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摘 要 节约资源是一项基本国策，节能减排在国家政治和经济生活中的重要性日益凸显。IDC机房作为能耗大户，节能减排工作尤为重要。由于服务器、传输、网络设备能耗的刚性需求，因此改善环境控制系统成为节能减排工作重点，本文主要针对当前主流节能技术进行探讨和分析，以供更多的IDC机房借鉴，达到节能减排的共同目的。
关键词 节能减排；新风系统；氟泵循环系统；精确送风技术；湿膜加湿；LED节能灯
中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）02-0211-02
在今天，互联网技术日臻发达，人们依然将网络融入到了自己的日常生活、工作之中，成为了一项重要的组成部分。网络交友、电子商务、网上办公、在线游戏……我们生活中愈加重要的角色正被互联网扮演着。不久的未来能够被预见到，人类社会必将把互联網作为经济生活的重要平台。人们对于互联网平台依赖的日益加深、其需求的日趋多样化，其原因在于网络具有着无以比拟的重要功能。所以，在近些年以来，IDC（互联网数据中心）业务得到了飞速的发展。为了使自己的媒体或网站能够得到安全稳定、设施齐备、增值服务良好的运行环境，人们选择将其托管至IDC机房之中。然而，随着IDC机房的优势凸显，新问题也伴随着产生了。这就是数据中心机房消耗电力过大之问题。
调研机构于2007年公布了相关的统计数据，目前国内的数据中心电能消耗的比例如下：网络设备15%、存储设备8%、服务器15%、空气调节20%、空调20%、AC转换以及机房照明7%、UPS 15%。据我IDC机房实际耗电分布图来看，空调占比52%，UPS及服务器占比46%，照明及办公占比2%。
通过调查数据及我IDC机房实际用电数据分析可知，IDC机房用于环境控制系统耗电占机房总耗电的一半以上，因此现阶段主流的节能减排措施亦是针对坏境控制系统进行改造。下面我通过介绍利用自然冷源冷却技术、空调送风技术及替换能耗较高耗电设备三项措施实现IDC机房节能减排，其中有些措施我们已经付诸实践，达到了明显效果，有些技术通过到其它兄弟公司实地考察效果很好，但是受到我IDC机房空间的约束，并未实施。
1 对于自然冷源的应用技术
该项技术是使自然环境的冷量作为制冷的冷源，当室内空气温度高于室外温度并且达到了一定程度时，使用通风的方式带走机房内的热量，使机房内的温度降低、达到制冷的目的。在技术的实现方面，当前有着空调氟泵循环系统和新风系统两种方式。
1.1 新风系统
新风系统分为直接引入新风系统和热交换新风系统
1）新风直接引入节能系统。
新风直接引入式节能系统是通过对于新风机组的设置，在室外空气温度很低，并且已经低于机房内的控制温度之时，在机房内直接引入室外的新风，使室外和室内的空气实现热湿交换，其目的在于快速有效的把机房内的热量迁移至室外，以达到机房内降低温度的目的。
新风直接引入式节能系统一般由如下部分组成：进风单元；过滤单元、加湿单元、送风单元和控制单元等几部分组成。
该方式最大的优点在于节能效果显著。但该方式存在较严重缺点，如过滤器清洗频繁，如清洗不及时可能造成机房洁净度下降；室内湿度受室外环境湿度影响严重；室外温度较低时，有可能出现结露；通过以上优缺点分析该技术主要应用于对洁净度要求不高的机房，而对于洁净度要求较高的通信楼枢纽、中心交换局、IDC机房等大型综合机房则不适用该技术。
2）热量交换的节能系统。
该套系统首先必须保证采用换热的隔绝方式，其对于机房内空气温度的保证原理不是通过室内外空气的热湿交换而是通过显热交换而完成。该系统的关键点在于对于室外、室内空气的完全隔离，从而保证室外空气不会影响到室内空气的洁净度要求。
这种节能换热器的原理是把室外的自然环境作为冷源，当室外空气温度低于室内空气温度且达到一定程度时，通过热交换将机房内的热量带走，达到降低机房内部温度的目的。
站在室外的角度来看，进入装置本体内的空气是室外风机作用冷空气从室外侧进风口进入的，对于热量的交换是通过换热芯片完成，经过换热以后的室外空气通过室外侧的排风口排出到室外；而站在室内的角度来看，进入装置本体内空气是室内风机作用热空气从室内侧进风口进入，室内热空气的换热降温过程是通过换热芯片完成的，经过降温以后的空气通过室内侧的排风管路再重新回到机房之内循环。
该方式与直接引入新风系统相比热交换效率低，但该系统机房洁净度及湿度不受室外环境影响；同时可控制风量调节，避免结露的出现。
以上两种新风系统可年节省空调能耗的30%，但该系统室内需布置较长的通风管道，室外需布置较大的风机系统，由于我公司IDC机房未留有充足的空间，所以未使用以上节能技术。
1.2 氟泵空调循环系统
氟泵空调循环系统是将一套氟利昂泵的循环系统增加至空调的正常压缩机正常的空调压缩机制冷系统之中，配合使用两套系统。在室外温度较高的夏季，使用压缩机运行制冷；当安装了氟泵的制冷系统的设定温度高于室外的温度时，氟泵循环制冷系统被自动的切换运行，使全年机房的空调系统安全可靠运行得到保障。
对于这套系统而言，除了在节能方面具有显著的优点之外，仍有着以下的优点：由于对于自然室外冷源的间接性利用，所以不会使机房内空气质量产生任何的影响；不会对建筑的外观造成破坏，不需要对管路进行重新铺设，更加易于施工布置；两套系统共同使用，使压缩机系统的运行时间得到减少，使其使用寿命得到延长。实地测量我IDC机房的耗电情况，氟泵循环系统耗电为1.69KW每小时，压缩机循环系统耗电为8.16KW每小时，节电比达到79.2%之高。
2 空调送风技术
大量的实验数据表明，当单架机柜（包含服务器等用电设备）具有着超过或者接近5KW的热负荷时，如果仍然使用传统的机房专用空调系统进行制冷的方式进行解决的话，就会由于机房的温度环境之内局部热岛的存在而使设备的正常运行受到影响；其外，对于设备来说，需要使用大风量进行循环而将显热带走，使用传统机房专用空调系统会使大面积的机房内空间被占用掉，下送风方式的机组对于地板架高高度需要很多提高，上送风方式机组对于风管横截面积尺寸的需要个很大，会使一部分拟改造为数据中心的机房无法被继续的使用。并且，我了保证送风的风量，机房内专用的空调系统还需要使送风用风机功率得到加大，这就造成了整个的制冷系统的运行效率被很大的降低了，针对以上现象，精确送风技术应运而生。 该技术将空调的风帽出风口都以风道相连，使其成为一个巨大的静压箱。在每个机柜正上方皆从风道上引下一个出风管道，每个出风管道内都安装一个风阀来控制其出风量。风阀的开合程度取决于布置在每个机柜内的4个平均分布的温感探头，当机柜内4个探头的温度最大值超过某个设定的阀值时则风阀自动打开一定角度，反之则自动闭合一定角度，以此来达到精确送风之目的。由于当机柜温度达到某阀值后风阀将开启很小或不开启，则对于机柜的制冷并不需要那么大的风量，即风道内并不需要那么大的风压，遂不再需要开启太多的空调设备即可达到预定之效果，从而达到节能效果。
3 替换能耗较高的耗电设备
3.1 湿膜加湿技术替换空调电极加湿
机房一般采用空调自带电极式加湿器进行加湿。电极式加湿器靠加热水，让水沸腾产生蒸发来加湿空气。湿膜加湿则是通过湿膜加湿器布水器将水均匀分布，水在重力作用下沿湿膜表面从上往下流，将湿膜表面润湿。当空气流过时，未蒸发的水流进循环水槽，再由循环水泵送到湿膜顶部，这样不断循环，从而达到连续加湿的目的。1kg的水从20℃加热到100℃蒸发需要2590kJ的热量，10kg/h的电极式加湿器的功率为7.2kW。而同样加湿量的湿膜加湿量的功率仅需0.41kW。因此，对于需要加湿的机房，湿膜加湿有明显的节能效果。
以我IDC机房某期机房实际使用为例，满足机房同样湿度环境指标，空调电极加湿耗电年耗电195840kWh，湿膜加湿年耗电5472kWh，节电比高达97%。
3.2 节能灯
由于我机房按要求需小时对环境温湿度、运行情况等进行巡视，所以机房照明灯为24小时长亮状态，由于原照明灯为40w普通日光灯（实际测试功率为47W），所以我机房对该灯进行了改造，改为15W LED节能灯（实际测试功率为13.2W），由于LED技能灯较普通日光灯亮度高，照度好，所以15W LED节能灯即等同于40W普通日光灯。节电比为71.9%。
以上介绍的几项节能技术和措施，无论对于新建设的机房还是已然投入使用的既有机房而言，都具有一定的指导意义。其区别就在于新的机房是建设在空白的空间之上的，对于以上的节能技术和措施可以进行综合得考虑；既有机房的改造则需要根据机房的实际情况，再根据以上节能措施制订针对性的改造方案。总之，综合以上节能措施，可有效降低机房能耗。
参考文献
[1]陈婷.数据机房精确送风方式的应用研究[D].南京师范大学，2014.
[2]王玉成.IDC机房空调系统优化配置方法及综合节电分析[D].北京邮电大学，2009.
[3]黄秋菊，刘乃玲.湿膜加湿器的机理及影响因素分析[J].节能期刊，2005（10）.
[4]王可勇，张湘圆，潘俊，朴东杰.机房内湿膜加湿代替电极加湿的研究[C].2013年中国通信学会信息通信网络技术委员会年会论文集，2013（8）.
作者簡介
王彤璐（1981-），男，现任职务：中国铁通集团有限公司北京分公司IDC中心主任。
关键词 节能减排；新风系统；氟泵循环系统；精确送风技术；湿膜加湿；LED节能灯
中图分类号：TU833 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2015）02-0211-02
在今天，互联网技术日臻发达，人们依然将网络融入到了自己的日常生活、工作之中，成为了一项重要的组成部分。网络交友、电子商务、网上办公、在线游戏……我们生活中愈加重要的角色正被互联网扮演着。不久的未来能够被预见到，人类社会必将把互联網作为经济生活的重要平台。人们对于互联网平台依赖的日益加深、其需求的日趋多样化，其原因在于网络具有着无以比拟的重要功能。所以，在近些年以来，IDC（互联网数据中心）业务得到了飞速的发展。为了使自己的媒体或网站能够得到安全稳定、设施齐备、增值服务良好的运行环境，人们选择将其托管至IDC机房之中。然而，随着IDC机房的优势凸显，新问题也伴随着产生了。这就是数据中心机房消耗电力过大之问题。
调研机构于2007年公布了相关的统计数据，目前国内的数据中心电能消耗的比例如下：网络设备15%、存储设备8%、服务器15%、空气调节20%、空调20%、AC转换以及机房照明7%、UPS 15%。据我IDC机房实际耗电分布图来看，空调占比52%，UPS及服务器占比46%，照明及办公占比2%。
通过调查数据及我IDC机房实际用电数据分析可知，IDC机房用于环境控制系统耗电占机房总耗电的一半以上，因此现阶段主流的节能减排措施亦是针对坏境控制系统进行改造。下面我通过介绍利用自然冷源冷却技术、空调送风技术及替换能耗较高耗电设备三项措施实现IDC机房节能减排，其中有些措施我们已经付诸实践，达到了明显效果，有些技术通过到其它兄弟公司实地考察效果很好，但是受到我IDC机房空间的约束，并未实施。
1 对于自然冷源的应用技术
该项技术是使自然环境的冷量作为制冷的冷源，当室内空气温度高于室外温度并且达到了一定程度时，使用通风的方式带走机房内的热量，使机房内的温度降低、达到制冷的目的。在技术的实现方面，当前有着空调氟泵循环系统和新风系统两种方式。
1.1 新风系统
新风系统分为直接引入新风系统和热交换新风系统
1）新风直接引入节能系统。
新风直接引入式节能系统是通过对于新风机组的设置，在室外空气温度很低，并且已经低于机房内的控制温度之时，在机房内直接引入室外的新风，使室外和室内的空气实现热湿交换，其目的在于快速有效的把机房内的热量迁移至室外，以达到机房内降低温度的目的。
新风直接引入式节能系统一般由如下部分组成：进风单元；过滤单元、加湿单元、送风单元和控制单元等几部分组成。
该方式最大的优点在于节能效果显著。但该方式存在较严重缺点，如过滤器清洗频繁，如清洗不及时可能造成机房洁净度下降；室内湿度受室外环境湿度影响严重；室外温度较低时，有可能出现结露；通过以上优缺点分析该技术主要应用于对洁净度要求不高的机房，而对于洁净度要求较高的通信楼枢纽、中心交换局、IDC机房等大型综合机房则不适用该技术。
2）热量交换的节能系统。
该套系统首先必须保证采用换热的隔绝方式，其对于机房内空气温度的保证原理不是通过室内外空气的热湿交换而是通过显热交换而完成。该系统的关键点在于对于室外、室内空气的完全隔离，从而保证室外空气不会影响到室内空气的洁净度要求。
这种节能换热器的原理是把室外的自然环境作为冷源，当室外空气温度低于室内空气温度且达到一定程度时，通过热交换将机房内的热量带走，达到降低机房内部温度的目的。
站在室外的角度来看，进入装置本体内的空气是室外风机作用冷空气从室外侧进风口进入的，对于热量的交换是通过换热芯片完成，经过换热以后的室外空气通过室外侧的排风口排出到室外；而站在室内的角度来看，进入装置本体内空气是室内风机作用热空气从室内侧进风口进入，室内热空气的换热降温过程是通过换热芯片完成的，经过降温以后的空气通过室内侧的排风管路再重新回到机房之内循环。
该方式与直接引入新风系统相比热交换效率低，但该系统机房洁净度及湿度不受室外环境影响；同时可控制风量调节，避免结露的出现。
以上两种新风系统可年节省空调能耗的30%，但该系统室内需布置较长的通风管道，室外需布置较大的风机系统，由于我公司IDC机房未留有充足的空间，所以未使用以上节能技术。
1.2 氟泵空调循环系统
氟泵空调循环系统是将一套氟利昂泵的循环系统增加至空调的正常压缩机正常的空调压缩机制冷系统之中，配合使用两套系统。在室外温度较高的夏季，使用压缩机运行制冷；当安装了氟泵的制冷系统的设定温度高于室外的温度时，氟泵循环制冷系统被自动的切换运行，使全年机房的空调系统安全可靠运行得到保障。
对于这套系统而言，除了在节能方面具有显著的优点之外，仍有着以下的优点：由于对于自然室外冷源的间接性利用，所以不会使机房内空气质量产生任何的影响；不会对建筑的外观造成破坏，不需要对管路进行重新铺设，更加易于施工布置；两套系统共同使用，使压缩机系统的运行时间得到减少，使其使用寿命得到延长。实地测量我IDC机房的耗电情况，氟泵循环系统耗电为1.69KW每小时，压缩机循环系统耗电为8.16KW每小时，节电比达到79.2%之高。
2 空调送风技术
大量的实验数据表明，当单架机柜（包含服务器等用电设备）具有着超过或者接近5KW的热负荷时，如果仍然使用传统的机房专用空调系统进行制冷的方式进行解决的话，就会由于机房的温度环境之内局部热岛的存在而使设备的正常运行受到影响；其外，对于设备来说，需要使用大风量进行循环而将显热带走，使用传统机房专用空调系统会使大面积的机房内空间被占用掉，下送风方式的机组对于地板架高高度需要很多提高，上送风方式机组对于风管横截面积尺寸的需要个很大，会使一部分拟改造为数据中心的机房无法被继续的使用。并且，我了保证送风的风量，机房内专用的空调系统还需要使送风用风机功率得到加大，这就造成了整个的制冷系统的运行效率被很大的降低了，针对以上现象，精确送风技术应运而生。 该技术将空调的风帽出风口都以风道相连，使其成为一个巨大的静压箱。在每个机柜正上方皆从风道上引下一个出风管道，每个出风管道内都安装一个风阀来控制其出风量。风阀的开合程度取决于布置在每个机柜内的4个平均分布的温感探头，当机柜内4个探头的温度最大值超过某个设定的阀值时则风阀自动打开一定角度，反之则自动闭合一定角度，以此来达到精确送风之目的。由于当机柜温度达到某阀值后风阀将开启很小或不开启，则对于机柜的制冷并不需要那么大的风量，即风道内并不需要那么大的风压，遂不再需要开启太多的空调设备即可达到预定之效果，从而达到节能效果。
3 替换能耗较高的耗电设备
3.1 湿膜加湿技术替换空调电极加湿
机房一般采用空调自带电极式加湿器进行加湿。电极式加湿器靠加热水，让水沸腾产生蒸发来加湿空气。湿膜加湿则是通过湿膜加湿器布水器将水均匀分布，水在重力作用下沿湿膜表面从上往下流，将湿膜表面润湿。当空气流过时，未蒸发的水流进循环水槽，再由循环水泵送到湿膜顶部，这样不断循环，从而达到连续加湿的目的。1kg的水从20℃加热到100℃蒸发需要2590kJ的热量，10kg/h的电极式加湿器的功率为7.2kW。而同样加湿量的湿膜加湿量的功率仅需0.41kW。因此，对于需要加湿的机房，湿膜加湿有明显的节能效果。
以我IDC机房某期机房实际使用为例，满足机房同样湿度环境指标，空调电极加湿耗电年耗电195840kWh，湿膜加湿年耗电5472kWh，节电比高达97%。
3.2 节能灯
由于我机房按要求需小时对环境温湿度、运行情况等进行巡视，所以机房照明灯为24小时长亮状态，由于原照明灯为40w普通日光灯（实际测试功率为47W），所以我机房对该灯进行了改造，改为15W LED节能灯（实际测试功率为13.2W），由于LED技能灯较普通日光灯亮度高，照度好，所以15W LED节能灯即等同于40W普通日光灯。节电比为71.9%。
以上介绍的几项节能技术和措施，无论对于新建设的机房还是已然投入使用的既有机房而言，都具有一定的指导意义。其区别就在于新的机房是建设在空白的空间之上的，对于以上的节能技术和措施可以进行综合得考虑；既有机房的改造则需要根据机房的实际情况，再根据以上节能措施制订针对性的改造方案。总之，综合以上节能措施，可有效降低机房能耗。
参考文献
[1]陈婷.数据机房精确送风方式的应用研究[D].南京师范大学，2014.
[2]王玉成.IDC机房空调系统优化配置方法及综合节电分析[D].北京邮电大学，2009.
[3]黄秋菊，刘乃玲.湿膜加湿器的机理及影响因素分析[J].节能期刊，2005（10）.
[4]王可勇，张湘圆，潘俊，朴东杰.机房内湿膜加湿代替电极加湿的研究[C].2013年中国通信学会信息通信网络技术委员会年会论文集，2013（8）.
作者簡介
王彤璐（1981-），男，现任职务：中国铁通集团有限公司北京分公司IDC中心主任。