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关键词 机房;绿色;节能;空调;监控系统
中图分类号:TN914 文献标识码:A 文章编号:1671—7597(2013)021-093-02
大力开展节能环保工作,对于贯彻落实科学发展观,促进生态文明建设,实施可持续发展具有十分重要的意义。近年来,随着电子政务的快速发展和云计算、物联网等新技术的推广应用,各类数据中心中建设的数量和规模不断增加,机房用电量急剧增加,机房建设和运行节能问题研究已经成为一个重要课题。节能绿色环保是考核数据中心机房建设水平的重要指标之一。采取各种可行的技术措施和管理手段来建设“绿色环保数据中心机房”,越来越受到人们的重视。
据IT行业各大研究机构对数据中心机房的能耗统计表明,中心机房能耗分配情况大概如图所示:IT设备及网络通信设备耗能占51%,空调制冷系统耗能占35%,照明耗能占2.5%,其他损耗占11.5%。因此,数据中心的节能主要从空调、IT设备、网络通信设备、照明等几方面入手。
1 机房建设节能措施的应用
2011年,德州市投资建设了电子政务中心机房。在机房的规划建设中,充分考虑了节能环保的因素,采用了较为先进的技术策略,取得了较好的效果。通过一年多的应用,比传统模式的机房节省电能30%。
1.1 安全节能的配电系统
1.1.1 动力配电系统
为提高机房内各类配电系统的安全性和扩展性,确保正常供电。机房采用2N+1系统供电,双路市电供电;若一路断电,配电系统将通过ATS设备自动切换到另一路供电;如若两路市电全部断电,则由发电机供电。三重保险确保机房设备安全正常运行。市电动力配电系统主要包括:机房精密空调系统、新风系统、市电插座配电系统、市电照明系统等。机房动力配电系统各主要设备设置独立的空气开关控制,不与其他设备交叉,保证供电的安全性。机房内设置配电箱,机房内各回路电缆通过地板下的金属封闭线槽铺设到位。
这样的配电建设保证了电力供给的安全稳定,各支路线采用JDG钢管铺设,最大程度的减少电力传输所消耗的电能,在源头上减少了线路损耗,据统计相比传统设备节约电能可达3%左右。
1.1.2 UPS设备选用
对服务器、网络交换等重要的设备,我们采用2套UPS供电。两套UPS设备为独立的供电回路,每个回路均能满足计算机机柜100%的用电负荷,任何一路空开或者线路故障不影响另一路的正常使用。普通UPS在负载50%左右下负载效率仅可达到80%-90%,会造成能源的巨大浪费,我们选用的UPS在50%的负载下整机效率为95%-96%,在整机效率上比普通UPS提高4%-5%,以我们的200KVA UPS为例,每年将节约电费非常可观:
以200KVA 70%负载计算:140/0.96-140=5.83 KW,140/0.92-140=12.17 KW两者相差6.34 KW,6.34 KW*24*365天*0.8元/度≈4.5W元,即两台UPS设备每年共节约9万元电费,节能的成果是巨大的。
1.2 空调制冷相关节能措施
我们选用的专业的精密空调,具有冷负荷强度高,设备散热量大,散湿量小的特点。空调送风的焓差小、风量大,空气洁净度高,全年运行可靠性高,能够快速节能除湿,对工作环境的温度适应范围大,保证夏季高温和冬季低温时正常工作等特点。
冷热通道的构建将直接影响制冷的效果,如果机柜正面朝向同一方向,后方会吸入前方机柜的热量,制冷效果很差。我们采取了下送风,下回风的策略,两排机柜正面面对面,建立冷通道,强化空调的冷却效率,避免造成冷热混风现象。空调冷风送入计算机机房架空地板,以此作为送风静压箱,经过蜂巢板,送入室内和机柜,被加热后的热空气,通过机柜顶部风扇从上部排出,再经顶棚回风口排出。
而蜂巢板的位置越靠近机柜则制冷效果越好,用下送风,上回风的制冷方式,尽可能的让蜂巢板接近机柜的进气口,尽量让冷空气能进入冷通道中,产生足够的风压,则可以有效率的降温。这样的方式可以大大提高制冷效率,比传统方式节电10%左右。
1.3 服务器和网络设备的选用
数据中心中的耗电大户是各类IT设备,如何选用低能耗的设备至关重要。根据业内节能定律,终端IT设备每节省1 W的电能,可使整体系统节省2.48 W的电能。在IT设备的采购上,我们将电力成本纳入整体采购成本,不只看初期的购置成本,更注重后续的运维成本,尽量选用新型低能耗服务器和网络设备,以降低能耗。另外,尽量选用低电压设备,减少电力转换环节带来的能耗。根据业内节能定律,终端IT设备每节省1 W的电能,可使整体系统节省2.48 W的电能。减少电力旅行,电力转换环节能够极为有效地节省机房能耗。
1.4 机房装修建设节能处理
1)机房内下送风区域地面刷漆防尘处理后贴20 mm橡塑保温板,做保温处理。彩钢板墙面、石膏板墙内均填充50 mm保温玻璃棉。如此,对于机房冬季保温、夏季隔热和防凝露问题的控制具有明显效果,从而达到节能的目的。
2)钢网隔断应用。在机房部分区域内进行了钢网隔断,这样既有利于物理隔断,又有利于冷热通道回风。
1.5 完善的环境监控及远程KVM管理
为了使机房内的设备安全稳定的运行,我们为机房安装了一套完整的环境监控系统。该系统可以实现对机房温湿度、UPS系统、配电系统、空调系统、漏水检测系统、视频监控系统、门禁系统、消防系统、防雷系统的全面监控。所有监控信息均集成到同一系统,通过WEB页面便可随时监控机房状态。当有意外故障发生时,环境监控系统可以通过短信,语音、声光报警等方式,在第一时间通知机房管理人员。
此外我们还采用了纯数字化的KVM系统,实现系统和网络的高可靠管理性,提供绝对安全的使用环境和非常详细的以备日后审计的KVM远程客户端全程操作系统日志和录像,提高管理人员的工作效率的同时提高机房的安全级别,实现机房的无人化、智能化管理。这种数字KVM减少了因操作人员频繁进出机房导致的室内温度升高及冷量流失,同时也能减少机房内的灰尘污染,进一步提升了机房的节能效果。
2 机房运行维护过程中的节能改进措施
虽然机房初期建设已经做了大量节能处理,但在机房运维过程中仍有部分地方可以进一步改进。下面笔者根据实际机房运维经验总结一下,以期进一步降低机房能耗。
1)定时清洁高架地板底层。机房建置完毕,很少会清理高架地板底层,如果高架地板底层有大量灰尘或者泥沙,那么都会透过蜂巢板,吹入IT设备中,容易造成IT设备故障,让IT设备风扇沉积灰尘,降低转速,造成系统温度过高,提高电力输出。定时清理不仅可以保证机房的整洁,延长IT设备使用寿命,减小事故发生概率,同时也有节能的作用。
2)移除高架地板不必要的线路阻碍。如果有太多的网络线或者电源线,则会阻碍空气流动,降低空调制冷效果。
3)定时检查系统负荷量。随着机房设备不断增加,机房管理人员并没有注意到随着负荷量的增加,供配电和制冷的限度达到容量极限。定时检查机房整体效率,确保机房内IT设备用电量、散热量没有达到机房供配电和空调系统的总负荷量,造成小马拉大车,增加用电量的现象。
4)小型化模块机房。大型机房由于机房面积大,容易导致空调冷风送风距离长,远程机柜冷空气进气不足,造成电力浪费。如果将大型机房分割成小型化模块机房,回风距离短,则能够有效降温,减少能耗费用支出。
5)闲置机柜使用挡板。为了避免机柜过密,发生IT设备局部过热现象,许多机房不会将机柜放满,预留一些闲置空间,降低整体机柜散热。如果有闲置机柜,建议用挡板隔开闲置机柜。原理如下:机柜的进气模式是前进后出,那闲置机柜的后方热气会与机柜前面冷风混合,造成混风,降低制冷效率。
6)移除不必要的机柜缆线。如若机柜内光纤线,网线,电源线杂乱排布,则制冷气流必然会受到阻塞,从而影响对设备的散热。因此尽可能排除不必要的缆线,将缆线长度裁剪至合适长度,并将缆线平均分配在机柜两侧则可以有效避免此类问题发生。
7)封闭闲置的机房蜂巢板,避免能耗浪费。
8)定时更换精密空调过滤网。过滤网的堵塞会大大降低空调的送风量,大大降低空调的制冷能力,增大功耗的同时也会对空调压缩机产生巨大负担,导致空调压缩机故障。
9)空调制冷方式的改造。如果随着IT设备的大幅增加,原配空调送风已经达不到制冷要求,则应考虑改造空调制冷方式。如采用独立气道制冷、水冷等。据统计,水冷仅需要传统制冷方式四分之一的能耗。
10)空调温度的设定。根据《电子信息系统机房设计规范》(GB50174-2008),机房温度要求设定为23℃±1,但是由于各个机房地域位置的不同,季节的不同,可以稍灵活的根据自己所在机房的情况进行设定,夏天和冬天可以稍有区别,灵活设定温度、湿度,在1℃-2℃范围内变化,达到节能目的。
11)照明设施的改进。虽然照明设施的能耗仅占总能耗的3%左右,但照明设施的改造依然能够有效的节能大量电能。例如采用LED灯具,LED灯具具有节能,高亮度,使用寿命长等众多优点。
以德州市电子政务中心机房为例:
现用的照明设备为节能灯栅,设备数量为34组20 W*3灯具,42组40 W*3灯具,那么年耗电量为(3*20*34+3*40*42)*24*365=62020800 w.h=62020.8度*0.82=50857元。
另考虑到并不是所有灯具24小时照明所以取0.6为实际值,则年照明费用约为30514元。
如果改用LED灯栅,据笔者了解情况20 W节能灯选用8 W LED灯具即可替代,40 W灯具可用18 W LED灯具替代。则可以节约约6成能耗,每年可节约电费30514*0.6=18308元。项目投入据行情了解8 W售价为60元,18 W售价为80元,则投入为60*3*34+80*3*42=16200元。
即使用LED灯具一年即可收回成本。以后每年则可以为财政节约机房电费为18303元。
12)机房管理员要树立节能意识。加强教育,树立机房管理人员的节能意识和良好的节能习惯。杜绝人离开照明设施不关闭,闲置计算机不关闭,不关机房门等不良现象的发生。
3 结束语
通过精心的设计,笔者所在部门中心机房投入运行,供电系统,制冷系统,网络和服务器设备,环境监控系统正常高效运转,数据中心节能效果显著,预计节能效果为25%-30%,节约了大量财政支出,新的一年里我们将以十精神为指导,积极探索符合个体机房的运行模式和发展道路,开拓创新,做出更大的贡献。
参考文献
关键词:夏热冬冷;围护结构;节能技术;办公建筑
中图分类号:TU111.4 文献标识码:A 文章编号:1006-8937(2015)30-0066-02
1 建筑节能
近年来能源短缺问题受到了普遍关注。中国的国情决定了它是个能耗大国,且办公数量最多,办公建筑是公共建筑中的能耗大户,由2014年中国统计年鉴可知建筑业能耗所占比例也在逐年增大,因此建筑节能水平的改善更显得尤其重要。我国夏热冬冷地区属于非集中供热区域,在过去很长一段时间里,该地区的建筑节能设计目标主要是解决建筑保温的问题,适当的考虑隔热。该地区建筑节能的各个环节都还非常薄弱的。因此,办公建筑的各项节能工作在该地区进一步展开显得尤其重要。本文主要通过分析我国夏热冬冷地区办公建筑的能源消耗,根据分析结果更加明确的对办公建筑的围护结构(建筑物外墙、屋顶、外门窗等等)提出建筑节能的设计措施,从而作为节能设计的参考。
2 现有公共建筑在夏热冬冷地区的能源消耗现状
根据李建等对安徽省城镇2006年现有民用建筑能耗的调查和李永存等2008年对浙江省现有公共建筑能耗调查结果表明夏热冬冷地区现有的大型公共建筑能耗过高已经成为一个事实,而导致现有公共建筑高能源消耗的最根本原因就是该建筑围护结构的节能措施没有落实到位。
《公共建筑节能设计标准》指出:公共建筑的节能任务主要由建筑围护结构、空调设备和照明设备等三个方面的节能来承担。由于本文主要研究的是建筑围护结构在夏热冬冷地区对建筑能源消耗的影响,因此只讨论通过建筑围护结构的光线辐射、热交换和空气交换对建筑的空调和采暖能耗的影响因素。
在我国夏热冬冷地区,建筑的总得热和总失热分别由以下几部分构成,见表1。由此可知为了使室温保持稳定就必须要维持建筑物总得热和总失热的平衡。即:冬季建筑物必须获取热量;夏季恰好相反,且室内空调制冷量应等于建筑围护结构传热的热量与透过门窗缝隙空气渗透得热量之和。
3 夏热冬冷地区现有公共建筑的围护结构节能技术 对建筑能源消耗的影响
夏热冬冷地区由于涉及四个自身因素(夏季隔热、冬季保温和过渡季节的除湿及自然通风),该地区的建筑热过程区别于寒冷的北部地区以及热带地区。因此在该地区进行围护结构热工设计的时候要参照其气候特点,考虑自然通风条件下建筑热湿过程的双向传递和冬夏季不同方向的热传递。
3.1 夏热冬冷地区外墙的节能技术措施及其对办公建筑 能耗的影响
寒冷地区建筑物的保温性能主要是由外墙的热特性以及围护结构内外表面与室内外空气的换热状况决定的,从而表明提高外墙保温性能的主要措施就是减小围护结构的传热系数。
建筑节能的关键部位是建筑外墙由于它负责建筑立面上的能量存储和传递。外墙主要是在保温和隔热性能两方面实现建筑节能,墙体保温一般有内外保温和墙体保温三种形式,墙体隔热能力的提高一般是通过采用各种保温材料来增强墙体热阻实现的。以上所说,办公建筑外墙节能技术的运用可以大大降低外界气温对室内热环境的影响,进而达到降低建筑能源消耗的目的。在今后的办公建筑围护结构节能设计中,还要继续改进外墙保温和隔热的节能技术。
3.2 夏热冬冷地区屋面的节能技术措施及其对办公建筑 能耗的影响
建筑物上部与外界在屋面处直接接触,故屋面的保温隔热对办公建筑的节能也有重大意义。屋面的节能可以通过设置封闭的空气层和隔气层来实现,使用聚苯板、水泥聚苯板等保温材料。屋面的外表面使用各种保温材料做成保温屋面,使用的保温材料如聚苯板、玻璃棉板等。由于屋面保温层负荷的影响,对于实体材料层的保温隔热屋面不能够选择密度太大的材料。夏热冬冷地区建筑屋顶的奇特构造及其保温隔热材料的性质决定了它节能技术的丰富性。该地区屋面主要有倒置式、蓄水、通风以及种植四种构造形式。这四种屋面通过自身的优势来达到办公建筑节能的目的。例如,倒置式屋面通过重新设置保温层与防水层的位置,使其节能效果高与传统屋面;蓄水屋面通过在屋面贮存水层,在夏季利用水的蒸发吸热阻止屋面的热传导达到隔热目的,实现建筑节能;通风屋面是一种新型的屋面节能方式,被广泛应用于我国的夏热冬冷地区;种植屋面利用屋顶花园的形成,达到更好的节能和生态效应。
综上所述,建筑的屋面节能主要有弱化屋面太阳辐射吸收性能和在屋面结构中设置保温层两种节能技术措施。
3.3 夏热冬冷地区门窗的节能技术措施及其对办公建筑 能耗的影响
门窗的热损失在办公建筑围护结构中占很大一部分。由于相对较差的门窗保温隔热性能,冬季散热相当严重,而夏季在缺乏辅助遮阳措施时也会有大量的太阳辐射进入室内。因此,相对于墙体门窗的传热损失更大,且影响室内热环境。办公建筑的门窗节能措施主要从以下几方面来实施:①调整建筑门窗热、光环境,加强门窗保温隔热性能从而降低其能源消耗。②严格按照规定控制门窗比例,节能设计标准中给出了节能建筑设计中建筑窗墙面积的科学标准,即朝向为北的墙体窗墙面积比为0.25,朝向为东、西的墙体窗墙面积比为0.3,朝向为南的墙体窗墙面积比为0.35。③门窗的玻璃选材,积极采用中空、充气、低辐射玻璃,不管建筑门窗的形式是什么,其安装材料都一定要选择玻璃,且玻璃要占窗户总面积的80%或以上。④降低门窗渗透,增强外窗的气密性能够显著降低空气的渗透。
4 结 语
办公建筑的围护结构是一个坚实的屏障对于应对恶劣的室外环境以及创造舒适的室内环境,故而对于办公建筑围护结构自身能效的提高对于实现建筑节能的意义非凡。因此,分析和研究办公建筑围护结构节能技术对其能耗影响对《公共建筑节能设计标准》的实施和建筑节能设计经济、社会效益的实现具有重大意义。本文针对夏热冬冷地区的建筑环境现状,分析了围护结构影响建筑能耗的各种因素。结合办公建筑的能耗特点,对其围护结构进行合理的节能设计,从而构建一个舒适的办公环境同时达到实现节能减排降和低能耗的目的,进一步推动我国的节能事业发展。
参考文献:
[1] 李建,段宗志,彭志胜.安徽省民用建筑面积及能耗现状调查分析[J].建 筑节能,2009,(1).
[2] 李永存,陈光明,唐黎明.浙江省公共建筑能耗调查与节能对策分析[J].
建筑节能,2009,(10).