机房节能概述

[摘要]“国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要”提出:“十一五”期末单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20%左右,这一指标是“十一五”规划目标中最重要的约束性指标之一,也是我国“十一五”期间节能工作的奋斗目标之一。同时,据天津市企事业单位及政府机构能源消耗数据统计结果反映,机房能耗总值占据上述单位总能耗的50%以上,可见加强机房节能,降低机房设备能耗对缓解社会经济发展面临的能源和环境约束,完成“十一五”规划目标有着十分重要的意义。

[关键词]机房节能 虚拟机技术 空调节能技术

1.概述

根据机房能耗统计数据显示,机房能耗主要由三部分组成:机房主机能耗、机房空调能耗、其他能耗。其中其他能耗包括机房照明能耗、机房动力环境集中监控设备能耗及机房消防设备能耗等。而在能耗比例方面,前两部分占据了总能耗的90%以上。同时由于动力环境集中监控系统和机房消防设备对于机房的安全稳定运行有着至关重要的作用,其设备投入及能耗不可随意降低,而机房照明设备的总用电量相对于前两部分能耗可以忽略不计,所以机房节能的核心部分应该是机房主机节能和机房空调节能。

2.机房主机节能技术

由于成本及主机性能的限制,当前的主机节能技术主要是通过采用虚拟机技术,将以往在多个主机上运行的系统和服务通过软件实现的方式集中到少数的性能卓越的主机上,以达到减少主机能源消耗的目的。

通过虚拟机软件(如VMWARE WORKSTATION),可以在一台物理计算机上模拟出一台或多台虚拟的计算机,这些虚拟机可以像真正的计算机那样进行工作,可以对其安装操作系统、软件,进行一切物理计算机能进行的操作。而实际上,它只是运行在你物理计算机上的一个应用程序,并不会占据额外的机房空间,也不会因为自身的运行带来大量的能耗。并且,它对系统的安全性更有保证,因为当虚拟机上的操作系统崩溃时,崩溃的只是虚拟机上的操作系统,而不是物理计算机上的操作系统,我们可以使用虚拟机的“Undo”(恢复)功能,马上恢复虚拟机到安装软件之前的状态。

3.机房空调节能技术

据统计,机房能耗占据一般通信机房的25%-45%,甚至更高能达到60%以上,所以针对机房空调的节能技术对机房整体能耗的降低具有十分重要的意义。而目前的主流空调节能技术主要有三种:新风节能系统、热交换节能系统和自适应控制空调节能系统。

3.1 新风节能系统

新风节能系统是采用智能控制技术和温湿度传感技术,结合气体学和热学原理,合理利用机房室内外温差形成热交换,依靠大量的通风有效地将机房内的热量迅速向外迁移,从而达到有效降低机房内部温度的目的。

从地域上来说,新风节能系统比较适合在一年中季节性或能昼夜温差较大的地区。从冷源进入机房方式来说,直接从室外引入自然新风和通过热交换器的新风节能方式比较适应于中小型新机房,特别是接入网点、移动基站等小型机房;从中央空调冷气管引入新风的节能方式比较适应中央空调制冷的大中型机房。另外,除了从节能的角度考虑外,新风节能系统也有它的弊端,由于直接从外部引入新鲜空气,在一些大气污染严重的地方,很容易造成新风系统的阻塞,带来额外的运维负担和机房隐患。

3.2 热交换器节能系统

热交换器系统是指热交换器在完全隔离内外空气的前提下,以室外的自然环境为冷源,当室外空气温度低于室内温度一定程度时,通过热管换热机组与机房内空气进行交换,把机房的热量带走,实现换热不换气,达到降低机房温度,也保证机房内部空气的洁净度。两组风机,分别抽吸外部的冷空气(外循环)和内部的热空气(内循环),冷、热空气在热交换芯体中进行热量交换,通过热交换芯体膜片,内部热空气放出热量,温度降低,降温后的冷空气从机柜上方吹出。

热交换器系统与新风系统原理上比较类似,都是利用外部的冷空气降低室内温度,热交换器系统能保证空气的洁净度,在一定程度上避免了新风系统的弊端,但是,与此同时,热交换系统的制冷效率与新风系统有很大的差距,只适用于制冷压力较小,且室内外温差较大的环境,对于大型机房效果不明显。

3.3 自适应控制空调节能系统

机房空调自适应控制是指通过计算机系统的“自动监控”,对机房内的空调组进行优化组合、合理分配。根据外部温湿度条件的变化,及时对空调设定进行调整,保证空调组按需供能,达到节约能源的目的。

机房空调自适应控制系统一种非智能空调的自适应控制系统,包括有监控模块、智能空调信息处理模块、非智能空调控制模块、空调状态变送模块、温湿度采集模块。温湿度采集模块实时采集机房温度和湿度信号并将温度和湿度信号传送至智能空调信息处理模块,智能空调信息处理模块实时处理接收到的温度和湿度信号并生成一控制信号至空调状态变送模块,空调状态变送模块通过接收到的控制信号控制机房内空调的运行状态。

3.3.1 自适应控制空调节能系统的核心技术

(1)模糊控制技术:准确跟踪,及时反映室内外的各种温湿度变化情况,准确计算机房内各区域与外部环境温湿度值之间的关系。

(2)PID技术:根据环境变化,动态调整空调的设定温度、湿度、修正、模块等数值,通过智能化的控制算法软件,优化压缩机运行周期,平衡空调设备供冷量与目标温湿度之间的关系。

(3)计算机温度模拟技术:根据机房不同的工况条件、空调冷量分布、风量扩张循环等综合数据和原理,提高优化冷量利用效率,排列出空调优先资格顺序。达到冷量效率最大化。精确控制“N+1”“N+0”、“N-1”台空调数量的开启与关闭,使空调始终处于最佳工作状态。

3.3.2 自适应控制空调节能系统的节能途径

(1)根据外部环境的变化作相应调整:机房外部的温湿度随着季节、昼夜的变化会发生相应的改变,机房空调自适应控制系统能根据外部环境的变化对机房空调的温湿度设定值进行相应的调整,使压缩机的工作压力得到有效缓解,同时降低能源消耗量。

(2)根据机房内部实际温湿度制冷:运用模糊控制技术,自适应控制系统能够准确跟踪机房内部各个区域的实际温湿度情况,从而对机房空调进行相应的温湿度设定调整,真正做到“按需供冷”。

(3)对空调的工作模块进行自动控制:机房内的发热源不是均匀的,所以机房内部的温湿度分布也不是均匀的,要真正做到机房内部的恒温恒湿,不能让所有的空调机组模块同时工作,同一制冷量,这样造成的结果必然导致机房内部温湿度的不均衡。所以,通过自适应系统的控制,自动关闭和开启空调模块,并对空调模块的工作优先级进行合理的设定。

3.3.3 自适应控制空调节能系统的优缺点

该系统比较适合各类通信枢纽、中心交换局等大型机房。空调富余容量越大,机房密封性能越好,节电率越高。但是由于每个机房的工况存在各种差别,所以该节能技术的实施会存在周期长,初期投资大的不足。但一旦安装完成以后,日常维护工作将变得简单方便。

3.4 其他空调节能技术

除了上述的空调节能技术以外,冷凝器增加水冷系统节能技术、太阳能供电系统、节能型制冷剂与节能添加剂、空调冷水机组水化学处理节能技术、谐波治理技术等空调节能技术也正在研发推广中,相信在将来会给机房节能工作带来有力的促进作用。

4.结语

机房节能是一项任重道远的工作,我们应以科学技术为导向,以提高能源利用率为目标,减少能源消耗,为我国经济社会的可持续发展提供强有力的支撑。

　　[参考文献]

　　[1] 唐中华.《空调制冷系统运行管理与节能》,2008,9.

　　[2] 张建一,李莉.《制冷空调装置节能原理与技术》,2007,3.

　　[3] 丁涛.《通信机房专用空调自适应节能监控技术》,2008,11.

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