云数据中心绿色节能设计及实践

【摘要】随着信息技术的不断发展，云计算在社会发展的各个领域都起到了很大的作用，其应用范围非常广泛，并且随着时代的进步，也在不断进行改革和创新。其中，云数据中心是云计算业务发展的重要载体，为了满足社会实际需要，促进云计算的进一步发展，云数据中心在设计上开始注重节能设计，其实践应用水平也在不断提高。本文主要对云数据中心绿色节能设计及应用实践进行分析。

【关键词】云数据中心；绿色节能设计；应用实践

近年来，云计算业务发展非常迅速，而云数据中心也在与时俱进不断向前发展，其规模不断扩大，效率逐渐提高，智能化突出，并且成本逐渐降低。通过对电力系统、空调系统、监控管理系统等方面进行合理设计，云计算业务的水平得到提高。为了与时展相适应，云数据中心绿色节能设计及应用实践，越来越受到重视。在实际设计和应用过程中，要对具体的云数据中心绿色节能方案进行分析研究，不断进行优化，提高云数据中心绿色节能设计方案的合理性和科学性，从而推动社会与企业的进步发展。

1云数据中心绿色节能配电系统

1.1传统数据中心配电系统分析

在传统的数据中心配电系统中，主要是以UPS为主要的在线交流方式。切换时间较短，IT设备能够稳定运行。UPS配电系统具有一定的通用优势，对大多数的配置交流电源的服务器和交换机来说，都能够满足其具体需要。在UPS配电系统的应用中，能够对市电进行整流和逆变，从而转化成标准的220V交流电，为服务器电源模块供电，在通过服务器电源模块内部转化作用，12V的直流电得以正确输出至服务器主板，这个转换过程非常的复杂，很容易出现问题。同时，在数据中心的设计中，为了提高UPS配电系统的运行效率，避免由于单机系统的故障而阻碍其他系统的正常运行，一般会应用多台UPS并机，提高系统的负载容量，这就使配电系统的结构更加复杂，一旦出现故障，维修非常困难。对于UPS配电系统的数据中心设计，虽然已经增加了一定的贡献系统安全系数，但是从实际情况来看，其电能的损耗还是很大，与之相关的空调系统的耗电量也较大，不符合节能环保的实际要求，通过对实际的数据中心进行检测，UPS配电系统的效率也较低。

1.2高压直流配电系统分析

随着数据中心设计水平的不断提高，随着交流电向直流电的转换与发展，在数据中心设计上，其供电架构基本上是以直流电供电为主。这主要是因为对于大多数的服务器电源模块来说，能够完成220V交流电和240V直流电的兼容。因此，在对数据中心进行设计时，就能够用直流电来代替交流电，同时对直流电进行模块化设计，而且也不需要进行逆变转换，有效的提高了配电系统的稳定性和可靠性。对于240V直流电的转换，其级数要比220V交流电转换级数少，效率自然也就提高了，相关设备的运行水平也得到了提高，进而提高了整个配电系统的运行效率。但是对于高压直流配电系统来说，也存在一定的局限性，而且服务器电源也没有得到相应的优化，随着数据中心设计的发展，一种更具优势的电源架构出现，那就是图2高压直流配电系统市电到IT设备的不间断电源架构，此架构仍然使用的是直流电UPS系统，但是去掉了服务器的电源模块，供电方式为机架集中式电源PSU。在交流或者直流机房中比较适用。与传统的配电系统运行效率相比，得到了很大的进步，对云计算业务的发展具有一定的促进作用。

1.3市电直供配电系统分析

对于数据中心节能设计来说，主要的目标就是在保证配电系统安全稳定的基础上，减化电源转换的过程，提高配电系统的运行效率。随着数据中心配电系统的不断进步与发展。市电直供配电系统逐渐发展起来，在此系统中，直接取消了UPS系统，市电与服务器直接相连，在服务器中采用12V电池来启动主机，保证服务器的连续运行。其备用的配电架构为48V直流电源，在数据中心设计上，配电系统的电能损耗达到最低。在市电直供配电系统的不断发展中，通过吸收先进的经验，对其进行不断的改进，240V直流电促成的后备配电架构出现，云数据中心供电系统发展起来。此配电系统，能够有效处理市电异常情况，维持市电正常运行，提高了电源切换的效率，与云数据中新设计的高效性、高应用性、高维护性等优势相符。市直供电方案很大程度上减少了亲配电系统的转换程序，减少了转换层级，配电效率明显提高。

2云数据中心空调系统节能设计与应用分析

2.1传统数据中心空调系统分析

在传统数据中心设计上，对于空调系统的设计，主要是控制机房内部的整体温度和湿度。具体的设计观念是先进行机房的冷却再进行IT设备的冷却。在机房空调设计的具体过程中，首先要对机房内的建筑符合和IT设备负荷进行计算，合理选择温度指标，结合机房的具体情况，对实际气流组织方式进行合理匹配，这也是设计的核心内容。对于机房的空调系统设计，一般主要有集成制冷系统、加湿系统、加热系统和控制系统组成。对于传统数据中心设计来说，耗能较高，主要是因为数据中心设计上，冷热通道没有很好的区分，机架的密封性不好，冷热混流情况时有发生，空调系统的运行效率不高。

2.2云计算数据中心的温度与湿度设计

对于空调系统设计来说，重点就是要设计好IT设备的温度和湿度，提高区域化制冷的效率，设计出科学合理的制冷方案。随着云计算的不断发展，IT设备适应温度与湿度的能力越来越强。根据服务器设计的标准温度，还在进行更加优化的设计。高温服务器也得到了一定程度的发展。这对于云数据中心设计中，空调系统温度与湿度实际标准的变化也具有一定的影响。通过对云数据中心设计的不断创新与发展，空调系统温度和湿度的控制范围也在发生变化，服务器运行的温度与湿度适应能力也在不断提高，促进了云数据中心设计的节能化发展。

2.3高温回风节能空调系统的设计与应用

在高送风回风温度节能空调系统的设计与应用中，主要是根据出水温度的不同，了解空调系统的制冷效果和能耗情况，通常空调的回风温度提高一度，空调系统就会节能3%。因此，在云数据中心绿色节能设计上，冷冻水空调设计的温度已经得到了提高，空调系统的节能性能已经非常突出。通过对不同类型的空调系统的耗能情况进行分析比较发现，其中耗能最高的是机房级别的风冷空调，其次是冷冻水空调，而芯片级别的制冷系统耗能最低。因此，在云数据中心绿色节能设计上，要想提高节能强度，优化空调系统，就要保证散热传递环节尽量减少，要与IT设备的散热源不断接近，送风和回风的路径要尽量缩短，回风温度要适当提高，空调系统的运行效率才会得到提高。

2.4低能耗加湿系统的设计与应用

在云数据中心绿色节能设计中，低能耗加湿系统的应用非常典型。在此系统中，利用纯净水在多孔介质和空气中直接喷洒，形成水雾，在通过送风气流送出，整个加湿过程不需要电能加热，只有水泵和风机的能耗，电能消耗明显降低。

2.5自然冷空调系统的设计与应用

在云数据中心绿色节能设计上，随着温度与湿度控制范围的增加，经过处理的室外低温新风和室外低温冷水被直接应用，已经成为一种可能。利用自然冷风对机房的IT设备进行散热处理，不仅明显的降低了能耗，也具有一定的环保性。特别是在自然低温水资源和自然冷风条件较好的区域，提高自然冷空调设计的强度，利用板式换热器把冷水引入机房内，与机房气流进行隔离换热，再利用室内冷风对IT设备进行冷却，自然冷风空调系统的设计与应用，对于提高空调运行效率，最大化的节能具有重要意义。

3结论

综上所述，随着云计算规模的扩大，在云数据中心设计上，节能性越来越受到重视。要根据实际情况，在具体的设计中，优化设计方案，降低能耗，提高设计的应用水平，促进云数据中心绿色节能设计的更大发展。

作者:刘浩伟 平海鹏 单位:山东省电子信息产品检验院

参考文献

[1]韩玉，韩亚明，刘水旺.云数据中心绿色节能设计及应用实践[J].科研信息化技术与应用，2012，06：56~65.

[2]彭成磊.云数据中心绿色节能需求的虚拟机负载均衡技术研究[D].南京大学，2016.

[3]钟景华，朱利伟，曹播.绿色数据中心节能设计与建设初探[J].智能建筑与城市信息，2013，10：21~30.

[4]王洪亮.云数据中心操作系统设计与实现[D].山东大学，2012.

[5]杨威，高立同，刘彦宏，赵鑫.绿色节能与安全的高校数据中心建设[J].中国教育信息化，2013，01：68~70.