前言

新基建熱潮正盛，越來越多的企業(yè)開始布局?jǐn)?shù)字化業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)迅猛增長。作為數(shù)據(jù)存儲、處理、分析的數(shù)據(jù)中心進(jìn)入新一輪建設(shè)加速期。鑒于數(shù)據(jù)中心是能源密集型行業(yè)，能效的重要性不容小覷，這對能源優(yōu)化提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

世紀(jì)互聯(lián)作為新基建的積極參與者，對數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)進(jìn)行充分調(diào)研與試驗(yàn)，探索屬于世紀(jì)互聯(lián)的生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展之路。通過建設(shè)軟件開發(fā)能力，引入AIoT、新傳感器等前沿技術(shù)，不斷驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)中心技術(shù)和管理升級、優(yōu)化數(shù)據(jù)中心PUE、提升財(cái)務(wù)表現(xiàn)，為新基建數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)大推力。

在數(shù)據(jù)中心行業(yè)，工程師們承載了公司項(xiàng)目從藍(lán)圖到部署，從運(yùn)維到交付落實(shí)，決定著產(chǎn)品服務(wù)的品質(zhì)與保障。而“工程師基因”正是對世紀(jì)互聯(lián)價(jià)值觀的高度內(nèi)化與凝練，“工程師精神”是世紀(jì)互聯(lián)發(fā)展的根本和內(nèi)在動(dòng)力，“工程師文化”更是互聯(lián)人“務(wù)實(shí)、拼搏、嚴(yán)謹(jǐn)、精進(jìn)”的代名詞，對產(chǎn)品的敬畏、對客戶的負(fù)責(zé)，始終催使我們?nèi)?chuàng)造精益求精的產(chǎn)品與服務(wù)。

步入2021，世紀(jì)互聯(lián)堅(jiān)持精益運(yùn)營、高效管理，持續(xù)提升創(chuàng)新力、產(chǎn)品力，培育高素質(zhì)人才和組織，追求長期穩(wěn)定的高質(zhì)量發(fā)展。

接下來，本文將與您分享，世紀(jì)互聯(lián)工程師在數(shù)據(jù)中心運(yùn)營實(shí)踐管理中幾個(gè)方向的探索與實(shí)踐。

01 建立軟硬件基礎(chǔ)測試環(huán)境

數(shù)據(jù)中心作為企業(yè)的核心基礎(chǔ)設(shè)施，安全穩(wěn)定地運(yùn)行和把電力高效地轉(zhuǎn)化為算力對企業(yè)運(yùn)營、保持核心競爭力至關(guān)重要。通過數(shù)據(jù)中心運(yùn)維系統(tǒng)，基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維工程師對數(shù)據(jù)中心進(jìn)行監(jiān)測，幫助其高效掌握數(shù)據(jù)中心整體情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問題，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)中心以及整個(gè)企業(yè)的正常運(yùn)行。

世紀(jì)互聯(lián)秉持以客戶體驗(yàn)為核心，由具備深厚專業(yè)背景、廣闊視野的科研團(tuán)隊(duì)開展工作規(guī)劃與業(yè)務(wù)部署，率先提出將數(shù)據(jù)中心設(shè)施運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)細(xì)分為設(shè)施運(yùn)維生產(chǎn)系統(tǒng)（MPS）、設(shè)施運(yùn)維支撐系統(tǒng)（MSS），以及設(shè)施運(yùn)維分析系統(tǒng)（MAS）。MPS的演進(jìn)方向?yàn)閿?shù)據(jù)中心的數(shù)字孿生和智慧運(yùn)維；MSS的演進(jìn)方向?qū)⒚嫦驍?shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維管理的全面數(shù)字化，并實(shí)現(xiàn)設(shè)施管理全生命周期的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化。

基于AIoT的能源優(yōu)化，通過以MAS作為重要支撐，世紀(jì)互聯(lián)確定分階段工作目標(biāo)：首先，采集設(shè)施運(yùn)維數(shù)據(jù)，不斷積累并形成分析性數(shù)據(jù)倉庫；其次，研究制冷系統(tǒng)在不同負(fù)載、工況下的運(yùn)營參數(shù)等，包括全局能耗表現(xiàn)、系統(tǒng)級COP表現(xiàn)，以及設(shè)備級能耗表現(xiàn)；最后，建立不同系統(tǒng)運(yùn)行工況、系統(tǒng)負(fù)荷下的優(yōu)化設(shè)施運(yùn)維模型，預(yù)測設(shè)施最優(yōu)工況。

數(shù)據(jù)中心運(yùn)維系統(tǒng)架構(gòu)

運(yùn)維分析的基礎(chǔ)要建立于對大量運(yùn)維數(shù)據(jù)的積累之上，經(jīng)過不斷對運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行的采集、解析、存儲后，方可定義標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)體系及運(yùn)維指標(biāo)。

02 選用優(yōu)化的數(shù)據(jù)采集終端、程序和通訊

在數(shù)據(jù)采集設(shè)備方面，世紀(jì)互聯(lián)選用樹莓派作為采集數(shù)據(jù)終端，其具備體積小、功耗低的優(yōu)勢。通過樹莓派的豐富數(shù)據(jù)接口，可隨時(shí)部署交換機(jī)旁或直接接入其他底層硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。樹莓派還可運(yùn)行操作系統(tǒng)，完成更復(fù)雜的任務(wù)管理與調(diào)度，支持更上層應(yīng)用的開發(fā)，為程序開發(fā)者提供廣闊的開發(fā)自由度，且完全獨(dú)立于生產(chǎn)系統(tǒng)和支持系統(tǒng)，可以高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析，而不用完全依賴于生產(chǎn)系統(tǒng)的長周期的升級流程，使得數(shù)據(jù)分析和參數(shù)調(diào)整可以很快形成閉環(huán)實(shí)驗(yàn)。

數(shù)據(jù)采集設(shè)備部署架構(gòu)

在數(shù)據(jù)采集程序方面，世紀(jì)互聯(lián)使用了腳本語言與C語言的協(xié)議棧進(jìn)行了高效集成，使得數(shù)據(jù)采集、開發(fā)、調(diào)試和配置都有著極高的效率。腳本語言為不同設(shè)施的通訊協(xié)議棧提供執(zhí)行環(huán)境，快速解析設(shè)備設(shè)施通訊報(bào)文，同時(shí)為設(shè)備參數(shù)模型優(yōu)化輸出結(jié)果提供數(shù)據(jù)可視化圖形界面，快速完成實(shí)驗(yàn)環(huán)境和參數(shù)調(diào)整。

預(yù)測輸出結(jié)果可視化界面

在數(shù)據(jù)采集通訊方面，由于制冷系統(tǒng)設(shè)備的不同制造商及設(shè)計(jì)方面的考量，采用了不同的通訊協(xié)議，例如Modbus、BACnet、OPC等。世紀(jì)互聯(lián)采用了物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新企業(yè)自主研發(fā)的協(xié)議硬件網(wǎng)關(guān)、協(xié)議轉(zhuǎn)換軟件網(wǎng)關(guān)解決這一問題。

Modbus分線器及RevolutionPi

03 人以數(shù)據(jù)中心總能耗為依據(jù)，探索其可優(yōu)化的影響因素

從上一章節(jié)可以看出對于一個(gè)數(shù)據(jù)中心，選用了較優(yōu)化的基礎(chǔ)測試環(huán)境后，在基于對能效指標(biāo)PUE的解讀上，通過建立PUE公式模型，我們把制冷能效系數(shù)（CLF）、配電能效系數(shù)（PLF）、其他能效系數(shù)（OLF）作為MAS能源分解優(yōu)化的方向，在技術(shù)架構(gòu)中，注入能耗關(guān)鍵性指標(biāo)用于全系統(tǒng)分析。

在進(jìn)一步研究公式及系數(shù)三要素進(jìn)行近似計(jì)算過程中，全系統(tǒng)COP在模型中起到至關(guān)重要的作用，這不但在成熟機(jī)房中適用，對于新機(jī)房，也可以從全系統(tǒng)制冷效率方面進(jìn)行考核及分析。因上架率較高、運(yùn)行的生命周期較長，成熟機(jī)房PUE的優(yōu)化空間相對有限；但對于新機(jī)房，因上架率有限，設(shè)備容量實(shí)用不足，其PUE一般具備比較大的優(yōu)化空間，從全系統(tǒng)COP入手可以在上架率不足的情況下，持續(xù)優(yōu)化數(shù)據(jù)中心的能源使用效率。

綜合冷機(jī)、冷塔、冷卻/凍泵、送風(fēng)溫度、冷凍供水溫度等因素考慮在內(nèi)，并考慮不同設(shè)備的特性曲線，綜合測算水側(cè)全系統(tǒng)的COP變化情況，并進(jìn)行測試驗(yàn)證，不斷地試驗(yàn)、分析、總結(jié)、再反復(fù)校驗(yàn)，總結(jié)得出如下的幾個(gè)結(jié)論。

• 冷通道送風(fēng)溫度影響數(shù)據(jù)中心總能耗

數(shù)據(jù)中心常見服務(wù)器類型包括計(jì)算型和存儲型，在長期的運(yùn)營實(shí)踐中，運(yùn)維數(shù)據(jù)通過實(shí)時(shí)采集、分析，工程師對整個(gè)制冷系統(tǒng)機(jī)房內(nèi)服務(wù)器能耗與整體能耗關(guān)系進(jìn)行了深入研究，提供進(jìn)風(fēng)溫度不同負(fù)載的服務(wù)器能耗。

計(jì)算型服務(wù)器在服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度大于22度時(shí)，服務(wù)器自身風(fēng)機(jī)能耗呈上升趨勢。世紀(jì)互聯(lián)工程師為研究服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度升高后，服務(wù)器自身耗電量的增加、制冷系統(tǒng)耗電量降低以及總耗電量之間的關(guān)系，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。我們選擇負(fù)載率偏高，室外環(huán)境相對穩(wěn)定的機(jī)房樓，調(diào)整冷凍水溫度（-2~+1范圍），從而調(diào)整冷通道溫度，記錄24小時(shí)內(nèi)機(jī)房IT、制冷設(shè)備、末端溫度、濕度控制設(shè)備能耗以及服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度。

經(jīng)過測試，在實(shí)驗(yàn)機(jī)房，如將服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度從24℃調(diào)低到22℃，機(jī)房總能耗降低0.7%。基于存儲型服務(wù)器進(jìn)風(fēng)溫度拐點(diǎn)偏高（27℃），服務(wù)器能耗與總能耗的關(guān)系待后續(xù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

通過不斷嘗試及試驗(yàn)，以數(shù)據(jù)中心總能耗為依據(jù)，得到最佳實(shí)踐結(jié)果，為運(yùn)營優(yōu)化提供決策依據(jù)，進(jìn)一步提升數(shù)據(jù)中心能效利用和可靠性。

• 冷凍水系統(tǒng)設(shè)備能耗特性的相關(guān)結(jié)論

在數(shù)據(jù)中心冷凍水系統(tǒng)中，冷凍水溫度的變化或者末端負(fù)荷的變化會引起精密空調(diào)水閥的自動(dòng)調(diào)節(jié)，同時(shí)會導(dǎo)致冷凍水泵頻率的變化，在研究制冷能效系數(shù)過程中，為了精確分析水系統(tǒng)制冷系數(shù)的影響因素，世紀(jì)互聯(lián)工程師對冷凍水泵和精密空調(diào)進(jìn)行了深入的研究。

A. 冷凍水泵能耗特性

大多數(shù)運(yùn)營人員認(rèn)為冷凍水泵的功率與頻率呈三次方關(guān)系，故降低冷凍水泵頻率會大大降低冷凍水泵的能耗。但實(shí)際上，水泵功率與頻率的三次方關(guān)系是基于標(biāo)準(zhǔn)工況的前提下才成立的。

*水泵軸功率計(jì)算公示軸功率：

N(KW)=Q(m3/h)*H(m)/(367*η)。

Q:水泵流量,

H:水泵揚(yáng)程,

η:水泵效率。

標(biāo)準(zhǔn)工況下，管網(wǎng)特性保持不變的情況下，水泵的軸功率與頻率關(guān)系為：P1/P2=N13/ N23。

數(shù)據(jù)中心冷凍水泵變頻控制多采用壓差控制，當(dāng)末端空調(diào)水閥自動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)，末端水流量會發(fā)生變化，水泵會根據(jù)目標(biāo)壓差值進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，忽略末端空調(diào)與水泵之間管道及相關(guān)設(shè)備因水流量變化對差壓的影響，同時(shí)忽略水泵效率的變化，近似認(rèn)為水泵揚(yáng)程不變（在上述公式中H不變），則可認(rèn)為冷凍水泵軸功率與水泵頻率近似成線性關(guān)系（由于H不變，N與Q成線性關(guān)系，而Q與頻率為線型關(guān)系，所以N與水泵的頻率成線性關(guān)系）。

以上數(shù)據(jù)為某機(jī)房在冷凍水泵自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，冷凍水泵頻率在30-35Hz變化時(shí)水泵軸功率的變化趨勢。從數(shù)據(jù)可以證明，隨著冷凍水泵頻率上升，水泵軸功率的變化與頻率變化基本為線性關(guān)系。從追求收益最大化的角度上考慮，在實(shí)際的運(yùn)維實(shí)踐中，不必過度追求冷凍水泵降頻率運(yùn)行。

B. 精密空調(diào)能耗特性

數(shù)據(jù)中心的精密空調(diào)水閥控制大部分根據(jù)設(shè)定送風(fēng)溫度進(jìn)行控制的，世紀(jì)互聯(lián)工程師就水閥開度和精密空調(diào)制冷量的關(guān)系，以及水流速度對傳熱系數(shù)K值得影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)分析。

某一負(fù)載率偏高且負(fù)載分布相對均勻的機(jī)房，穩(wěn)定工況下7臺水冷精密空調(diào)水閥開度范圍44%-67%，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速60%-80%。通過實(shí)際測量和理論結(jié)算可知：其中水閥60%、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速70%時(shí)精密空調(diào)制冷效率最高，傳熱系數(shù)K值最大。

同時(shí)結(jié)合從以下圖表可以得出傳熱系數(shù)與水流速度之間的關(guān)系，水流速度小于1.3m/s時(shí)，傳熱系數(shù)K值隨水流速的增加而增加，傳熱效果越好。我們統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中心的水流速一般都低于1.2m/s, 所以在數(shù)據(jù)中心的水流速控制中，應(yīng)盡量增大水流速，以增加精密空表冷器的換熱效率 。

小結(jié)

基于以上運(yùn)維分析系統(tǒng)和多方位能耗探究的實(shí)踐，世紀(jì)互聯(lián)的工程師們利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和智能算法對運(yùn)維數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，推動(dòng)了IT系統(tǒng)運(yùn)行向標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)據(jù)化、智能化、自動(dòng)化轉(zhuǎn)變。另外，運(yùn)維分析系統(tǒng)的使用也促使運(yùn)維人員從被動(dòng)地面對系統(tǒng)故障轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)分析系統(tǒng)性能，向系統(tǒng)架構(gòu)和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變，更多的投入到有價(jià)值和創(chuàng)造性的工作中，從而更好的支持企業(yè)的業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

伴隨新基建的不斷深化，數(shù)據(jù)中心將進(jìn)一步承載AI、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等全新業(yè)務(wù)形態(tài)，成為百行百業(yè)的數(shù)據(jù)基石。面對“新基建”在靈活、綠色、安全等方面對數(shù)據(jù)中心提出的全新要求，如何做好運(yùn)維管理，如何平衡“穩(wěn)”與“敏”的關(guān)系尤為重要。世紀(jì)互聯(lián)將持續(xù)踐行“大定制+新零售”雙引擎戰(zhàn)略，秉承工程師文化和工匠精神，不驕不躁，潛心研究，不斷創(chuàng)新，不斷探索，有效提升用戶體驗(yàn)，走出一條具有世紀(jì)互聯(lián)特色的數(shù)據(jù)中心發(fā)展之路。

過往25年，世紀(jì)互聯(lián)見證了中國IDC產(chǎn)業(yè)的誕生、崛起，從大冷門到大熱門，并將自身與時(shí)代相連，依托“新零售+大定制”獨(dú)特的IDC雙引擎戰(zhàn)略，為IDC行業(yè)新時(shí)代發(fā)展帶來全新憧憬。4月21日，為探討行業(yè)發(fā)展、聚焦數(shù)字化轉(zhuǎn)型、積極擁抱國家3060雙碳戰(zhàn)略，由中國通信工業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)中心委員會指導(dǎo)，中國IDC圈與世紀(jì)互聯(lián)等共同主辦的“2021年中國IDC行業(yè)Discovery大會”將在北京盛大開幕。屆時(shí)，行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)、專家學(xué)者、IDC頭部企業(yè)、鏈原生新基建的信仰者、新一代IDC的探索者、權(quán)威媒體等等將共聚一堂，共話IDC的“過去·現(xiàn)在·未來”，共同開啟新一代IDC的“無限游戲”。