前文中提到,数据中心的节能与数据中心的规模、等级和功能模块的关系最密切。因此,数据中心的规模、等级和功能模块的优化组合,在很大程度上决定了数据中心是否节能,是否“绿色”。绿色数据中心的规划原则也出自这3个因素的优化组合。以下所述的规划原则,在建设数据中心过程中得到过验证。
数据中心的等级,是影响数据中心是否“绿色”的一个重要因素。数据中心的等级越高,所要求的冗余度也越高。按高等级建设的数据中心,投资就会大,相应系统效率就会低,节能性较差。尤其是在大规模的数据中心建设过程中,相关人员想要追求高等级,还想要达到节能的要求,就要很好地平衡规模和等级之间的关系,也就是要平衡规模和冗余度的关系。在设计数据中心的冗余度时,要保证其达到数据中心的等级要求,但不能过度追求高可靠性,适度就好。在数据中心中,特别是大型数据中心中,并不是所有的基础设施都需要高冗余设计。冗余度的把握是以数据中心的电子信息系统运行中断将会造成多大的经济损失或引起多大的公共秩序混乱为判断依据的。
一般来说,数据中心的规模越大,等级越高,结构就越复杂,投资也越高。数据中心中各系统的结构,除了和数据中心的规模和等级相关外,还和数据中心各系统发生意外故障时的预设处理模式相关。意外故障包括操作失误、设备故障、正常电源中断等,一般按照发生一次意外故障所设计,不考虑多个意外故障同时发生。设备维护或检修也只考虑同时维修一个系统的设备,不考虑多系统的设备同时维修。在一次意外故障发生或单系统设备维护或检修时,基础设施要能够满足电子信息设备的基本运行需求。数据中心被设计成可以处理多重意外故障时,会造成系统结构复杂、效率低下、投资增加,这样就很难实现“绿色”的目标。系统结构越简单,系统的运行效率就越高。
目前,数据中心存在规划和发展进度不同步的问题。这样会出现需求负荷大于实际投产负荷的局面,导致系统超配,造成系统负荷率偏低,运行效率低下,能耗成本过高。因此,数据中心在设计、建设、维护过程中,应避免各系统负载率过低的情况发生。实践经验表明:UPS平均负荷率由24%提升至35%,运行效率可提升约1.6%。提升电源系统负载率的措施包括设计合理的系统结构,在低负载率时退出或休眠过多冗余设备等。
数据中心利用自然冷源是指数据中心利用低温介质通过对流或导热的方式实现对数据中心冷却降温,以消耗较少的输送低温介质能耗实现制冷的目的。而常用的低温介质有空气、湖水、积雪等。数据中心用自然冷是空调节能的有效途径,实现空调节能就要最大化地延长自然冷的使用时长,发挥“免费供冷”的优势,从而减少压缩机的制冷时长,大幅度降低空调功耗。常见的数据中心自然冷源有风冷自然冷源和水冷自然冷源两种。风冷自然冷源是在室内外温差的驱动下利用室外低温的特性实现IT设备冷却的技术手段。风冷自然冷源系统包括新风冷却、热管、蒸发冷却等,还包括自然冷和机械制冷相结合的氟泵、新风/热管空调一体机、蒸发冷却式冷水机组等。自然冷和机械制冷相结合的空调系统打破了自然冷空调系统单独运行受室外气象参数影响的局限性,扩大了自然冷的使用范围。水冷自然冷源是利用低温水源(江河湖海、积雪融水等)通过空调末端换热器实现IT设备的冷却降温。
数据中心的IT设备靠机房空调送入的低温风与自身散热进行交换,带走热量,从而降低机架内的温度。气流组织起到热交换媒介纽带的作用,当热交换的纽带不顺畅、不合理时,机房空调的设备容量远大于实际需求量,造成空调设备投资增加、运行费用增高,机房能耗效率(Power Usage Effectiveness,PUE)值增大。合理的机房气流组织可提高设备装机功率密度,提高空调系统效率,减少机房运行费用,提高环境安全性。数据中心空调系统气流组织优化的方法有很多,最基本的方法有:冷却设备,按需分配;送回分离,冷热隔绝;低速送风,就近制冷;提升温度,控制温差。
运营管理系统的标准化包括基础设施综合管理系统的标准化和运行维护作业的标准化。基础设施综合管理系统的标准化在于建立完善的层次架构体系,建立从数据分析与并行处理能力,到平台、分级、分权控制体系,再到标准数据结构,实现资产、设备、数据信息、接口规范的标准化处理。运行维护作业的标准化包括基础设施运维流程的标准化、基础设施验收测试的标准化、基础设施容量管理的标准化等。运行维护作业的标准化内容可以根据不同的关注重点,有选择地进行标准化,比如选择基础设施故障主动预防和故障后的应急处理标准,选择基础设施的巡检维护工作的作业计划、作业内容、进展和维护质量标准,选择基础设施的健康度标准等。