隨著云計算的高速發(fā)展，大型數(shù)據(jù)中心建設(shè)在全球掀起了新的熱潮。數(shù)據(jù)顯示，目前全球數(shù)據(jù)中心的用電量和碳排放量已經(jīng)占據(jù)全球總量的1%以上，由于數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，這一比重還在迅速提高。在此背景下，構(gòu)建綠色高效的數(shù)據(jù)中心已不再僅僅是企業(yè)基于自身經(jīng)營需要的選擇，同時也是企業(yè)乃至整個行業(yè)都必須肩負(fù)的重大社會責(zé)任。作為綠色節(jié)能技術(shù)的行業(yè)推動者和踐行者，華為憑借在數(shù)據(jù)中心建設(shè)領(lǐng)域的多年實(shí)踐，提出了“4步走”的全生命周期節(jié)能觀點(diǎn)，助力運(yùn)營商量身打造綠色高效的數(shù)據(jù)中心。
第一步：規(guī)劃為先，制定合理的建設(shè)目標(biāo)
一個數(shù)據(jù)中心是否綠色高效，很大程度上是由其規(guī)劃決定的。在規(guī)劃階段，建設(shè)者需要確定建設(shè)規(guī)模、標(biāo)準(zhǔn)、選址、分期計劃，技術(shù)上要明確可用性、功率密度、PUE（Power Usage Effectiveness）等重要指標(biāo)。其中的PUE指標(biāo)是衡量數(shù)據(jù)中心設(shè)施能效的重要依據(jù)，通常PUE值越低，能效越好。而PUE值的高低受建設(shè)規(guī)模、可用性、功率密度，尤其是所在地自然氣候條件的制約，其中影響最大的因素是選址。建設(shè)者應(yīng)該優(yōu)先考慮全年低溫時間較長的地區(qū)，或者河邊、海邊等水源豐富的地區(qū)，充分利用自然冷源，降低制冷系統(tǒng)的能耗。另外，選址還應(yīng)該綜合考慮當(dāng)?shù)乜諝獾臐穸取崈舳取⑺嵝詺怏w含量等因素，避免因?yàn)檫^濾、加濕增加額外能耗。比如華為幫助中國移動在哈爾濱建造的一個試驗(yàn)性的數(shù)據(jù)中心，結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件、空氣質(zhì)量等因素，采用了轉(zhuǎn)輪空調(diào)的間接換熱方案，在利用室外低溫空氣的同時，隔絕了機(jī)房內(nèi)外部空氣的交換，從而有效地避免了冬季加濕和酸性氣體腐蝕等問題。經(jīng)過第三方檢測機(jī)構(gòu)連續(xù)6個月的測試，其平均PUE值僅為1.22。為此，該項(xiàng)目獲得了當(dāng)年“DCD綠色數(shù)據(jù)中心獎”。
第二步：選擇合適的制冷方案
充分利用自然冷源進(jìn)行免費(fèi)冷卻，是數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能的一個主要發(fā)展方向。為了充分利用空氣、地表水、地下水等免費(fèi)冷源，工程師們設(shè)計出了直通風(fēng)、水源熱泵、江水（海水）直接冷卻、直接蒸發(fā)等等眾多的新型制冷系統(tǒng)，其中一些已經(jīng)顯現(xiàn)出較好的應(yīng)用前景。比如在空氣質(zhì)量良好、溫濕度較適宜的地區(qū)，可直接利用冷空氣作為冷源，實(shí)現(xiàn)免費(fèi)供冷。華為在土耳其伊斯坦布爾為當(dāng)?shù)乜蛻粼O(shè)計的一個大型數(shù)據(jù)中心就是很好的例子，其制冷系統(tǒng)采用了直通風(fēng)與風(fēng)冷冷水系統(tǒng)結(jié)合的方案，由于全年完全機(jī)械制冷時間只有215小時，其年平均PUE值可達(dá)到1.28。
為了延長利用自然冷源的時間，需要提高對服務(wù)器機(jī)柜的送風(fēng)溫度，這就對服務(wù)器等IT設(shè)備提出了更高的要求。近10年來，主流設(shè)備供應(yīng)商改進(jìn)了其產(chǎn)品設(shè)計，使得IT設(shè)備能夠在35攝氏度、甚至更高的送風(fēng)溫度下正常工作。
在空調(diào)系統(tǒng)的末端，縮短送風(fēng)路徑、減小熱交換的損耗是降低能耗的主要發(fā)展方向之一。空調(diào)系統(tǒng)與IT設(shè)備之間的熱交換，從房間級空調(diào)自然送風(fēng)發(fā)展到冷熱通道分離和封閉冷（熱）通道；在功率密度較高的場景中，行級空調(diào)的應(yīng)用進(jìn)一步縮短了送風(fēng)距離，降低了損耗；另外還有尚處于商業(yè)應(yīng)用初期的熱管背板、冷水前板等機(jī)柜級方案，和處于試驗(yàn)階段的服務(wù)器甚至芯片級冷卻方案。其思路都是將換熱媒介盡量地靠近需要冷卻的IT設(shè)備，以提高換熱效率。目前，華為已在實(shí)驗(yàn)室完成了服務(wù)器液冷技術(shù)的原型機(jī)驗(yàn)證。在中國移動南方基地項(xiàng)目建設(shè)中，華為就采用了密閉冷通道、行級空調(diào)、熱管背板等新技術(shù)。與傳統(tǒng)的房間級空調(diào)相比，在空調(diào)末端這一環(huán)節(jié)可以減少20%～40%的能量消耗。
第三步：利用清潔能源、提高電氣系統(tǒng)效率
供配電系統(tǒng)是另一個能耗較大的環(huán)節(jié)，近年來技術(shù)人員在提高產(chǎn)品性能與改進(jìn)系統(tǒng)架構(gòu)等方面不斷創(chuàng)新，大大減少了供配電系統(tǒng)自身的能耗。同時，充分利用太陽能、風(fēng)能等清潔能源，可以有效減少碳排放。比如華為在墨西哥為Alestra的數(shù)據(jù)中心設(shè)計的一套以天然氣為一次能源的冷熱電三聯(lián)供系統(tǒng)，以天然氣為發(fā)電機(jī)燃料，為數(shù)據(jù)中心提供100%的電力供應(yīng)。相比燃煤或燃油機(jī)組，其發(fā)電環(huán)節(jié)的碳排放量顯著降低。與此同時，燃燒產(chǎn)生的高溫廢氣、廢水被重新利用，驅(qū)動吸收式冷機(jī)運(yùn)行，產(chǎn)生的冷量能夠滿足整個數(shù)據(jù)中心70%左右的需求。
在簡化供電結(jié)構(gòu)方面技術(shù)人員做出的主要改進(jìn)之一是去UPS化。由于UPS在為IT設(shè)備提供優(yōu)質(zhì)、可靠電力的同時，自身也要消耗5%左右的電能，已經(jīng)有越來越多的人嘗試用新的電源技術(shù)替代基于UPS的方案，包括利用動能的飛輪UPS、減少交直流轉(zhuǎn)換的高壓直流方案，以及基于電池組的機(jī)柜級備電方案等。其中高壓直流方案相比UPS方案減少了兩次交直流轉(zhuǎn)換，能夠?qū)崿F(xiàn)更高的效率。比如華為幫助聯(lián)通在上海建設(shè)的一個采用240V高壓直流和UPS混合供電方案的數(shù)據(jù)中心，其電源系統(tǒng)的能效就達(dá)到了96%。隨著技術(shù)及工藝水平的進(jìn)步，高壓直流電源的效率還會進(jìn)一步提高。
第四步：運(yùn)維和管理中不斷調(diào)整、優(yōu)化
數(shù)據(jù)中心建成后的日常運(yùn)維和管理工作對實(shí)際能效同樣會產(chǎn)生較大的影響。一方面，正確的日常維護(hù)有利于各種設(shè)施保持在良好的工作狀態(tài)；另一方面，由于冷機(jī)、冷卻塔、空調(diào)風(fēng)機(jī)等主要耗能設(shè)備都存在一個非線性的效率曲線，在設(shè)計建造時很難將其控制策略和相關(guān)參數(shù)一次性設(shè)定到位，只能在實(shí)際運(yùn)行中不斷進(jìn)行摸索和調(diào)整。另外，IT設(shè)備和運(yùn)維水平能夠承受什么樣的室內(nèi)溫、濕度范圍，也只有通過一定時間的實(shí)際運(yùn)行才能摸索出來。在數(shù)據(jù)中心建成后，如果安排專門人員有計劃地摸索、記錄、調(diào)整這些運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過2～3年的運(yùn)行即可達(dá)到最佳能耗。比如百度在北京酒仙橋的數(shù)據(jù)中心就通過2年多的不斷調(diào)整和優(yōu)化，將PUE從設(shè)計時的1.40降低到1.33，從而節(jié)省了大量運(yùn)營成本。
華為從全生命周期角度出發(fā)，提出“4步走”的節(jié)能觀點(diǎn)，致力于幫助運(yùn)營商規(guī)劃、建設(shè)并管理一個高能效、環(huán)境友好的新一代綠色數(shù)據(jù)中心，不僅為企業(yè)經(jīng)營帶來收益，更為保護(hù)我們共有的地球家園做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。
