根据美国能源部（DOE）的统计数据显示，美国的整个数据中心行业消耗了约1000亿千瓦小时的电力资源，估计约占全美总电力资源使用量的2％以上。鉴于在可预见的未来，在云计算、物联网、数字记录等所呈现的数据爆炸似增长预计还将继续，数据中心如何消耗能源及实现更高的能源效率方面亟待进行一次革命性的变化。
显然，美国能源部需要提出更好的关于数据中心的建筑倡议，以便使得数据中心及其合作伙伴能够与该机构共同致力于降低能源消耗。该机构的两大方案包括更好的建筑挑战，这需要来自企业的承诺：在10年内，减少20%的数据中心总能耗;以及更好的数据中心建筑效率加速器，该方案要求企业承诺在五年内减少一处甚至多处数据中心能源消耗的25%。
该计划的核心是提高数据中心基础设施的效率，其所使用的能源至少与数据处理、网络和存储设备一样多。对于基础设施所需的能源，建筑物冷却占了绝大部分。根据美国能源部的统计数据显示，数据中心基础设施的能源效率可通过采用“最佳管理”的节能措施和策略，提高20%到40%，通常其收回投资回报率的回收期都很短。常见的升级措施包括管理服务器的冷却气流、优化制冷系统、并按照由美国采暖、制冷与空调工程师学会(ASHRAE)所推荐的冷却空气供给范围建议进行冷却空气供给。
数据中心的能源使用效率
鉴于全美有近三百万处数据中心，美国能源部正在积极的鼓励这些数据中心监测其能源使用效率(PUE)，其是通过将数据中心消耗的所有能源与IT负载使用的能源之比而计算得出的。目前，在美国大多数数据中心的平均PUE值大约是2。
但是，节能不仅仅是为了“绿色环保”。让数据中心变得更富能源效率将有助于长期地满足计算需求的增加和数据存储容量需求的不断增长。在当前投资预算均相当紧张的情况下，投资于有价值的计算能力将会比浪费资金用于大量的能源消耗更具深远的意义和影响。
优先级冲突
通常情况下，在企业的IT、基础设施及财务决策者之间均会存在冲突，因为他们各自的工作目标是内在冲突的，同时有关数据中心的决策过程也会存在不同意见。
“如果您数据中心的策略与贵公司的目标是不一致的，首先，我们会派出一名商业顾问，以帮助您企业的IT能够进入公司董事会。”一家专注于大数据基础设施解决方案的顾问企业Yttibrium公司的创始人Per Brashers说。“IT是一种资产，需要一个懂得业务经营的人士，以便从基础设施投资中获得大的价值。”
显然，风险规避是经营数据中心的一大重要因素。即使服务器制造商可能保证其设备在服务器入口温度能够超过100华氏度，但这依然很难说服数据中心运营商提高冷通道温度，哪怕只是达到80华氏度。
数据中心冷却系统的创新
ASHRAE已经提议，数据中心可以在较高的服务器的入口温度下实施操作，并鼓励使用外部空气和蒸发冷却的方式作为最有效的以空气为基础的冷却手段。
直接蒸发冷却的方式要比传统空调少消耗70%的能源，但这一水平的节约能源会存在相对湿度较高的缺点。有报告指出，一些大的数据中心运营商，包括Facebook，使用的是直接蒸发冷却。
而替代的方案，包括采用间接蒸发冷却，会降低温度而不增加水分。该方案被谷歌和亚马逊所使用，间接方法的冷却效率稍微比直接方法低，但仍然仅仅只消耗典型的压缩机轴承冷却系统的能量的一小部分。
图：在间接和间接/直接蒸发冷却系统中，热空气的热量被水吸收，空气温度降低，相对湿度增大。
更先进的系统使用直接和间接蒸发冷却的混合，结合了先进的监测和控制。例如，一台由达拉斯的制造商Mestex公司所生产的间接/直接蒸发冷却系统Aztec，将仅仅只使用类似规模大小的风冷式屋顶设施或冷却器系统约三分之一的能量。进一步使用外部空气冷却可以减少能源消耗，所消耗的能源还不到传统系统所需的四分之一。
已经部署这些技术的较为先进的企业可以定期的且绝对敢宣称其PUE值在1.1上下，而无疑与美国数据中心的平均性能度量2.0的PUE值形成了鲜明的对比。 “一瓦特每年的成本约为1.90美元，含税。”Brashers说。“例如，一个1兆瓦的设施，PUE值为1.90的话，其每年的能源花费将超过100万美元，而PUE值为1.07的设施每年的能源花费则仅为14.8万美元。”
灵活、可扩展、节能的选项
“模块化的数据中心是一种新兴的用以替代传统的砖和砂浆结构制式数据中心的方案。” 根据全球第二大市场研究咨询公司Markets and Markets在2015年六月公布的一份市场报告显示：模块化数据中心是一系列各种预先设计的自定义模块，包括IT、电力、冷却发电机，预计该市场到2020年将增加三倍，达到350亿美元。
暖通空调机组(HVAC)是按照“即插即用”的模式设计的，为数据中心提供了一种经济的方式，用以增加了计算能力和制冷量。这种类型的HVAC系统的可扩展性有助于消除资源过度配置，及浪费比实际冷却需求更多的能源成本。
总结
对于间接/直接蒸发冷却系统而言，该系统能够利用外部更冷的空气，以支持室内的制冷，已被证明较之传统的空调(包括最新一代的计算机房空调单元，或称CRAC)可降低电力消耗。当系统的数字控制与其他楼宇自动化系统集成时，甚至可以进一步带来能源成本的节省。
“在可预见的将来，HVAC的购买决策将基于其降低能耗和成本的能力。”Per Brashers说。目前在数据中心提升能源效率的最佳做法，包括采用节能暖通空调技术(购买新的或改造冷却设备)，能够提供以下优势：
高性能的空气处理效率：通过采用直接驱动增压风扇的变频驱动器(VFD)控制，通常保持在95%以上的时间能够降低能耗，控制设备在部分负荷下运行。
制冷蒸发冷却技术，该技术被证明较之传统空调能够降低功率高达70%。
直接数字化控制，有助于监控和调整HVAC系统的舒适性，成本和能源效率(包括PUE)。这些控件应该能够通过Web界面实现24/7全天候远程访问，以及在本地通过一个新的设备或墙壁安装式数字仪表板访问。
通过采用最佳实践方案，如本文中所描述的，越来越多的数据中心已经实现了能源高效率。特别是那些大型巨头企业，如亚马逊，Facebook和谷歌，均已采取了相关节能措施。但是，在美国遍布着300万处数据中心，对于很多的中小型甚至有更大的机会来实现节能和节省运营成本费用，他们可以通过采用可扩展的，即插即用式HVAC为其间接/直接蒸发冷却提供经济实惠的选择，进而能够随着您数据中心计算业务的发展打造模块化数据中心和新的数据中心建筑设施。
关于作者
本文作者迈克尔·卡勒是Mestex公司的总裁。Mestex是Mestek, Inc旗下的一个部门，是一家专注于空气处理的空调制造商，对创新富有热情。Mestex是唯一一家提供行业标准直接数字控制几乎所有的产品，包括Aztec蒸发冷却系统的HVAC产品制造商。其Aztec蒸发冷却系统、以及Applied Air、Alton 、Koldwave、Temprite和LJ Wing HVAC系统特别适合于数据中心使用。该公司是蒸发冷却技术的先驱，并引领蒸发冷却技术行业的创新超过40年。
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