数据中心的绿色化发展趋势 和低碳技术应用 文Ｉ中国电子工程设计院 李【摘明 要】本文初步收集了国内外数据中心绿色化发展现状和趋势，从选址、空调系统、电气系统、 ＩＴ系统等方面提出了建设数据中心低碳技术的应用。 【关键词】绿色数据中心低碳技术绿色ＩＴ云数据中心 △士球气候变暖、生态危机、能源危机 等环境和能源问题的出现对人类 （１）美国环境保护署（ＥＰＡ）已发布能 源之星５ Ｏ版显示器规范、能源之星计算机 规范５．０版、能源之星服务器规范１．０版， 的生存和发展产生了严峻挑战，走可持续发 展道路已成为全球共同面临的紧迫任务。作 为能耗占全部能耗１／３的建筑业，很早就将 可持续发展列入核心发展目标，绿色建筑在 这种环境下应运而生。作为建筑的一种类型， 数据中心的低碳化发展已成为建筑和ＩＴ行业 目前关注的热点。随着新技术、新业务的迅 速发展，ｌＴ系统的规模不断攀升，数据中心 规模猛增，能耗越来越高，数据中心运营成 本也不断增高，由此带来的碳排放问题和环 境污染问题，对数据中心的节能降耗、履行 社会责任提出新的挑战。 正在制订能源之星服务器规范２．０版、能源 之星显示器规范６．０版、能源之星ＵＰＳ规范 １．０版和数据存储设备能源之星规范１．０版本。 （２）美国绿色网格联盟（ＴＧＧ）制订了 数据中心能效评价标准 美国绿色网格联盟于２００７年２月２６日 设立，是一个以提高数据中心和ＩＴ设备能效 的全球产业联盟。截止目前，已发布了包括 电源使用效率（ＰＵＥ）、数据中心基础结构效 率（ＤＣＩＥ）等多部有关数据中心能效标准的 ，并推动电源使用效率（ＰＵＥ）成为 业内通用的衡量数据中心能源效率的标准。 １国外绿色数据中心发展现状 ２００５年建于美国马里兰州厄巴纳的联 邦国民抵押贷款协会厄巴纳技术中心是第一 个得到国际公认的绿色数据中心，建筑面 积为２３０００ｍ ，其中有一半的面积为数据 中心。该建筑通过了美国绿色建筑委员会 （３）正常运行时间协会（Ｕｐｔｉｍｅ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ １发布了热密度趋势报告 成立于１ ９９３年的正常运行时间协会是一 个提供数据中心培训和咨询的组织，近年将 注意力投入到数据中心能效和环境因素研究。 协会定期进行学术讨论会，并已发布包括数 据中心热密度报告的多部以绿色环保数据中 （ＵＳＧＢＣ）的能源与环境设计认证（以下统 称“ＬＥＥＤＴＭ”）。 虽然世界上第一个绿色数据中心的建成 心为主题的。从２００８年开始，正常 运行时间协会通过颁发绿色企业ｆＴ奖，来奖 才几年，但绿色数据中心的理念已被广泛传 播和接收。截止目前，绿色数据中心的节能 技术和节能产品规范得到相关国际组织和企 业的大力支持，主要包括： 励那些提高数据中心能效的公司。 （４）欧盟制订了非官方的数据中心行为 准则 欧盟对能效、减少温室气体排放和其他 ｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ＆Ｃｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ２０１ ３ ２ Ｎｏ．１ ９５ １ ０５ ｌ Ｔ技术与工程 Ｉ ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＥＩ￣ｇｉｎｅｅｒ ｍｇ Ｃａｓｅｓ 环境问题的关注程度居世界领先水平，并已 经发布了非官方的数据中心行为守则，以鼓 励提高数据中心的能效。欧盟还通过了欧盟 建筑能源行动指令，并为其成员国设定能源 消耗和碳排放量降低指标，规范了单独应用 于宽带设备、数字电视设备、供电和用电及 ＵＰＳ系统电能效的行为。 （５）美国绿色建筑协会（Ｕ Ｓ Ｇｒｅｅｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｃｏｕｎｃｉｌ）制订了数据中心绿色评价标准 由于ＬＥＥＤＴＭ作为绿色建筑的评估系统， 无法准确评估数据中心与计算环境相关的功 能及无法反映数据中心对环境造成主要影响 的特征，业界又希望ＬＥＥＤＴＭ认证能够更好 地对数据中心进行绿色评估。因此，美国绿 色建筑协会组织工作组制定了专门用于数据 中心项目的绿色评级标准。美国劳伦斯伯克 利国家实验室（ＬＢＮＬ）正在为能源与环境设 计认证开发应用于数据中心的绿色评估标准。 （６）众多业内企业实施绿色数据中心计划 国际商业机器公司（ＩＢＭ）实施了“绿色 创新工程”，惠普公司（ＨＰ）针对下一代数 据中心（ＮＧＤＣ）提出适用性ｌＴ基础设施解 决方案，戴尔公司（Ｄｅｌ１）携手合作伙伴构建 绿色数据中心生态系统。 （７）国外绿色建筑评估体系 目前国际上的绿色建筑认证体系主要 有：ＬＥＥＤＴＭ（美国）、ＢＲＥＥＡＭ（英国）、 ＣＡＳＢＥ（日本）、Ｂｌｕｅ Ａｎｇｅｌ（德国、北欧）等。 《绿色建筑评估体系》（Ｌｅａｄｅｒｓｈｉｐ ｉｎ Ｅｎｅｒｇｙ ＆Ｅｎｖｉ ｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｄｅｓｉｇｎ ＢｕｉＩｄｉｎｇ Ｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，ＬＥＥＤＴ ）是目前世界各国建筑环 保评估、绿色建筑评估及建筑可持续性评估 标准中最完善、最有影响力的评估标准，已 成为世界各国建立各自绿色建筑及可持续性 评估标准的范本。 ２国内绿色数据中心发展现状 随着云计算、物联网、智慧城市、移动 １ ０６智能建筑与城市信息２０１ ３年第２期总第１ ９５期 互联网的落地实施，使得数据中心建设规模 迅速增大，数据中心能耗在国内也受到越来 越多的关注。 （１）《电子信息系统机房设计规范》ＧＢ ５０１７４—２００８的颁布，规范了电子信息系统 机房的设计，使得建设的数据中心达到技术 先进、经济合理、安全适用和节能环保。 （２）住房和城乡建设部正在组织专家编 制《数据中心设计规范》 《电子信息系统机房设计规范》ＧＢ ５０１７４—２００８颁布后，在业内取得较好的效 果，但是随着云计算技术、移动互联网的发 展，数据中心数量和面积越来越多、越来越 大，并且绿色数据中心概念的提出，急需能 指导规范数据中心绿色设计的相应规范出台 因此，２０１ １年住房和城乡建设部组织行业内 专家启动了《数据中心设计规范））ｃ （３）“云计算发展与论坛”发布了数 据中心能效测评指南 ２０１ ２年３月１ ６日，在“云计算发展与 论坛”第二次高端会议上，发布了我国 《数据中心能效评价指南》，指南结合我国数 据中心实际发展情况，定义了电源使用效率 （ＰＵＥ）、局部电源使用效率、制冷／供电负 载系统和可再生能源利用率四个数据中心能 效评价指标，提出了具体的能效评价指标测 量方法和数据的发布要求等。 （４ Ｊ中国工程建设标准化协会信息通信专业 委员会数据中心工作组发布了《数据中心供配电 系统技术））、《数据中心空调系统应用技术 ）），对于数据中心建设运营方、设计院工 程技ＹＡＰ，．员、系统集成商具有重要的指导意义。 （５）国内许多骨干企业提出了因地制宜 的绿色数据中心解决方案 华为技术公司提出了面向服务的下一 代绿色数据中心解决方案，帮助用户解决数 据中心面临的高成本、低效益问题。面向服 务的下一代绿色数据中心解决方案引入模块 化设计理念，以绿色节能为核心，综合运用 数据中心热管理和ＩＴ虚拟化技术，应用自动 化运营管理平台。全面助力用户构建可运营、 可维护、可扩展的业务增值与创新中心。 中兴通讯公司借助能效矩阵概念为用 户打造新一代数据中心。中兴通讯公司新一 代数据中心解决方案从劳动密集型、硬编码、 特定和孤立的体系结构转变为模块化、虚拟 化、可扩展、以服务为导向和自动化管理的 云计算／存储环境。建设“自动化７×２４无 人值守”的新一代数据中心，使用户获得更 低的建设和运维成本、更快的响应速度、更 高的服务质量和更好的客户体验，为客户打 造可运营、可管理、安全可靠和绿色节能的 ＩＴ综合业务平台，帮助目标客户向最终用户 提供ＶＩＰ数据中心、机柜租用、主机租用、 ＶＰＳ主机、主机托管、网站托管和企业邮局 等基础业务，提供域名解析、内容分发、网 站加速、负载分担、统计分析、安全管理和 备份容灾等增值业务。 中兴通讯公司新一代数据中心采用结构 化分层的方法，集合设施层、硬件层、虚拟层、 软件平台层为ｌａａＳ服务模块，集合能力层、 应用平台层组成ＰａａＳ服务模块，软件服务 层组成ＳａａＳ服务模块，有效地覆盖数据中 心的全方位应用业务。 ３数据中心低碳技术应用 数据中心绿色化应以全生命周期方 来实现，首先建设阶段应选址于具有充足可 再生能源地区，其次要充分利用空调系统、 电气系统、ｌＴ系统的低碳技术和措施。 ３．１选址 数据中心位置与其绿色程度密切相关， 具有充足可再生能源的地区比可再生资源匮 乏的地区建造数据中心更加绿色和更有优势。 在数据中心选址时，应从以下方面考虑： （１）电力混合 优先选择在碳排放因子较低的区域。 （２）气候 优先选择在较寒冷的地区。 （３）建筑标准 采用绿色的建筑标准。 ３．２空调系统节能 ３．２．１数据中心的温度 数据中心的温度要求决定了数据中心空 调系统的工作负载和电力消耗，； ｌＴ设备温 度控制在１８ｏＣ以下明显比控制在２４ｏＣ消耗 更多的电能。 长期以来，数据中心运维人员都习惯性 将数据中心环境维持在低温度环境下，使得 ｌＴ设备保持一个高性能的工况。随着高密度 ｌＴ设备的购置和使用，使得数据中心空调系 统电力消耗成倍增加，运维人员和空调行业 逐渐认识到提高运营温度可以节约可观的电 能和降低运营成本。 美国供暖、制冷及空调工程师协会 （ＡＳＨＲＡＥ）扩展了推荐的ＩＴ硬件温度范围， 实现数据中心的节能。ＡＳＨＲＡＥ推荐使用的 服务器入口温度范围是１８℃～２７ｏＣ，接近于 ２００４年的推荐值２０℃～２５ｏＣ的两倍。 同时，谷歌、惠普、微软等公司均选择 提高各自数据中心环境的温度设定值，作为 减少能耗和降低成本的一种方法。高德纳咨 询公司（Ｇａｒｔｎｅｒ）发表的“如何在数据中心 节能百万千瓦时”报告中指出，将提高运营温 度推荐为一种减少数据中心能耗的使用方法。 对于已设计安装了节能装置的数据中心， 提高环境温度的节能效果更显著。数据中心 ＩＴ设备所能接受的温度越高，节能装置每年 对设备常规制冷系统起补充作用的天数就越 多，从而能够降低能耗、电费和碳排放量。 未设计安装节能装置的数据中心的节能 效果会稍微低一些。但仍然因空调系统送风 ｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ＆Ｃｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ２０１３ ２ Ｎｏ １９５ １ ０７ Ｔ技术与工程 Ｉ ｅｃｈｎｏｔｏｇｙ ａｎｄ Ｅ｛７ｇｉｎｅｅｒｉ￣ｌｇ Ｃａｓｅｓ 温度或冷却水温度的提高，可以提高冷却装置 的效率。冷却水每提高０．５６ｏＣ会增加１％～２％ 的制冷效率。因此，在规定温度为１２．８℃的 数据中心的空调系统比规定温度为７ ２。Ｃ的效 率要高１ ０％～２０％。 ３＿２．２空调系统节能 数据中心空调系统的主要组件也可以应 用一些绿色方法。 （１】节能装置 减少最耗能组件的运行时间是一个实现 数据中心空调系统的绿色方法，包括当数据 中心环境温度和湿度达到一定条件时，节能 装置可以利用外部环境来冷却数据中心，而 不需要运行冷却装置。 （２）热轮转 另一种利用较低外界温度的方式是使用 旋转式热交换器，也称为热轮转。轮转会在 较冷外部空气与较热的数据中心空气之间缓 慢转动。转轮上的面板会被外部的空气降温， 然后转到内部时吸收服务器环境的热量。 热轮转具有压缩和不会混合内部与外部空 气，不需要过滤杂质和控制温度的优点。 （３）地温制冷 地温制冷是在建筑物下嵌入管道，利用 地下低温来冷却通过这些管道的液体。地温 制冷相对于传统数据中心制冷系统而言所需 要的能源更少，因为它利用的是地下温度， 而且不受季节性变化温度的影响。地温系统 既可以与传统数据中心冷却塔共同实现，也 可以作为单独的封闭循环系统实现。封闭循 环系统更加绿色，因为它不需要从本地市政 供水部门购买大量的补给水。 与许多绿色技术相似，地温系统相对 于数据中心传统的制冷系统而言，前期的 投入成本更高一些，但是随着应用时间的 推移，它最终会由于减少能耗和维护费用 而实现节约。 数据中心最终所实现的地温制冷是建设 １ ０８智能建筑与城市信息２０１３年第２期总第１９５期 在设施地下的，它： 周围的土地作为一个大 型的散热器。 （４）变频驱动器 变频驱动器适用于数据中心ＩＴ负荷不足 或接近最大容量的条件。数据中心有一些设 备组件是由电动机驱动的，其中包括制冷装 置、次级泵、冷却塔风扇和空调。 通过在发动机驱动的组件上安装变频驱 动器，使得电动机的速度能够根据负载需求 进行调节，而不是只能在启动后均以全速运 行。改变发动机的供电频率就能够使发动机 的运行速度发生变化。 降低数据中心空调系统的泵和风扇速度 能够节约更多的电能。 （５）冷却塔水 数据中心水冷型空调系统通过冷却塔采 用蒸发冷却方法来排放数据中心内产生的热 量。在这个过程中，每个月可能需要蒸发大 量的水，而这些水必须进行补充。 补给水一般来自于市政供水。如果能够 充分利用回收水，可以显著提高数据中心绿 色程度。减少消耗本地供水。 ３．２．３提升数据中心环境效率 数据中心所面临一个最大的挑战是有效 地对主机空间的所有设备进行冷却。最难的 是将冷空气精准地输送至需要冷却的位置， 同时排出ｌＴ设备所产生的热空气。 数据中心需要花费大量的能量使空气流 动，注入冷气和排出热气，使之到达需要的 位置。数据中心的气流越合理，运行制冷系 统所需要的能量就越少，设施就越绿色。 （１）隔离冷热气流 为了提高数据中心空调系统效率，隔离 数据中心的气流是一个好方法，能够减少能 耗和实现更绿色的数据中心。这种方式目前 被普遍采用。 另一种方式是使用一种封闭的服务器机 柜，它们具有附加的排气管，能够将硬件的 ＿热气排放到上面的集气空间，不仅能够防止 冷热气流混合，还能够防止空气进入主机空间， 数据中心直流供电被认为比交流供电的 能效更高，理论依据是直流供电不经过多次 转换，所以更节能。但是直流供电的相关技 从而减少数据中心空调冷却服务器的负载。 冷通道或热通道封闭同样能够减少能耗 和实现绿色。 术还不成熟，并且有些服务器不支持直流供 电，因此目前在行业内还很有争议。 （２）使用效率更高的配电装置 配电装置负责完成供配电的最后一环， （２）封堵不需要的缺口 数据中心冷气输送过程中可能发生泄漏， 使得空调系统的负载更高，消耗更多电能。 对数据中心的缺口封堵得越彻底，空调系 统的性能就越好，浪费的电能就越少，就越绿色。 （３）正确选择机柜 机柜选择合适能够使得ｆＴ设备高效制冷。 带有排气管的封闭机柜能够隔离冷热气流， 液冷机柜比空气更高效。 （４）制冷分布 除以上方式，还可以通过优化空调设备位 置和制冷功能实现方式提高系统的绿色程度。 ３．３电气系统节能 虽然有无数方法可以使数据中心更绿色， 但是没有一种比能耗优化的作用更大。常规 发电会消耗有限矿石燃料、排放温室气体和 污染大气，所以能够让设施使用更少能源的 每种行为都使得数据中心更加绿色。 ３．３．１优先选择可替代能源作为数据中心 电源 由于目前最常见的发电方法是消耗有限 的矿石燃料，并会产生温室气体，因此可以 通过尝试利用可替代能源来实现更高的绿色 水平。最好的可替代能源是生物燃料、燃料 电池、水电、太阳能、风能等可再生、产生 最少排放且可靠的能源。 ３．３。２设计高效的供配电系统 数据中心供配电系统的许多环节都可以 进行优化，避免设计过多无用容量或消耗更 多不必要资源的超大元件，或者尺寸过小从 而引起能源瓶颈的元件。 （１）直流供电和交流供电 虽然在转换过程中出现电力损耗不可避免， 但可使用高效配电装置来减少损耗。 （３）选择高效的不间断电源 ＵＰＳ系统运行较大负载时效率更高，所 以数据中心应设计一个由较小组件构成的模 块化系统，负载不高的大型系统的效率会比 负载较高的小型系统效率低。 购买ＵＰＳ设备时，应从制造商获知效率 曲线。然后选择适合本数据中心运行负载条 件下性能最佳的ＵＰＳ设备。 （４）照明 数据中心应安装较小的Ｔ８或Ｔ５日光灯 或节能灯，使智能照明系统达到节能的目的。 （５）电源监控 安装电源监控系统，量化监控数据中心 各个部分用电情况，可根据监控结果动态尝 试绿色改进措施。 ３．４选用绿色ｌＴ设备 ｌＴ设备是数据中心耗电量大户。服务 器、网络设备、存储设备是数据中心供电 和冷却的目标对象，因此降低ＩＴ设备耗电 量和散热量会具有累积效应。依据研究结 果，ＩＴ设备上节能１Ｗ，整个数据中心节 能３Ｗ。选择高能效硬件除了环境受益外， 还可以节省成本。节省的具体额度取决于 数据中心的用电成本，在我国，目前一台 服务器三年的运营成本相当于服务器价格 的１ ５倍。评估ｌＴ设备时，需要系统分析 硬件，包括满足处理需求、每千瓦的处理 能力 ｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ＆Ｃｉｔｙ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ２０１ ３ ２ Ｎｏ．１ ９５ １ ０９ ｌ Ｔ技术与工程 Ｉ ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃａｓｅｓ 金桥无纸化综合办公系统技术研究 文ｌ上海金桥信息股份有限公司 龚 雯 １总目标 办公自动化系统（简称ｏＡ）是面向组 件共享、视频通信等方面进行攻关研究，其 创新内容如下： 织的日常运作和管理的应用系统，目前在国 内外已被广泛应用，是组织不可缺少的核心 应用系统。新时期以来，ＯＡ系统应用内容 （１）工作流引擎，通过工作流引擎的运 用实现工作流自动化。这包括流程定义工具、 运行管理工具、ＡＰＩ等。 （２）电子批注，在支持多点触控的屏幕 上实现手写批注和签名，作为审批结果 （３）文件共享，实现与其他操作人分 的深度与广度、信息科学技术运用都有了长 足的发展。近年来国家致力于推广环保、低 碳的方式，在此背景下，大力推进ＯＡ系统 的智能化建设，充分运用新技术新手段提 高ＯＡ系统的应用价值，这是时代发展对 ＯＡ赋予的新要求。本公司决定充分利用公 司各项资源，对多点触控（Ｍｕｌｔｉｔｏｕｃｈ）、统 一享文件，主动地在网络上共享本地计算机 文件。 （４）视频通信，支持多人视频会议，在 会议期间支持多种信号的切换。 （５）电子白板，支持会议期间对会议文 件的批注功能。 沟通平台（Ｌｙｎｃ Ｓｅｒｖｅｒ）、资源共享平台 （ＳｈａｒｅＰｏｉｎｔ）、视频语音通信（ＵＣ）、工作 流（ＷＦ）等关键技术进行攻关研究，研发了 （６）智能节能，通过后台管理，可设定 各终端机的定时开关机。 套于组织使用的，支持多点触控、工作流、 视频通信的无纸化ＯＡ系统。本系统更首次 新增了无纸化远程视频会议模块，以应对政 府及企事业单位对于低碳节能环保办公及会 议的需求。通过采用触摸屏的触摸控制，极 其简便地实现了远程会议的发起、参会者追 （７）设备监控，可在后台管理平台查看 终端机所有的状态。 ３项目主要研究内容 （１）多点触控（Ｍｕｌｔｉｔｏｕｃｈ） Ｍｕｌｔｉｔｏｕｃｈ即多点触控技术。公认的定 义是让计算机使用者透过多于一个的手指实 现图像应用控制的输入技术。标准触控技术 包括热力、指压、高速摄影机、红外线、光 加／删除、发言控制等各项功能。同时，当 发言者变换时，摄像头能自动跟踪拍摄发言 者的近影，实现同一会议室的参会者都能通 过自己的触摸屏看到同一视频内容。 学感应、电阻改变、超声波接收器、微音器、 ２创新点 本项目在ＯＡ系统移动批注、签名、文 激光波幅感应器等。本系统采用电容式触控 屏。在电气工程学中，电容式感应是基于电 助云计算技术实现对应用系统量体裁衣地按 需提供ｌＴ资源服务。 ３＿５按需服务的云数据中心 数据中心ｌＴ设备配置由信息系统需求决 定。目前，通过合并和虚拟化使最小化资源 需求可降低数据中心对环境的影响。远期来 绿色数据中心ＩＴ系统的发展愿景是实现 云计算技术为支撑的数据中心，其中只消耗 运行应用系统正好所需的电力和资源． 雹 看，随着云计算技术的成熟，数据中心可借 １ １ ０智能建筑与城市信息２０１３年第２期总第１９５期
