摘要：根據美國能源部（DOE）的統計數據顯示，美國的整個數據中心行業消耗了約1000億千瓦小時的電力資源，估計約占全美總電力資源使用量的2％以上。鑒于在可預見的未來，在云計算、物聯網、數字記錄等所呈現的數據爆炸似增長預計還將繼續，數據中心如何消耗能源及實現更高的能源效率方面亟待進行一次革命性的變化。
顯然，美國能源部需要提出更好的關于數據中心的建筑倡議，以便使得數據中心及其合作伙伴能夠與該機構共同致力于降低能源消耗。該機構的兩大方案包括更好的建筑挑戰，這需要來自企業的承諾：在10年內，減少20%的數據中心總能耗;以及更好的數據中心建筑效率加速器，該方案要求企業承諾在五年內減少一處甚至多處數據中心能源消耗的25%。
該計劃的核心是提高數據中心基礎設施的效率，其所使用的能源至少與數據處理、網絡和存儲設備一樣多。對于基礎設施所需的能源，建筑物冷卻占了絕大部分。根據美國能源部的統計數據顯示，數據中心基礎設施的能源效率可通過采用“最佳管理”的節能措施和策略，提高20%到40%，通常其收回投資回報率的回收期都很短。常見的升級措施包括管理服務器的冷卻氣流、優化制冷系統、并按照由美國采暖、制冷與空調工程師學會(ASHRAE)所推薦的冷卻空氣供給范圍建議進行冷卻空氣供給。
數據中心的能源使用效率
鑒于全美有近三百萬處數據中心，美國能源部正在積極的鼓勵這些數據中心監測其能源使用效率(PUE)，其是通過將數據中心消耗的所有能源與IT負載使用的能源之比而計算得出的。目前，在美國大多數數據中心的平均PUE值大約是2。
但是，節能不僅僅是為了“綠色環保”。讓數據中心變得更富能源效率將有助于長期地滿足計算需求的增加和數據存儲容量需求的不斷增長。在當前投資預算均相當緊張的情況下，投資于有價值的計算能力將會比浪費資金用于大量的能源消耗更具深遠的意義和影響。
優先級沖突
通常情況下，在企業的IT、基礎設施及財務決策者之間均會存在沖突，因為他們各自的工作目標是內在沖突的，同時有關數據中心的決策過程也會存在不同意見。
“如果您數據中心的策略與貴公司的目標是不一致的，首先，我們會派出一名商業顧問，以幫助您企業的IT能夠進入公司董事會。”一家專注于大數據基礎設施解決方案的顧問企業Yttibrium公司的創始人Per Brashers說。“IT是一種資產，需要一個懂得業務經營的人士，以便從基礎設施投資中獲得最大的價值。”
顯然，風險規避是經營數據中心的一大重要因素。即使服務器制造商可能保證其設備在服務器入口溫度能夠超過100華氏度，但這依然很難說服數據中心運營商提高冷通道溫度，哪怕只是達到80華氏度。
數據中心冷卻系統的創新
ASHRAE已經提議，數據中心可以在較高的服務器的入口溫度下實施操作，并鼓勵使用外部空氣和蒸發冷卻的方式作為最有效的以空氣為基礎的冷卻手段。
直接蒸發冷卻的方式要比傳統空調少消耗70%的能源，但這一水平的節約能源會存在相對濕度較高的缺點。有報告指出，一些最大的數據中心運營商，包括Facebook，使用的是直接蒸發冷卻。
而替代的方案，包括采用間接蒸發冷卻，會降低溫度而不增加水分。該方案被谷歌和亞馬遜所使用，間接方法的冷卻效率稍微比直接方法低，但仍然僅僅只消耗典型的壓縮機軸承冷卻系統的能量的一小部分。
圖：在間接和間接/直接蒸發冷卻系統中，熱空氣的熱量被水吸收，空氣溫度降低，相對濕度增大。
更先進的系統使用直接和間接蒸發冷卻的混合，結合了先進的監測和控制。例如，一臺由達拉斯的制造商Mestex公司所生產的間接/直接蒸發冷卻系統Aztec，將僅僅只使用類似規模大小的風冷式屋頂設施或冷卻器系統約三分之一的能量。進一步使用外部空氣冷卻可以減少能源消耗，所消耗的能源還不到傳統系統所需的四分之一。
已經部署這些技術的較為先進的企業可以定期的且絕對敢宣稱其PUE值在1.1上下，而無疑與美國數據中心的平均性能度量2.0的PUE值形成了鮮明的對比。 “一瓦特每年的成本約為1.90美元，含稅。”Brashers說。“例如，一個1兆瓦的設施，PUE值為1.90的話，其每年的能源花費將超過100萬美元，而PUE值為1.07的設施每年的能源花費則僅為14.8萬美元。”
靈活、可擴展、節能的選項
“模塊化的數據中心是一種新興的用以替代傳統的磚和砂漿結構制式數據中心的方案。” 根據全球第二大市場研究咨詢公司Markets and Markets在2015年六月公布的一份市場報告顯示：模塊化數據中心是一系列各種預先設計的自定義模塊，包括IT、電力、冷卻發電機，預計該市場到2020年將增加三倍，達到350億美元。
暖通空調機組(HVAC)是按照“即插即用”的模式設計的，為數據中心提供了一種經濟的方式，用以增加了計算能力和制冷量。這種類型的HVAC系統的可擴展性有助于消除資源過度配置，及浪費比實際冷卻需求更多的能源成本。
總結
對于間接/直接蒸發冷卻系統而言，該系統能夠利用外部更冷的空氣，以支持室內的制冷，已被證明較之傳統的空調(包括最新一代的計算機房空調單元，或稱CRAC)可降低電力消耗。當系統的數字控制與其他樓宇自動化系統集成時，甚至可以進一步帶來能源成本的節省。
“在可預見的將來，HVAC的購買決策將基于其降低能耗和成本的能力。”Per Brashers說。目前在數據中心提升能源效率的最佳做法，包括采用節能暖通空調技術(購買新的或改造冷卻設備)，能夠提供以下優勢：
高性能的空氣處理效率：通過采用直接驅動增壓風扇的變頻驅動器(VFD)控制，通常保持在95%以上的時間能夠降低能耗，控制設備在部分負荷下運行。
制冷蒸發冷卻技術，該技術被證明較之傳統空調能夠降低功率最高達70%。
直接數字化控制，有助于監控和調整HVAC系統的舒適性，成本和能源效率(包括PUE)。這些控件應該能夠通過Web界面實現24/7全天候遠程訪問，以及在本地通過一個新的設備或墻壁安裝式數字儀表板訪問。
通過采用最佳實踐方案，如本文中所描述的，越來越多的數據中心已經實現了能源高效率。特別是那些大型巨頭企業，如亞馬遜，Facebook和谷歌，均已采取了相關節能措施。但是，在美國遍布著300萬處數據中心，對于很多的中小型甚至有更大的機會來實現節能和節省運營成本費用，他們可以通過采用可擴展的，即插即用式HVAC為其間接/直接蒸發冷卻提供經濟實惠的選擇，進而能夠隨著您數據中心計算業務的發展打造模塊化數據中心和新的數據中心建筑設施。
關于作者
本文作者邁克爾·卡勒是Mestex公司的總裁。Mestex是Mestek, Inc旗下的一個部門，是一家專注于空氣處理的空調制造商，對創新富有熱情。Mestex是唯一一家提供行業標準直接數字控制幾乎所有的產品，包括Aztec蒸發冷卻系統的HVAC產品制造商。其Aztec蒸發冷卻系統、以及Applied Air、Alton 、Koldwave、Temprite和LJ Wing HVAC系統特別適合于數據中心使用。該公司是蒸發冷卻技術的先驅，并引領蒸發冷卻技術行業的創新超過40年。
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