广州气象卫星地面站风云三号机房节能设计初探

　　摘要：分析了广州风云三号机房能源消耗分配情况，根据分析结果针对空调等用能大户，介绍了广州卫星地面站采用的一些有效节能措施。
　　关键词：机房；能耗；节电；空调
　　节约能源是每个公民的责任和义务，倡导低碳、节能是国家新能源产业的要求。本文通过广州风云三号机房的建设和日常运行，探索实践有效的节能措施，提供一个实际案例。我国气象卫星与卫星气象事业的发展受到党和国家领导人的高度重视与关心，经过四十多年的努力，气象卫星初步实现了业务化，系列化的发展，成为国际上同时拥有静止气象卫星和极轨气象卫星业务卫星的三个国家或地区之一。世界气象组织已将风云一号、风云三号和风云二号卫星系列纳入全球业务应用气象卫星序列，已成为全球综合地球观测系统的重要成员，在天气预报、气候预测、环境灾害监测和防灾减灾应用服务工作中发挥了重要作用。广州气象卫星地面站是我国气象卫星地面应用系统的组成部分，肩负我国卫星应用基本站重任，风云三号气象卫星是实现全球、全天候、多光谱、三维、定量遥感的我国第二代极轨业务气象卫星系列，广州风云三号机房是我国新一代风云三号极轨卫星应用系统的主要基本组成部分，既是核心部位也是广州气象卫星地面站能耗最大户，节能减排主要以节电为重点研究对象，需准确核算有多少电能是空转浪费的，有多少设备可以少用不用或有更节能的替代产品？以及类似照明灯设备有多少属于节能灯又有多少可以通过合理布局省去？如何进一步节约机房电能消耗，其着重点应该是通过精细化、量化、系统化管理，科学合理利用电能达到节能降耗目的。
　　1.机房能耗分析
　　广州风云三号系统现运行业务十分繁忙，全天候自动接收、汇集、FY-3A/B11个观测仪器的全球资料近1000GB，生成1级、2级、3级遥感产品，同时兼顾第一代极轨卫星全部业务，接收处理FY1D、NOAA、MODIS等系列卫星遥感资料，承担数据存储分发、预处理和防火监测等业务，机房共有接收伺服、信道、小型计算机、磁盘阵列、网络交换等用电设备超过300台，设备由四台UPS互相备份通过A、B配电柜供电，如表1所列实测共耗能电功率16.9KVA，其它辅助设备如灯光，应急灯等由市电C配电柜供电，用电功耗约3KVA，合共约20KVA。空调两套机组额定功率分别为10.8KVA和7.27KVA共约18KVA，一般情况下并非两套空调机组同时工作，平均统计业务所需电子设备占能耗约60%，空调用电占到了约40%，用电能耗基本符合全球研究机构Gertner的统计：机房电子设备平均占电能总能耗52%，制冷系统和电源系统各占38%和9%，照明仅占1%[2]。可见机房能耗主要是来自业务电子设备能耗，制冷系统能耗。我们广州卫星站认为，业务所需电子设备所占能耗，属业务直接刚性需求，比较难降低，空调用电能耗属服务环境需求，相对容易减耗，要实现节能减排目标，在确保机房环境符合设备正常运行前提下，科学有效地降低空调用电应成为机房节能的主要手段，正如Gartner研究机构所指出的，传统数据机房35%至50%的电力能源被用于冷却，如果以最佳策略运行的话，这个比例可以减少到15%左右[2]，这也正是我们试图努力朝向的目标。
　　表1广州风云三号机房实测设备能耗表

　　2.降耗措施
　　2.1空调降耗
　　空调降耗作为降能耗的主要手段，广州风云三机房采用分隔离等方法，按照设备和办公对温度环境的不同要求，对整个机房按功能块进行分隔离，玻璃间隔1/3为设备间内机房，空调温度设为20°C，新风换气量不高但要求高洁净度，所以使用内循环制冷，送风采用上送风方式供冷，出风口有意识按设备种类要求分布，小型机及磁盘阵列发热较多要求温度较低，需制冷量较大增加出风口数及风口大小，解码及中高频设备发热较少减少出风口。机房另外2/3间隔为外机房（实际现场如图2），温度设定为26°C，增加抽风换气，设备主机均放在内机房，显示屏及操作键盘鼠标等放在外机房，日常值班人员都在外机房，舒适温度和清新空气环境下观察及操作各设备，不会受设备噪音及辐射等影响，广州南方地区机房一般需全年供冷，机房使用了两套冷冻机组，额定功率分别为10.8KVA和7.27KVA,一大一小搭配，提供宽广冷量范围，适应冬季负荷较低，夏季负荷很大，满足设备全年空调要求，又可互相备份，空调口布置如图1所示。
　　
　　
　　
　　图2.分隔设备间与工作间的中间玻璃墙
　　
　　
　　
　　机房中窗户空调耗损是耗能重要因素，按照机房实际建筑结构，我们北面采用了大面积的双层保温中空玻璃防爆塑钢窗（如图3），南面和东面采用做中隔走廊的双层通透落地玻璃，一方面达到节约空调损耗保温目的，另一方面作为广州卫星站科普参观人员通道，满足日常很多游客参观，方便出入不需进入机房，避免参观人员直接进出机房，造成能耗以及影响机房洁净度，妨碍正常运行，广州卫星站作为三A旅游景点，是广州十大科普基地之一，满足游客需要又不影响业务尤其重要（如图4）。西面为进入机房大门，连通办公大楼走廊，空调的外泄较少，机房的墙壁也要考虑保温减耗，我们机房墙壁采取珍珠盐保温材料隔热保温，这样整个机房空调的浪费达到了尽可能的小。

　　2.2IT设备降耗
　　IT设备减耗，首先要减少服务器的能耗，过去单纯追求摩尔定理，通过提高晶体管和时钟频率提高性能，导致CPU功耗越来越大，造成服务器运行电费数倍增长，应当注重芯片和服务器系统的实际效能，强调节能的趋势，不追求更快的速度，够用就好，机房中HRPT（即时云图）传输服务器肩负NOAA和FY1D资料同步传输北京卫星中心的重任，经比较测试使用了塔式单XEON处理器的服务器，节能效果明显比更高端的多处理器服务器好，而运行效果并没有明显差异。我们在从旧机房搬到风云三机房时，主要考虑性能和可靠性兼顾低能耗，业务微机大部分没有更新。其次要降低存储的能耗，存储设备的能源消耗成长也很快，73G，15000转硬盘是750G，7200转硬盘单位容量耗电量的11倍[3]。业务运行中我们并没有盲目追求更快更大的存储设备，例如风云三号机房中，昂贵的15000转的20T磁盘阵列，只用在需要快速的FY3资料接收传输业务中。并在接收完成以后，定期清理磁盘空间。考虑未来的发展，留足空间给即将发射的其它卫星使用，作为历史资料的完整积累与存储，用刻录光盘和离线的硬盘盒保存。现已经购买数十个硬盘盒存满数据，当未来数据不断增加时，将考虑用更加节能的磁带备份。
　　2.3照明降耗
　　照明用电只有1%，但长远计算也需要精打细算，我们通过机房南北两侧透明玻璃，根据需要拉开窗帘增加白天采光，减少机房内部照明灯使用，达到减少能耗目的。机房内部照明用7排每排13只9瓦节能灯，每排灯独立控制来调节亮度，没有采用高耗能的白炽灯。
　　
　　3.结论
　　由于广州风云三号系统机房是从旧机房搬迁改造来的，自建设以来，一直从多方面重视降低能耗。虽然面积比原来增加了近一倍，业务量除保持原来所有业务又增建了风云三号业务系统，总设备数量增加了二倍多，但能耗用电量没有明显增加，这得益于一开始的战略性的绿色环保机房设计和精细化量化管理，降低了设备与机房的能耗。要最大成度减少系统运行能源成本，打造绿色IT是一项战略性技术，要从立项开始考虑，其中节约空调能耗是主要手段，兼顾降低服务器和存储设备能耗。随着我国经济迅速发展，已经成为能耗大国，国务院要求2020年，全国单位GDP能耗降低40%[4]，节能减排工作已成为中国当前最重要工作之一。节约能源消耗，建设资源节约型，环境友好型单位是国务院的要求，也是现实长远利益的需要，具有明确的政策导向。我们从耗能比较集中的机房的减排，做了一点探索，希望能够给同行提供参考的案例。
　　
　　
　　参考文献：
　　1．风云三号气象卫星地面站应用系统一期工程总体方案北京气象卫星中心2007.02.
　　4．《中国的能源状况与政策》白皮书2007.12.
　　5．郭星，业务保障系统存在的问题及对策，2009年国家卫星气象中心业务运行与气象服务技术交流会北京气象卫星中心2009.PP206.
　　6.《风云岁月》,广州气象卫星地面站三十周年纪念（1978-2008）2008.12.

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