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關鍵詞 機房;綠色;節能;空調;監控系統
中圖分類號:TN914 文獻標識碼:A 文章編號:1671—7597(2013)021-093-02
大力開展節能環保工作,對于貫徹落實科學發展觀,促進生態文明建設,實施可持續發展具有十分重要的意義。近年來,隨著電子政務的快速發展和云計算、物聯網等新技術的推廣應用,各類數據中心中建設的數量和規模不斷增加,機房用電量急劇增加,機房建設和運行節能問題研究已經成為一個重要課題。節能綠色環保是考核數據中心機房建設水平的重要指標之一。采取各種可行的技術措施和管理手段來建設“綠色環保數據中心機房”,越來越受到人們的重視。
據IT行業各大研究機構對數據中心機房的能耗統計表明,中心機房能耗分配情況大概如圖所示:IT設備及網絡通信設備耗能占51%,空調制冷系統耗能占35%,照明耗能占2.5%,其他損耗占11.5%。因此,數據中心的節能主要從空調、IT設備、網絡通信設備、照明等幾方面入手。
1 機房建設節能措施的應用
2011年,德州市投資建設了電子政務中心機房。在機房的規劃建設中,充分考慮了節能環保的因素,采用了較為先進的技術策略,取得了較好的效果。通過一年多的應用,比傳統模式的機房節省電能30%。
1.1 安全節能的配電系統
1.1.1 動力配電系統
為提高機房內各類配電系統的安全性和擴展性,確保正常供電。機房采用2N+1系統供電,雙路市電供電;若一路斷電,配電系統將通過ATS設備自動切換到另一路供電;如若兩路市電全部斷電,則由發電機供電。三重保險確保機房設備安全正常運行。市電動力配電系統主要包括:機房精密空調系統、新風系統、市電插座配電系統、市電照明系統等。機房動力配電系統各主要設備設置獨立的空氣開關控制,不與其他設備交叉,保證供電的安全性。機房內設置配電箱,機房內各回路電纜通過地板下的金屬封閉線槽鋪設到位。
這樣的配電建設保證了電力供給的安全穩定,各支路線采用JDG鋼管鋪設,最大程度的減少電力傳輸所消耗的電能,在源頭上減少了線路損耗,據統計相比傳統設備節約電能可達3%左右。
1.1.2 UPS設備選用
對服務器、網絡交換等重要的設備,我們采用2套UPS供電。兩套UPS設備為獨立的供電回路,每個回路均能滿足計算機機柜100%的用電負荷,任何一路空開或者線路故障不影響另一路的正常使用。普通UPS在負載50%左右下負載效率僅可達到80%-90%,會造成能源的巨大浪費,我們選用的UPS在50%的負載下整機效率為95%-96%,在整機效率上比普通UPS提高4%-5%,以我們的200KVA UPS為例,每年將節約電費非??捎^:
以200KVA 70%負載計算:140/0.96-140=5.83 KW,140/0.92-140=12.17 KW兩者相差6.34 KW,6.34 KW*24*365天*0.8元/度≈4.5W元,即兩臺UPS設備每年共節約9萬元電費,節能的成果是巨大的。
1.2 空調制冷相關節能措施
我們選用的專業的精密空調,具有冷負荷強度高,設備散熱量大,散濕量小的特點??照{送風的焓差小、風量大,空氣潔凈度高,全年運行可靠性高,能夠快速節能除濕,對工作環境的溫度適應范圍大,保證夏季高溫和冬季低溫時正常工作等特點。
冷熱通道的構建將直接影響制冷的效果,如果機柜正面朝向同一方向,后方會吸入前方機柜的熱量,制冷效果很差。我們采取了下送風,下回風的策略,兩排機柜正面面對面,建立冷通道,強化空調的冷卻效率,避免造成冷熱混風現象。空調冷風送入計算機機房架空地板,以此作為送風靜壓箱,經過蜂巢板,送入室內和機柜,被加熱后的熱空氣,通過機柜頂部風扇從上部排出,再經頂棚回風口排出。
而蜂巢板的位置越靠近機柜則制冷效果越好,用下送風,上回風的制冷方式,盡可能的讓蜂巢板接近機柜的進氣口,盡量讓冷空氣能進入冷通道中,產生足夠的風壓,則可以有效率的降溫。這樣的方式可以大大提高制冷效率,比傳統方式節電10%左右。
1.3 服務器和網絡設備的選用
數據中心中的耗電大戶是各類IT設備,如何選用低能耗的設備至關重要。根據業內節能定律,終端IT設備每節省1 W的電能,可使整體系統節省2.48 W的電能。在IT設備的采購上,我們將電力成本納入整體采購成本,不只看初期的購置成本,更注重后續的運維成本,盡量選用新型低能耗服務器和網絡設備,以降低能耗。另外,盡量選用低電壓設備,減少電力轉換環節帶來的能耗。根據業內節能定律,終端IT設備每節省1 W的電能,可使整體系統節省2.48 W的電能。減少電力旅行,電力轉換環節能夠極為有效地節省機房能耗。
1.4 機房裝修建設節能處理
1)機房內下送風區域地面刷漆防塵處理后貼20 mm橡塑保溫板,做保溫處理。彩鋼板墻面、石膏板墻內均填充50 mm保溫玻璃棉。如此,對于機房冬季保溫、夏季隔熱和防凝露問題的控制具有明顯效果,從而達到節能的目的。
2)鋼網隔斷應用。在機房部分區域內進行了鋼網隔斷,這樣既有利于物理隔斷,又有利于冷熱通道回風。
1.5 完善的環境監控及遠程KVM管理
為了使機房內的設備安全穩定的運行,我們為機房安裝了一套完整的環境監控系統。該系統可以實現對機房溫濕度、UPS系統、配電系統、空調系統、漏水檢測系統、視頻監控系統、門禁系統、消防系統、防雷系統的全面監控。所有監控信息均集成到同一系統,通過WEB頁面便可隨時監控機房狀態。當有意外故障發生時,環境監控系統可以通過短信,語音、聲光報警等方式,在第一時間通知機房管理人員。
此外我們還采用了純數字化的KVM系統,實現系統和網絡的高可靠管理性,提供絕對安全的使用環境和非常詳細的以備日后審計的KVM遠程客戶端全程操作系統日志和錄像,提高管理人員的工作效率的同時提高機房的安全級別,實現機房的無人化、智能化管理。這種數字KVM減少了因操作人員頻繁進出機房導致的室內溫度升高及冷量流失,同時也能減少機房內的灰塵污染,進一步提升了機房的節能效果。
2 機房運行維護過程中的節能改進措施
雖然機房初期建設已經做了大量節能處理,但在機房運維過程中仍有部分地方可以進一步改進。下面筆者根據實際機房運維經驗總結一下,以期進一步降低機房能耗。
1)定時清潔高架地板底層。機房建置完畢,很少會清理高架地板底層,如果高架地板底層有大量灰塵或者泥沙,那么都會透過蜂巢板,吹入IT設備中,容易造成IT設備故障,讓IT設備風扇沉積灰塵,降低轉速,造成系統溫度過高,提高電力輸出。定時清理不僅可以保證機房的整潔,延長IT設備使用壽命,減小事故發生概率,同時也有節能的作用。
2)移除高架地板不必要的線路阻礙。如果有太多的網絡線或者電源線,則會阻礙空氣流動,降低空調制冷效果。
3)定時檢查系統負荷量。隨著機房設備不斷增加,機房管理人員并沒有注意到隨著負荷量的增加,供配電和制冷的限度達到容量極限。定時檢查機房整體效率,確保機房內IT設備用電量、散熱量沒有達到機房供配電和空調系統的總負荷量,造成小馬拉大車,增加用電量的現象。
4)小型化模塊機房。大型機房由于機房面積大,容易導致空調冷風送風距離長,遠程機柜冷空氣進氣不足,造成電力浪費。如果將大型機房分割成小型化模塊機房,回風距離短,則能夠有效降溫,減少能耗費用支出。
5)閑置機柜使用擋板。為了避免機柜過密,發生IT設備局部過熱現象,許多機房不會將機柜放滿,預留一些閑置空間,降低整體機柜散熱。如果有閑置機柜,建議用擋板隔開閑置機柜。原理如下:機柜的進氣模式是前進后出,那閑置機柜的后方熱氣會與機柜前面冷風混合,造成混風,降低制冷效率。
6)移除不必要的機柜纜線。如若機柜內光纖線,網線,電源線雜亂排布,則制冷氣流必然會受到阻塞,從而影響對設備的散熱。因此盡可能排除不必要的纜線,將纜線長度裁剪至合適長度,并將纜線平均分配在機柜兩側則可以有效避免此類問題發生。
7)封閉閑置的機房蜂巢板,避免能耗浪費。
8)定時更換精密空調過濾網。過濾網的堵塞會大大降低空調的送風量,大大降低空調的制冷能力,增大功耗的同時也會對空調壓縮機產生巨大負擔,導致空調壓縮機故障。
9)空調制冷方式的改造。如果隨著IT設備的大幅增加,原配空調送風已經達不到制冷要求,則應考慮改造空調制冷方式。如采用獨立氣道制冷、水冷等。據統計,水冷僅需要傳統制冷方式四分之一的能耗。
10)空調溫度的設定。根據《電子信息系統機房設計規范》(GB50174-2008),機房溫度要求設定為23℃±1,但是由于各個機房地域位置的不同,季節的不同,可以稍靈活的根據自己所在機房的情況進行設定,夏天和冬天可以稍有區別,靈活設定溫度、濕度,在1℃-2℃范圍內變化,達到節能目的。
11)照明設施的改進。雖然照明設施的能耗僅占總能耗的3%左右,但照明設施的改造依然能夠有效的節能大量電能。例如采用LED燈具,LED燈具具有節能,高亮度,使用壽命長等眾多優點。
以德州市電子政務中心機房為例:
現用的照明設備為節能燈柵,設備數量為34組20 W*3燈具,42組40 W*3燈具,那么年耗電量為(3*20*34+3*40*42)*24*365=62020800 w.h=62020.8度*0.82=50857元。
另考慮到并不是所有燈具24小時照明所以取0.6為實際值,則年照明費用約為30514元。
如果改用LED燈柵,據筆者了解情況20 W節能燈選用8 W LED燈具即可替代,40 W燈具可用18 W LED燈具替代。則可以節約約6成能耗,每年可節約電費30514*0.6=18308元。項目投入據行情了解8 W售價為60元,18 W售價為80元,則投入為60*3*34+80*3*42=16200元。
即使用LED燈具一年即可收回成本。以后每年則可以為財政節約機房電費為18303元。
12)機房管理員要樹立節能意識。加強教育,樹立機房管理人員的節能意識和良好的節能習慣。杜絕人離開照明設施不關閉,閑置計算機不關閉,不關機房門等不良現象的發生。
3 結束語
通過精心的設計,筆者所在部門中心機房投入運行,供電系統,制冷系統,網絡和服務器設備,環境監控系統正常高效運轉,數據中心節能效果顯著,預計節能效果為25%-30%,節約了大量財政支出,新的一年里我們將以十精神為指導,積極探索符合個體機房的運行模式和發展道路,開拓創新,做出更大的貢獻。
參考文獻
關鍵詞:夏熱冬冷;圍護結構;節能技術;辦公建筑
中圖分類號:TU111.4 文獻標識碼:A 文章編號:1006-8937(2015)30-0066-02
1 建筑節能
近年來能源短缺問題受到了普遍關注。中國的國情決定了它是個能耗大國,且辦公數量最多,辦公建筑是公共建筑中的能耗大戶,由2014年中國統計年鑒可知建筑業能耗所占比例也在逐年增大,因此建筑節能水平的改善更顯得尤其重要。我國夏熱冬冷地區屬于非集中供熱區域,在過去很長一段時間里,該地區的建筑節能設計目標主要是解決建筑保溫的問題,適當的考慮隔熱。該地區建筑節能的各個環節都還非常薄弱的。因此,辦公建筑的各項節能工作在該地區進一步展開顯得尤其重要。本文主要通過分析我國夏熱冬冷地區辦公建筑的能源消耗,根據分析結果更加明確的對辦公建筑的圍護結構(建筑物外墻、屋頂、外門窗等等)提出建筑節能的設計措施,從而作為節能設計的參考。
2 現有公共建筑在夏熱冬冷地區的能源消耗現狀
根據李建等對安徽省城鎮2006年現有民用建筑能耗的調查和李永存等2008年對浙江省現有公共建筑能耗調查結果表明夏熱冬冷地區現有的大型公共建筑能耗過高已經成為一個事實,而導致現有公共建筑高能源消耗的最根本原因就是該建筑圍護結構的節能措施沒有落實到位。
《公共建筑節能設計標準》指出:公共建筑的節能任務主要由建筑圍護結構、空調設備和照明設備等三個方面的節能來承擔。由于本文主要研究的是建筑圍護結構在夏熱冬冷地區對建筑能源消耗的影響,因此只討論通過建筑圍護結構的光線輻射、熱交換和空氣交換對建筑的空調和采暖能耗的影響因素。
在我國夏熱冬冷地區,建筑的總得熱和總失熱分別由以下幾部分構成,見表1。由此可知為了使室溫保持穩定就必須要維持建筑物總得熱和總失熱的平衡。即:冬季建筑物必須獲取熱量;夏季恰好相反,且室內空調制冷量應等于建筑圍護結構傳熱的熱量與透過門窗縫隙空氣滲透得熱量之和。
3 夏熱冬冷地區現有公共建筑的圍護結構節能技術 對建筑能源消耗的影響
夏熱冬冷地區由于涉及四個自身因素(夏季隔熱、冬季保溫和過渡季節的除濕及自然通風),該地區的建筑熱過程區別于寒冷的北部地區以及熱帶地區。因此在該地區進行圍護結構熱工設計的時候要參照其氣候特點,考慮自然通風條件下建筑熱濕過程的雙向傳遞和冬夏季不同方向的熱傳遞。
3.1 夏熱冬冷地區外墻的節能技術措施及其對辦公建筑 能耗的影響
寒冷地區建筑物的保溫性能主要是由外墻的熱特性以及圍護結構內外表面與室內外空氣的換熱狀況決定的,從而表明提高外墻保溫性能的主要措施就是減小圍護結構的傳熱系數。
建筑節能的關鍵部位是建筑外墻由于它負責建筑立面上的能量存儲和傳遞。外墻主要是在保溫和隔熱性能兩方面實現建筑節能,墻體保溫一般有內外保溫和墻體保溫三種形式,墻體隔熱能力的提高一般是通過采用各種保溫材料來增強墻體熱阻實現的。以上所說,辦公建筑外墻節能技術的運用可以大大降低外界氣溫對室內熱環境的影響,進而達到降低建筑能源消耗的目的。在今后的辦公建筑圍護結構節能設計中,還要繼續改進外墻保溫和隔熱的節能技術。
3.2 夏熱冬冷地區屋面的節能技術措施及其對辦公建筑 能耗的影響
建筑物上部與外界在屋面處直接接觸,故屋面的保溫隔熱對辦公建筑的節能也有重大意義。屋面的節能可以通過設置封閉的空氣層和隔氣層來實現,使用聚苯板、水泥聚苯板等保溫材料。屋面的外表面使用各種保溫材料做成保溫屋面,使用的保溫材料如聚苯板、玻璃棉板等。由于屋面保溫層負荷的影響,對于實體材料層的保溫隔熱屋面不能夠選擇密度太大的材料。夏熱冬冷地區建筑屋頂的奇特構造及其保溫隔熱材料的性質決定了它節能技術的豐富性。該地區屋面主要有倒置式、蓄水、通風以及種植四種構造形式。這四種屋面通過自身的優勢來達到辦公建筑節能的目的。例如,倒置式屋面通過重新設置保溫層與防水層的位置,使其節能效果高與傳統屋面;蓄水屋面通過在屋面貯存水層,在夏季利用水的蒸發吸熱阻止屋面的熱傳導達到隔熱目的,實現建筑節能;通風屋面是一種新型的屋面節能方式,被廣泛應用于我國的夏熱冬冷地區;種植屋面利用屋頂花園的形成,達到更好的節能和生態效應。
綜上所述,建筑的屋面節能主要有弱化屋面太陽輻射吸收性能和在屋面結構中設置保溫層兩種節能技術措施。
3.3 夏熱冬冷地區門窗的節能技術措施及其對辦公建筑 能耗的影響
門窗的熱損失在辦公建筑圍護結構中占很大一部分。由于相對較差的門窗保溫隔熱性能,冬季散熱相當嚴重,而夏季在缺乏輔助遮陽措施時也會有大量的太陽輻射進入室內。因此,相對于墻體門窗的傳熱損失更大,且影響室內熱環境。辦公建筑的門窗節能措施主要從以下幾方面來實施:①調整建筑門窗熱、光環境,加強門窗保溫隔熱性能從而降低其能源消耗。②嚴格按照規定控制門窗比例,節能設計標準中給出了節能建筑設計中建筑窗墻面積的科學標準,即朝向為北的墻體窗墻面積比為0.25,朝向為東、西的墻體窗墻面積比為0.3,朝向為南的墻體窗墻面積比為0.35。③門窗的玻璃選材,積極采用中空、充氣、低輻射玻璃,不管建筑門窗的形式是什么,其安裝材料都一定要選擇玻璃,且玻璃要占窗戶總面積的80%或以上。④降低門窗滲透,增強外窗的氣密性能夠顯著降低空氣的滲透。
4 結 語
辦公建筑的圍護結構是一個堅實的屏障對于應對惡劣的室外環境以及創造舒適的室內環境,故而對于辦公建筑圍護結構自身能效的提高對于實現建筑節能的意義非凡。因此,分析和研究辦公建筑圍護結構節能技術對其能耗影響對《公共建筑節能設計標準》的實施和建筑節能設計經濟、社會效益的實現具有重大意義。本文針對夏熱冬冷地區的建筑環境現狀,分析了圍護結構影響建筑能耗的各種因素。結合辦公建筑的能耗特點,對其圍護結構進行合理的節能設計,從而構建一個舒適的辦公環境同時達到實現節能減排降和低能耗的目的,進一步推動我國的節能事業發展。
參考文獻:
[1] 李建,段宗志,彭志勝.安徽省民用建筑面積及能耗現狀調查分析[J].建 筑節能,2009,(1).
[2] 李永存,陳光明,唐黎明.浙江省公共建筑能耗調查與節能對策分析[J].
建筑節能,2009,(10).