的綠色數(shù)據(jù)中心建設(shè)。

2.3.2自然冷卻

自然冷卻是利用自然界的低溫冷源進行的冷卻。它采用旁通的方式，當(dāng)室外溫度較低時，開啟旁通循環(huán)，部分或全部承擔(dān)壓縮機制冷循環(huán)的冷負荷，這樣，通過降低機械制冷的運行時間實現(xiàn)全年能耗降低。自然冷卻可以分為空氣側(cè)自然冷卻、水側(cè)自然冷卻和熱管自然冷卻。其中，空氣側(cè)自然冷卻可以分為直接式和間接式；水側(cè)自然冷卻分為直接水冷式、空冷式和冷卻塔式。

NMIC即將引進的國產(chǎn)HPC系統(tǒng)將使用以離心式水冷冷水機組為核心的冷凍水系統(tǒng)，同時采用熱交換器作為水冷冷水機組旁通的自然冷卻技術(shù)。該系統(tǒng)共配置3臺離心式冷水機組，旁通板式換熱器，建設(shè)3套完全獨立的冷卻水循環(huán)，根據(jù)室外溫度和機房負載自動調(diào)控運行模式：當(dāng)室外溫度在18 ℃以上時，全壓縮機運行；當(dāng)室外溫度在10～17 ℃時，部分自然冷卻；當(dāng)室外溫度在10 ℃以下時，全自然冷卻，并降低冷卻水溫度。預(yù)計該自然冷卻技術(shù)將節(jié)約制冷系統(tǒng)約30%的能耗，HPC機房年均PUE值預(yù)計小于1.4。

NMIC老樓三層存儲機房和二層網(wǎng)絡(luò)機房采用了次級盤管作為CRAC壓縮機旁通的節(jié)能型精密空調(diào)機組，該空調(diào)將壓縮機制冷系統(tǒng)與乙二醇自然冷卻系統(tǒng)并聯(lián)，通過循環(huán)水泵和室外干冷器將室外低溫免費冷源間接帶入機房，對機房設(shè)備進行冷卻。目前，機房內(nèi)共安裝了4臺節(jié)能型精密空調(diào)，總冷量320 kW，預(yù)計全年可節(jié)約電量245000 kW·h，節(jié)約電費約22.8萬元。

3　關(guān)于氣象部門數(shù)據(jù)中心節(jié)能的進一步思考

氣象部門數(shù)據(jù)中心有著自身顯著特點，其節(jié)能除了應(yīng)關(guān)注前述源頭性節(jié)能、技術(shù)性節(jié)能和結(jié)構(gòu)性節(jié)能外，還應(yīng)該利用其在氣象和日照預(yù)測領(lǐng)域擁有的天然優(yōu)勢，提供預(yù)測服務(wù)和調(diào)度信息，做出不同于眾的節(jié)能成績。

3.1　充分發(fā)揮自有機房優(yōu)勢，實現(xiàn)全方位節(jié)能

數(shù)據(jù)中心分類的依據(jù)較多，例如：從功率密度角度可分為高密度數(shù)據(jù)中心、低密度數(shù)據(jù)中心和混合全密度數(shù)據(jù)中心；從建設(shè)規(guī)模角度可分為中小規(guī)模數(shù)據(jù)中心、大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心；從數(shù)據(jù)中心歸屬角度可分為自有數(shù)據(jù)中心和租賃數(shù)據(jù)中心。目前，凡具有較大規(guī)模且欲謀求更大發(fā)展的組織均會選擇自建數(shù)據(jù)中心，如：以銀行、證券部門為代表的金融機構(gòu)；以三大運營商、能源部門（中石油、中石化）為代表的大型國企；以百度、阿里巴巴、騰訊為代表的互聯(lián)網(wǎng)公司等全部選擇自建數(shù)據(jù)中心，顯然，自有數(shù)據(jù)中心從靈活可控、安全可靠以及運維成本角度更勝于租賃數(shù)據(jù)中心。

氣象部門作為一個服務(wù)于國計民生的行業(yè)，每天都會產(chǎn)生大量的氣象數(shù)據(jù)，氣象數(shù)據(jù)中心的重要性不言而喻，雖然氣象數(shù)據(jù)中心重要性很高，但其規(guī)模卻屬于中小型，因此，自建數(shù)據(jù)中心不但適合氣象數(shù)據(jù)中心特性，而且從節(jié)能角度，自有數(shù)據(jù)中心貫徹節(jié)能號召更為主動、系統(tǒng)、高效。自有數(shù)據(jù)中心能夠充分發(fā)揮系統(tǒng)性節(jié)能優(yōu)勢，從設(shè)計、建設(shè)到運維、改進，可以將節(jié)能滲入數(shù)據(jù)中心的每一方面，以全局視角打造有特色的綠色節(jié)能型氣象數(shù)據(jù)中心。

3.2　加快整合機房資源，提高系統(tǒng)利用率

多處零散的小規(guī)模數(shù)據(jù)中心必然帶來IT系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)、效率低下等劣勢，若能將機房資源進行有效整合，建設(shè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心，配置規(guī)模合理的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備，使其利用率達到較佳水平，既有利于統(tǒng)一管理、調(diào)度，又可以降低基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備的系統(tǒng)功耗，達到節(jié)能的目的。

3.3　梳理業(yè)務(wù)需求，重新定位可靠性

業(yè)務(wù)需求決定了數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的可靠性，如銀行、證券等部門將數(shù)據(jù)中心可靠性列為首要關(guān)注指標(biāo)，而同樣擁有實時業(yè)務(wù)的互聯(lián)網(wǎng)公司對數(shù)據(jù)中心的可靠性并不特別關(guān)注，而是綜合考量可靠性、節(jié)能性、運營成本等諸多因素的平衡。目前，NMIC氣象數(shù)據(jù)中心所有IT設(shè)備均要求高可靠性，這使得為其服務(wù)的所有基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)均需按高可靠性設(shè)計和配置，這必然會影響其它因素，如：節(jié)能、系統(tǒng)效率、運維成本等。因此，若能嘗試梳理業(yè)務(wù)真正需求，重新定位IT設(shè)備的可靠性，并以IT設(shè)備保障等級作為氣象機房劃分依據(jù)，不同等級機房予以不同保障等級，機房的建設(shè)成本和維護成本也依據(jù)不同等級而不同，節(jié)約了基礎(chǔ)設(shè)施資源，從源頭上實現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心節(jié)能。

3.4　節(jié)能需向“科學(xué)化的運維和管理”延展

數(shù)據(jù)中心節(jié)能除了設(shè)備節(jié)能、技術(shù)節(jié)能、架構(gòu)節(jié)能外，還應(yīng)該關(guān)注科學(xué)化的運維和管理，包括以下三個方面：1）IT設(shè)備的系統(tǒng)級節(jié)能，如：通過資源調(diào)度，降低空閑能耗；根據(jù)進程能耗調(diào)整CPU任務(wù)隊列，實現(xiàn)能耗均衡以及虛擬化技術(shù)等；2）基礎(chǔ)設(shè)施運維級節(jié)能，如：根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)精細化的能耗監(jiān)控，有針對性的局部解決問題，而非針對整個機房采取規(guī)模性的節(jié)能方案；3）建立科學(xué)化的運維體系，充分發(fā)揮體系的規(guī)范機制，激發(fā)人的能動性，發(fā)現(xiàn)并處理問題于無形階段，使設(shè)備一直處于較佳模式，避免極端問題的發(fā)生，從而實現(xiàn)節(jié)能。

深入閱讀

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