摘要：根據(jù)美國能源部（DOE）的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，美國的整個數(shù)據(jù)中心行業(yè)消耗了約1000億千瓦小時的電力資源，估計約占全美總電力資源使用量的2％以上。鑒于在可預見的未來，在云計算、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字記錄等所呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)爆炸似增長預計還將繼續(xù)，數(shù)據(jù)中心如何消耗能源及實現(xiàn)更高的能源效率方面亟待進行一次革命性的變化。

顯然，美國能源部需要提出更好的關于數(shù)據(jù)中心的建筑倡議，以便使得數(shù)據(jù)中心及其合作伙伴能夠與該機構共同致力于降低能源消耗。該機構的兩大方案包括更好的建筑挑戰(zhàn)，這需要來自企業(yè)的承諾：在10年內(nèi)，減少20%的數(shù)據(jù)中心總能耗;以及更好的數(shù)據(jù)中心建筑效率加速器，該方案要求企業(yè)承諾在五年內(nèi)減少一處甚至多處數(shù)據(jù)中心能源消耗的25%。

該計劃的核心是提高數(shù)據(jù)中心基礎設施的效率，其所使用的能源至少與數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡和存儲設備一樣多。對于基礎設施所需的能源，建筑物冷卻占了絕大部分。根據(jù)美國能源部的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)中心基礎設施的能源效率可通過采用“最佳管理”的節(jié)能措施和策略，提高20%到40%，通常其收回投資回報率的回收期都很短。常見的升級措施包括管理服務器的冷卻氣流、優(yōu)化制冷系統(tǒng)、并按照由美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學會(ASHRAE)所推薦的冷卻空氣供給范圍建議進行冷卻空氣供給。

數(shù)據(jù)中心的能源使用效率

鑒于全美有近三百萬處數(shù)據(jù)中心，美國能源部正在積極的鼓勵這些數(shù)據(jù)中心監(jiān)測其能源使用效率(PUE)，其是通過將數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比而計算得出的。目前，在美國大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的平均PUE值大約是2。

但是，節(jié)能不僅僅是為了“綠色環(huán)保”。讓數(shù)據(jù)中心變得更富能源效率將有助于長期地滿足計算需求的增加和數(shù)據(jù)存儲容量需求的不斷增長。在當前投資預算均相當緊張的情況下，投資于有價值的計算能力將會比浪費資金用于大量的能源消耗更具深遠的意義和影響。

優(yōu)先級沖突

通常情況下，在企業(yè)的IT、基礎設施及財務決策者之間均會存在沖突，因為他們各自的工作目標是內(nèi)在沖突的，同時有關數(shù)據(jù)中心的決策過程也會存在不同意見。

“如果您數(shù)據(jù)中心的策略與貴公司的目標是不一致的，首先，我們會派出一名商業(yè)顧問，以幫助您企業(yè)的IT能夠進入公司董事會。”一家專注于大數(shù)據(jù)基礎設施解決方案的顧問企業(yè)Yttibrium公司的創(chuàng)始人Per Brashers說。“IT是一種資產(chǎn)，需要一個懂得業(yè)務經(jīng)營的人士，以便從基礎設施投資中獲得最大的價值。”

顯然，風險規(guī)避是經(jīng)營數(shù)據(jù)中心的一大重要因素。即使服務器制造商可能保證其設備在服務器入口溫度能夠超過100華氏度，但這依然很難說服數(shù)據(jù)中心運營商提高冷通道溫度，哪怕只是達到80華氏度。

數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的創(chuàng)新

ASHRAE已經(jīng)提議，數(shù)據(jù)中心可以在較高的服務器的入口溫度下實施操作，并鼓勵使用外部空氣和蒸發(fā)冷卻的方式作為最有效的以空氣為基礎的冷卻手段。

直接蒸發(fā)冷卻的方式要比傳統(tǒng)空調(diào)少消耗70%的能源，但這一水平的節(jié)約能源會存在相對濕度較高的缺點。有報告指出，一些最大的數(shù)據(jù)中心運營商，包括Facebook，使用的是直接蒸發(fā)冷卻。

而替代的方案，包括采用間接蒸發(fā)冷卻，會降低溫度而不增加水分。該方案被谷歌和亞馬遜所使用，間接方法的冷卻效率稍微比直接方法低，但仍然僅僅只消耗典型的壓縮機軸承冷卻系統(tǒng)的能量的一小部分。

圖：在間接和間接/直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)中，熱空氣的熱量被水吸收，空氣溫度降低，相對濕度增大。

更先進的系統(tǒng)使用直接和間接蒸發(fā)冷卻的混合，結合了先進的監(jiān)測和控制。例如，一臺由達拉斯的制造商Mestex公司所生產(chǎn)的間接/直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)Aztec，將僅僅只使用類似規(guī)模大小的風冷式屋頂設施或冷卻器系統(tǒng)約三分之一的能量。進一步使用外部空氣冷卻可以減少能源消耗，所消耗的能源還不到傳統(tǒng)系統(tǒng)所需的四分之一。

已經(jīng)部署這些技術的較為先進的企業(yè)可以定期的且絕對敢宣稱其PUE值在1.1上下，而無疑與美國數(shù)據(jù)中心的平均性能度量2.0的PUE值形成了鮮明的對比。 “一瓦特每年的成本約為1.90美元，含稅。”Brashers說。“例如，一個1兆瓦的設施，PUE值為1.90的話，其每年的能源花費將超過100萬美元，而PUE值為1.07的設施每年的能源花費則僅為14.8萬美元。”

靈活、可擴展、節(jié)能的選項

“模塊化的數(shù)據(jù)中心是一種新興的用以替代傳統(tǒng)的磚和砂漿結構制式數(shù)據(jù)中心的方案。” 根據(jù)全球第二大市場研究咨詢公司Markets and Markets在2015年六月公布的一份市場報告顯示：模塊化數(shù)據(jù)中心是一系列各種預先設計的自定義模塊，包括IT、電力、冷卻發(fā)電機，預計該市場到2020年將增加三倍，達到350億美元。

暖通空調(diào)機組(HVAC)是按照“即插即用”的模式設計的，為數(shù)據(jù)中心提供了一種經(jīng)濟的方式，用以增加了計算能力和制冷量。這種類型的HVAC系統(tǒng)的可擴展性有助于消除資源過度配置，及浪費比實際冷卻需求更多的能源成本。

總結

對于間接/直接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)而言，該系統(tǒng)能夠利用外部更冷的空氣，以支持室內(nèi)的制冷，已被證明較之傳統(tǒng)的空調(diào)(包括最新一代的計算機房空調(diào)單元，或稱CRAC)可降低電力消耗。當系統(tǒng)的數(shù)字控制與其他樓宇自動化系統(tǒng)集成時，甚至可以進一步帶來能源成本的節(jié)省。

“在可預見的將來，HVAC的購買決策將基于其降低能耗和成本的能力。”Per Brashers說。目前在數(shù)據(jù)中心提升能源效率的最佳做法，包括采用節(jié)能暖通空調(diào)技術(購買新的或改造冷卻設備)，能夠提供以下優(yōu)勢：

高性能的空氣處理效率：通過采用直接驅(qū)動增壓風扇的變頻驅(qū)動器(VFD)控制，通常保持在95%以上的時間能夠降低能耗，控制設備在部分負荷下運行。

制冷蒸發(fā)冷卻技術，該技術被證明較之傳統(tǒng)空調(diào)能夠降低功率最高達70%。

直接數(shù)字化控制，有助于監(jiān)控和調(diào)整HVAC系統(tǒng)的舒適性，成本和能源效率(包括PUE)。這些控件應該能夠通過Web界面實現(xiàn)24/7全天候遠程訪問，以及在本地通過一個新的設備或墻壁安裝式數(shù)字儀表板訪問。

通過采用最佳實踐方案，如本文中所描述的，越來越多的數(shù)據(jù)中心已經(jīng)實現(xiàn)了能源高效率。特別是那些大型巨頭企業(yè)，如亞馬遜，F(xiàn)acebook和谷歌，均已采取了相關節(jié)能措施。但是，在美國遍布著300萬處數(shù)據(jù)中心，對于很多的中小型甚至有更大的機會來實現(xiàn)節(jié)能和節(jié)省運營成本費用，他們可以通過采用可擴展的，即插即用式HVAC為其間接/直接蒸發(fā)冷卻提供經(jīng)濟實惠的選擇，進而能夠隨著您數(shù)據(jù)中心計算業(yè)務的發(fā)展打造模塊化數(shù)據(jù)中心和新的數(shù)據(jù)中心建筑設施。

關于作者

本文作者邁克爾·卡勒是Mestex公司的總裁。Mestex是Mestek, Inc旗下的一個部門，是一家專注于空氣處理的空調(diào)制造商，對創(chuàng)新富有熱情。Mestex是唯一一家提供行業(yè)標準直接數(shù)字控制幾乎所有的產(chǎn)品，包括Aztec蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的HVAC產(chǎn)品制造商。其Aztec蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)、以及Applied Air、Alton 、Koldwave、Temprite和LJ Wing HVAC系統(tǒng)特別適合于數(shù)據(jù)中心使用。該公司是蒸發(fā)冷卻技術的先驅(qū)，并引領蒸發(fā)冷卻技術行業(yè)的創(chuàng)新超過40年。