《电子信息系统机房设计规范》中涉及到的节能问题

中国电子工程设计院  钟景华

 

     2009年6月1日开始实施的国家规范GB50174―2008《电子信息系统机房设计规范》经过一年的实际运行，目前已被广泛应用于各类机房的建设中，对数据中心、电脑中心、信息中心及通信、网络、控制等机房的建设起到了指导和规范的作用。关于节能问题，在规范的1.0.1条（编制目的）中已明确指出：为规范电子信息系统机房设计，确保电子信息系统安全、稳定、可靠地运行，做到技术先进、经济合理、安全适用、节能环保，制定本规范。下面就规范中涉及到的节能问题进行阐述。
一、合理确定机房等级，关注系统配置要求
     规范3.1.1条规定：电子信息系统机房应划分为A、B、C三级。设计时应根据机房的使用性质、管理要求及其在经济和社会中的重要性确定所属级别。
     机房虽然是按照重要性进行分级，但不同级别的机房，其投资、系统冗余和能耗是不同的。表一是各级机房部分系统配置要求，从表中可以看出，级别高的机房，系统冗余较高，相对来说，其投资和能耗也较高。在满足系统可靠性的前提下，合理确定机房等级和系统配置，可以降低投资，减少能源消耗。

表一：各级机房部分系统配置要求

二、合理布置机柜机架，提高设备散热效率
     规范4.3.3条规定：当机柜内或机架上的设备为前进风/后出风方式冷却时，机柜或机架的布置宜采用面对面、背对背方式。
     此条可以理解为：对于前进风/后出风方式冷却的电子信息设备，要求设备的前面为冷区，后面为热区，这样有利于设备散热和节能，因此当机柜或机架成行布置时，要求机柜或机架采用面对面、背对背的布置方式，机柜或机架面对面布置形成冷风通道，背对背布置形成热风通道。如果采用其它的布置方式，有可能造成气流短路，不利于设备散热，为了使设备散热达到要求，需要投入更多的空调，这样即浪费了能源，散热效果也不理想。机柜或机架采用面对面、背对背的布置方式见图1：

图1：机柜或机架面对面、背对背的布置方式

三、慎重设置机房外窗，尽量减少能量损耗
     规范6.4.6条规定：A级和B级电子信息系统机房的主机房不宜设置外窗。当主机房设有外窗时，应采用双层固定窗，并应有良好的气密性。
     此条是从安全、节能和防尘三个方面考虑的。A级或B级电子信息系统机房中的服务器机房、网络机房、存储机房等日常无人工作的区域不宜设置外窗，从节能的角度来讲，不设置外窗可以避免通过外窗进入的太阳辐射热及避免通过外窗将机房内的冷量散失；当主机房需要设置外窗时，采用双层窗（利用两层玻璃中间空气的隔热作用）可以减少室内外冷热量交换，从而降低空调消耗量，达到节能的目的。

四、充分利用自然条件，合理选择节能方案
     规范7.4.13条规定：空调设计应根据当地气候条件，选择采用以下节能措施：
     1 大型机房宜采用水冷冷水机组空调系统；
     2 北方地区采用水冷冷水机组的机房，冬季可利用室外冷却塔作为冷源，通过热交换器对空调冷冻水进行降温；
     3 空调系统可采用电制冷与自然冷却相结合的方式。
     调查资料表明，电子信息系统机房内空调系统的用电量约占机房总用电量的30%～50%，因此空调系统的节能措施是机房节能设计中的重要环节。
     大型机房通常是指面积数千至数万平方米的机房。在这类机房中，安装的设备多、发热量大、空调负荷大，而水冷冷水机组的能效比高，可节约能源，提高空调制冷效果。
     图2为采用水冷冷水机组的空调系统。夏季由冷水机组为空调系统提供冷冻水，冬季可利用室外冷却塔作为冷源，通过热交换器对空调冷冻水进行降温。

图2：采用水冷冷水机组的空调系统

     图3为采用电制冷与自然冷却相结合的空调系统，此系统中有两个盘管，一个采用室外冷却塔提供的冷却水进行制冷，另一个采用电动压缩机进行制冷。当室外冷却塔提供的冷却水满足空调要求时，电动压缩机不工作；而当室外冷却塔提供的冷却水不足时，电制冷作为补充。

图3：电制冷与自然冷却相结合的空调系统

五、分区分组控制灯具，注意照明设计节能
     规范8.2.3条规定：主机房和辅助区内的主要照明光源应采用高效节能荧光灯，荧光灯镇流器的谐波限值应符合现行国家标准《电磁兼容　限值　谐波电流发射限值》GB17625.1的有关规定，灯具应采用分区、分组的控制措施。
     此条主要是从照明节能角度考虑，高效节能荧光灯主要是指光效大于80lm/W的荧光灯。对于大面积照明场所及平时无人职守的主机房，照明光源采用分区或分组的控制措施后，在平时无人工作时可以关掉大部分光源，达到节约电能的目的。

六、关于机房能源使用效率
     机房能源使用效率PUE的定义如下：
     PUE=全部设备能耗／IT设备能耗
     全部设备能耗指电表测得的电能―即单独供给机房的电能（在综合性建筑中，这个问题尤其重要，数据中心只是建筑中诸多功能区域中的一部分）。IT设备能耗包括用于管理、处理、存储、传输等设备的能耗。
     IT设备能耗包括所有相关的IT设备的负荷，如计算设备、存储设备、网络设备，也包括辅助设备如KVM转换器、监视器和工作站等。
     全部设备能耗包括以下所有支持IT设备运行的设备能耗：
 供配电、照明设备，如发电机、变压器、开关柜、配电箱、列头柜、UPS、电池、灯具等。
 空调设备，如冷水机组、机房精密空调、直接蒸发制冷设备、新风空调设备、水泵和冷却塔等。
 计算设备、网络设备、存储设备。
     PUE的数值越小，说明机房的节能效果越好。目前国内外已建成的机房的PUE数值大致在1.4～2.2之间。对于IT企业来讲，只有建设低能耗的机房，才能更好地满足不断增长的计算、传输和存储的需求，才能降低能耗成本，减少整个企业的建设成本和运行成本，使企业保持竞争力，以迎接更多的商业需求和挑战。

七、结束语
     根据美国环境保护组织（EPA）2007年8月的报告，全美数据中心2006年总耗电600亿度，约占美国全年用电量的1.5%。预计到2011年，全美数据中心年总耗电量将超过1000亿度，约占美国全年用电量的2.5%。
     从以上数据可以看出，机房是电能消耗大户，机房节能和电子信息设备本身的节能已引起世界各国的重视，EPA估计，如采用最先进的节能技术，机房和电子信息设备本身的能耗总和可降低50%。随着电子信息技术的快速发展，机房的需求将大量增加，在机房的建设过程中，《电子信息系统机房设计规范》将在安全可靠、节能环保方面发挥重要作用。