建筑节能技术在云计算数据中心建设中的应用



[日期：2012-06-13]




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　　在云计算的潮流下，云计算数据中心具有超大规模和降低运维成本等特点。云计算数据中心机房的面积非常大，很多云计算数据中心就是一个单体建筑。同时由于市场竞争的压力，好的云计算数据中心必须是低运维成本的数据中心，如何构造绿色节能的云计算数据中心，也是云计算数据中心建设考虑的一个重点。

　　建筑节能就是节约建筑物的能源消耗，减少能源损失，提高能源利用率。建筑节能技术在满足舒适使用的前提下，采用新型保温围护结构、高效采暖空调、节能照明设备及利用可再生能源以达到节能的目的。
　　根据云计算数据中心单体建筑和绿色节能的需要，很多建筑节能技术可以在云计算数据中心建设中借鉴和应用，促进云计算数据中心的绿色节能高效。
　　一、建筑外形设计节能技术
　　建筑外形设计节能包括建筑格局朝向、外形结构设计、体形系数、表面面积系数设计等。建筑物的体形系数就是指建筑物与室外大气接触的外表面积A(m2)与其所包围的体积V(m3)的比值。外表面积中，不包括地面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积。在其他条件相同的情况下，建筑物耗热量指标随体形系数的增长而增长。研究表明，体形系数每增大0.01，能耗指标大约增加2.5%。从有利于节能出发，体形系数应尽可能地小。在相同体积的建筑中，以立方体的体形系数为最小。
　　二、建筑围护结构节能技术
　　墙体采用岩棉、玻璃棉、聚苯乙烯塑料、聚胺酯泡沫塑料及聚乙烯塑料等新型高效保温绝热材料以及复合墙体，降低外墙传热系数。
　　采取增加窗玻璃层数、窗上加贴透明聚酯膜、加装门窗密封条、使用低辐射玻璃(low-E玻璃)、封装玻璃和绝热性能好的塑料窗等措施，改善门窗绝热性能，有效阻挡室内空气与室外空气的热传导。
　　采用高效保温材料保温屋面、架空型保温屋面、浮石沙保温屋面和倒置型保温屋面等节能屋面。在南方地区和夏热冬冷地区屋面的采用屋面遮阳隔热技术。
　　适当的外遮阳布置，会比内遮阳对减少日射得热更为有效。有的时候甚至可以减少日射热量的70%-80%。外遮阳可以依靠各种遮阳板、建筑物的遮挡、窗户侧檐、屋檐等发挥作用。
　　三、暖通空调系统节能控制技术
　　暖通空调系统的控制技术是对既有热网系统和楼宇能源系统进行节能改造、实现优化运行节能控制的关键技术。主要有三种方式：VWV(变水量)、VAV(变风量)和VRV(变容量)，其关键技术是基于空调系统中“冷(热)源-输配系统-末端设备”各环节的物理特性的控制。
　　四、热泵技术
　　热泵技术是利用低温低位热能资源，采用热泵原理，通过少量的高位电能输入，实现低位热能向高位热能转移的一种技术，主要有空气源热泵技术和水(地)源热泵技术。可以向建筑物供暖、供冷，有效降低建筑物供暖和供冷能耗，同时降低区域环境污染。

    

                    

                    

                    
                    
                    
据仲量联行（JLL）称，2018年全球数据中心租赁量增长了33%，其中大部分是由云计算提供商驱动的。

数据中心供应商和分析师经常重复的一个估计是，大约80%的运行企业应用程序的计算能力仍然位于企业数据中心内（而不是运行在云端或托管数据中心内）。为了追求这一巨大的增长潜力，云计算服务提供商从原始计算和存储到Salesforce或Office 365风格的基于订阅的软件，每个季度在建设和租赁数据中心方面投入了数十亿美元来托管这些服务。


谷歌公司正在田纳西州克拉克斯维尔建设的数据中心超大规模的云计算巨头（如亚马逊网络服务，微软Azure和谷歌云平台）在谈论他们的基础设施战略时，只是顺便提及数据中心租赁-有时甚至根本没有提到，而这是这些战略的重要组成部分。专业数据中心开发人员可以在某个时间点最需要的区域快速提供大量新容量。当提供商不确定他们将来会在该市场中看到多少需求时，他们还可以减轻在云计算服务提供商的新市场中投资大型建设项目的风险。他们还在适当的地块供不应求的市场中为数据中心建设提供土地。

商业房地产巨头仲量联行（Jones Lang La Salle）日前发布的一份报告中的两张图表说明了云计算提供商扩大数据中心容量这一竞争的蓬勃发展，该公司追踪全球最大数据中心租赁市场的供需动态。一直在推动那些专业开发商，如Digital Realty Trust，CyrusOne和Global Switch。


很难想象上面的图表也说明了北弗吉尼亚数据中心市场在这一繁荣中扮演的角色是多么大。根据仲量联行的数据，去年在顶级数据中心市场吸收的775MW容量（从2017年起增加191MW，即33％），在北弗吉尼亚州租赁了270MW。第二高的“吸收率”是在伦敦，企业租用了69MW的数据中心容量。云计算提供商占北弗吉尼亚州吸收量的42％：即113MW，比伦敦今年的全部吸收率高出约40％。

然而仲量联行表示，在欧洲，中东和非洲的数据中心市场，更大的故事是这些市场租用的数据中心容量的70％是由云计算提供商租用的。


由于没有需求放缓的迹象，数据中心开发商继续建设。截至2018年底，仲量联行正在追踪全球正在建设的数据中心容量约550兆瓦，其中一半在北美地区，30％在欧洲、中东和非洲，其余位于亚太地区的数据中心市场。

                
  

 

　  
云计算已成为趋势，数据中心建设也需要根据最新的技术趋势而做出对应的改变。“建设数据中心一定易于升级改造，从而能满足不断发展的IT科技和市场需求。”施耐德电气IT事业部全球数据中心副总裁Paul-François
 Cattier在接受比特网记者的采访时说。“在大型企业没有实现云计算时，其主要基础设施在场地环境方面的考虑以可靠和可用性为主，例如四个九、五个九等等。但在今天，电费已经占到了运营费用的40%-45%，因此，在实现云计算的时候，就必须要考虑能源效率。”施耐德电气IT事业部大中华区副总裁、数据中心业务总经理曲颖说。“不仅如此，随着下一代数据中心建设理念得到接受，云数据中心的建设也要看‘风水’了。”

　　从研发入手

　　Paul-François Cattier表示，云计算有一个非常动态的环境，这对动态制冷带来了非常大的挑战——负载早晚不同、分季节也不同，这都需要制冷与负载相匹配。同时，虚拟化的动态迁移特点也对基础设施造成了非常大的影响。虚拟化的动态迁移，使虚拟机可以在不同的服务器和IT设备之间动态去创建、迁移，这就需要UPS、关键电力和关键制冷也能动态匹配这种变化。例如，施耐德的空调制冷可以根据虚拟机的变化进行动态调整，如果虚拟机从物理机上迁移到另一个机柜了，施耐德就可以把这个机柜的供电关掉，或者把它的制冷转移到其他需要制冷的地方。“我们现在在中国已经有一千多个研发人员，为中国来做研发的解决方案，包括能源效率相关的所有逻辑链上的细节。”曲颖说。

　　云计算数据中心四大要素

　　那么，什么样的数据中心基础设施环境，才能最好地支撑云计算的发展？Paul-François Cattier归纳出了四点。第一，标准化。标准化能确保用户获得非常好的性能，能够实现非常快速的部署。“传统数据中心从设计到实施到完成进入运营，一般需要两到三年。但通过标准化，用户可以将时间压缩到八到九个月;如果用户采用产品化的数据中心，其组件已在工厂预置、预测试了，那么数据中心的部署时间甚至可以压缩到几周。”

　　第二，提高数据中心的设备密度。著名的摩尔定律指出，芯片性能每18个月翻一番，但价格要便宜一半。对设施来讲，面积最为重要。如何将这两者结合起来？答案是提高IT机柜密度。“现在有很多数据中心占有非常大面积，但密度不够，只有三五千瓦。我们的实验表明，当密度提到一定程度，例如达到20千瓦，既能在能效上有一定的收益，而且还能大幅缩减设施面积。”

　　第三，模块化。模块化的特点是非常灵活，可以按需订购。换言之，用户可以根据业务成长来购买相应的基础设施，实施和部署也可以模块化的方式分步部署。这样，也可以达到节能的效果。不仅如此，模块化有很好的适应性，集装箱数据中心可以在世界任何地方来组成。

　　第四点就是集成化管理。施耐德已经把关键电力、关键制冷以及IT管理融合起来集中在一起。不久前，施耐德发布了StruxureWare管理工具，可以管理楼宇设施、基础设施，而且数据中心基础设施管理还可以与思科、微软、VMware等IT公司的管理软件互相通信，互联互动。这样，就可以实现IT和基础设施的集成化管理。

　　云计算数据中心建设要看“风水”

　　曲颖表示，自2007年全球推出下一代数据中心的概念以后，下一代数据中心的规划和设计也已经跟以前的方式方法完全不同了。以前，数据中心的建设是IT的人负责IT、网络的人负责网络、基建的人负责基建;而在今天，数据中心已经变成独栋楼数据中心，它会变得即跟IT有关，也跟动力环境有关，甚至跟建筑结构的风水都有关。“如果你做自然冷却，这就必须考虑当地的气候条件，西北风、东南风在考虑上肯定是不一样的。”

　　也正是因为如此，数据中心的建设给客户带来了很多挑战，客户需要一个具有全面技能的规划师，既了解建筑、楼宇，还要了解IT、动力环境。也正是因为这样，很多供应商开始进入这个市场。“施耐德在这个产业链当中，更像是一个翻译家。我们把你用多少服务器、用什么样的应用等IT语言翻译成客户需要多少千瓦的基础设施，起到了沟通和桥梁的作用。”曲颖说。

　　Paul-François Cattier补充说，“施耐德的长处是注重能效管理，在基础设施、风火水电这方面有着非常好的专业技能和经验。当IBM或者惠普等传统IT厂商进行数据中心设计、规划咨询的时候，施耐德也经常以合作方的形式出现。”