走进数据中心，揭秘你不知道的节能方法
2022-02-02
让我们先走进宏伟而神秘的数据中心……
一排排机柜整齐排列，服务器和网络设备层层叠叠，设备运转不停，无数风扇嗡嗡作响。
突然，机柜里传来更响亮的嗡嗡声，那是服务器的风扇全速运转。
然后是警报声，这是服务器冷却不足发出的求救信号。
过了一会儿，最糟糕的事情发生了，服务器过热并自动关闭，这可能会导致大量用户无法访问服务器。
与家用空调不同，机房设备需要更高效、更可靠的呵护。一个数据中心往往拥有数千台服务器，大量设备消耗的电力几乎会变成废热。为了让每台设备在恒温下正常运行，数据中心配备了冷水机、冷却塔、末端空调等。设备的大型制冷系统吸入热空气，排出冷空气。
但你知道吗？为了排出余热，这些冷却系统是数据中心的耗电大户，降低数据中心的能耗（降低PUE值）一直是业界关注的焦点。
一个大型数据中心的电费约占运营成本的70%，全球数据中心每年的用电量相当于八座三峡水电站的发电量。例如，在PUE为2的数据中心，IT设备的能耗占总能耗的一半，制冷系统的能耗约占30%。这就是 PUE 保持高位的原因。
近年来，随着移动互联网和云计算技术的蓬勃发展，数据中心已成为现代信息生活不可或缺的ICT基础设施。面对5G万物互联时代，数据流量快速增长，数据中心将进一步向大规模、高密度发展。
但海量数据处理产生的热量会增加，制冷系统的能耗会不断上升，以保证设备的稳定运行。
如何让数据中心更加节能高效？业界为此绞尽脑汁……
例如，在瑞典北部，靠近北极圈的地方，建造了一个数据中心，利用自然低温为数据中心散热，降低能耗。
微软正在苏格兰奥克尼群岛沿岸建造一个“水下数据中心”，使用冷海水来散热。
微软正在北极和海底建设数据中心，旨在通过“免费”获得冷源的免费冷却技术来降低能源消耗。
但是，由于微软采用的自然环境冷却方式受地理区域的限制，您无法将所有数据中心都移到最远的北极或沉入海底。未来，5G时代的低时延应用需要就近部署。
所以，我们不得不把注意力转回来，看看如何降低制冷系统本身的能耗。总的来说，目前的制冷系统正朝着高效化、智能化的趋势发展，其获得更低PUE的方法可谓“软硬兼施”。
大型数据中心通常使用冷冻水冷却系统。制冷系统主要由冷水机组、冷却塔、水泵和末端空调组成。通常，冷水机组、终端和水系统组件是能源消耗的重点。
过去，为了提高冷却系统的能效，在冷源侧，从风冷发展到水冷和自然冷却；在空调端侧，从房间级制冷发展到行级制冷、顶置制冷、机架级制冷。热源，降低冷媒输送能耗，提高制冷效率。
随后，由于数据中心设备数量众多，设备发热量动态变化，智能制冷系统开始应用到数据中心，可以随时随地根据变化动态调整制冷方案，如变频空调、变容量压缩机、智能风量等。调整技术等
但是，由于传统制冷系统中的精密空调、水泵、冷水机、冷却塔来自不同的厂家，独立运行，因此对整个制冷系统的效率优化很少。
要系统地提高制冷效率，需要实现从制冷站、空调终端到IT负载的端到端协同管理和精细控制，智能降低制冷系统的功耗。
最近在2018年，华为发布了基于AI的解决方案，就是这个智能方向的代表。
基于AI的数据中心能效优化解决方案针对的是提高数据中心散热效率的瓶颈。通过深度机器学习，对大量历史数据进行业务分析，挖掘影响能耗的关键因素，得到PUE的预测模型。基于PUE预测模型，得到对PUE敏感的特征值，利用特征值进行业务训练，输出业务预测模型。最后，以系统的可调参数为输入，以PUE预测模型和业务预测模型为约束，通过优化算法得到整定参数组并送入控制系统实现控制的制冷系统。最后，
在华为廊坊数据中心，实测环境为1500个机柜，单机柜密度4kW/柜，IT负载率为43%，2N供电系统，N+1冷冻水系统。采用智能温控技术后，冷冻站总能耗降低32%。5.6kW，制冷站COP提升8.2，年PUE从1.42降低到1.304，年电费可节省372万元，实现从“制冷”过渡“向“智能制冷”过渡，为未来降低数据中心能耗奠定了新方向。
事实上，华为并不是唯一一家试图通过 AI 优化散热的公司。它已宣布将通过其人工智能技术降低数据中心的能耗。原理类似。冷却系统中安装了数千个传感器，用于收集数据并将数据发送到深度神经网络。，然后做出最优决策。
但是，目前开发的技术只针对自己的数据中心，不对外，也不通用。作为向公众发布的解决方案，华为为每个数据中心提供了最好的解决方案。
基于软件的人工智能解决方案是趋势，业界一直在不遗余力地提高硬件效率。
厂商往往会在硬件上选择更节能的压缩机和风扇来提高空调末端的效率，并且有持续的投入，让这两个部分在技术和性能上差别不大。然而，加湿系统的能耗往往被忽视。
通讯室要求湿度必须控制在50%±5%。以北方数据中心为例，空调系统耗电量约为加湿系统年耗电量的2%~3%；如果数据中心制冷系统的年耗电量为1000万千瓦时，那么10年的生命周期将有200~300万千瓦时的电费消耗在加湿系统上。
因此，数据中心除了不间断制冷系统的节能减排措施外，还需要优化加湿、环控等辅助用电单元的设计，进一步降低数据中心不断增加的能耗。 .
目前常用的内置加湿器有：红外线加湿、电极加湿、湿膜加湿。
湿膜加湿的一般原理是水箱中的水通过循环水泵送入湿膜顶部的布水器，水向下渗透，均匀润湿湿膜表面，通过水分蒸发增加空气的湿度。整个过程不需要额外的电力。
与红外加湿和电极加湿相比，湿膜加湿不必将热量转化为水蒸气，可以在改变空气湿度的同时降低温度，可大大降低功耗数据中心能耗管理，无需额外的水处理设备即可维护。
湿膜加湿能节省多少能源？让我们看一组统计数据。
这也是华为的数据。在目前的内置加湿中，华为采用了独特的加湿模式加湿技术，与传统加湿方式相比节能95%。
上面提到的两个华为案例可能有点出人意料。他们都说华为的电信设备和手机做得很好。在数据中心散热系统领域，华为也是领先者吗？
答案是：是的。
华为于2008年建立网络能源产品线，开始研发数据中心温控产品。十年来，华为温控产品线每年将销售收入的15%投入研发。在全球建立了三大空调研发中心，分别位于中国深圳西安和德国纽伦堡。拥有150多名温控研发工程师，提供全系列自主研发的数据中心温控解决方案。
研报显示，2016年和2017年，华为线路级温控在中国市场占有率均排名第一。
