“碳达峰碳中和”绿色数据中心正则化管理体系构建研究

摘  要：中国提出了2030年前实现“碳达峰”和2060年实现“碳中和”的目标。绿色数据中心是数据中心发展的必然，其“绿色”源于建筑节能、运营管理、能源效率等方面。本文从云计算打造虚拟化服务器集群以提高能耗利用效率、系统性思维指导绿色数据中心的规划设计与建设、建筑节能先行促成节能云计算数据中心、“三标合一”构建集约型一体化管理体系等角度探讨了绿色数据中心正则化管理体系的构建，做到“横向到边、纵向到底”，用一套制度支持全方位管理，實现数据中心的高可用和高可靠。

关键词：碳达峰;碳中和;绿色数据中心;管理体系

引言

气候变化是人类面临的全球性问题。随着各国二氧化碳排放，温室气体猛增，对生命系统形成威胁。在这一背景下，世界各国以全球协约的方式减排温室气体，中国由此提出碳达峰和碳中和目标。

碳排放与经济发展密切相关，经济发展需要消耗能源。当某个地区或行业年度二氧化碳排放量达到历史最高值，然后经历平台期进入持续下降的过程时，是二氧化碳排放量由增转降的历史拐点，标志着碳排放与经济发展实现脱钩，即实现了碳达峰，其目标包括达峰年份和峰值[1-3]。

国家、企业、产品、活动或个人在一定时间内直接或间接产生的二氧化碳或温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳或温室气体排放量，实现正负抵消，达到相对“零排放”，这就是“碳中和”。

中国提出了2030年前实现碳达峰和2060年实现碳中和的目标。2021年2月2日，国务院出台的《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》指出，要全面贯彻生态文明思想，全方位全过程推行绿色规划、绿色设计、绿色投资、绿色建设、绿色生产、绿色流通、绿色生活、绿色消费，使发展建立在高效利用资源、严格保护生态环境、有效控制温室气体排放的基础上，统筹推进高质量发展和高水平保护，建立健全绿色低碳循环发展的经济体系，确保实现碳达峰、碳中和目标，推动我国绿色发展迈上新台阶。

1 绿色数据中心建设与管理研究综述

绿色数据中心是数据中心发展的必然。总体而言，可以从建筑节能、运营管理、能源效率等方面来衡量一个数据中心是否为“绿色”。其“绿色”具体体现在整体的设计规划以及机房空调、UPS、服务器等IT设备、管理软件应用上，要具备节能环保、高可靠可用性和合理性等。

绿色数据中心是一个用于存储、管理和传播数据的储存库，其中的机械、照明、电气和计算机系统旨在将能源效率最大化和环境影响最小化。建立并运行一个绿色数据中心包括先进的技术和策略，如尽量减少建筑物的痕迹、使用低排放的建筑材料、地毯和油漆、可持续景观、废物回收、备用发电机上安装催化转化器、使用可替代能源技术，如光发电、热泵和蒸发冷却等。

数据中心在大数据时代扮演重要角色， 是支撑云计算技术的物理平台和重要基础设施，随着数据中心的持续铺开建设，其高能耗问题和资源利用率低的问题日益凸显，，能量管理由此成为了数据中心产业关注的焦点，冯成等回顾了能源互联网下的数据中心能量管理问题[4]，王继业等梳理了数据中心能耗模型及能效算法的研究进展[5];吴云芸等探讨了计及多种储能协调运行的数据中心实时能量管理[6]，柏晨等研究了绿色数据中心的供电运行控制和能量管理[7];胡国荣提出了数据中心基础设施色彩管理方案[8];孙健等基于排队论研究了异构数据中心性能及能源管理策略[9];毛媛媛等进行了基于遗传算法的数据中心能效仿真[10];陈翼翔全面阐述了数据中心热管理与节能相关问题[11];林予松、李润知和刘炜论述了数据中心的设计与管理问题[12];韩彪、王韬和王宝生描绘了新兴的无线数据中心网络方面的研究进展和面临的挑战与展望[13]。

2 绿色数据中心正则化管理体系构建

2.1 先进技术引领：云计算打造虚拟化服务器集群，提高能耗利用效率

云计算是利用IT资源整合，通过分布式处理方式向用户提供按需服务的一种新的商业模式，并且云安全、云存储及云软件都是基于这个理念来提供个性化的IT服务。然而云计算服务所涉及的服务器、存储、备份、网络等设备，以及核心的技术虚拟化、自动化都归属数据中心范畴，所以云计算也被视为新一代数据中心的一个延伸方向。

2.2 系统性思维指导：站在系统工程的高度整体规划、设计和建设绿色数据中心

在绿色数据中心建设中，包括数据中心选址、建筑物选择和设计、数据中心的平面布局、机房装修、制冷与散热系统、通风系统、电气系统、布线系统、机柜的布局、环境监控系统、运营监控中心、安防系统以及整体气流的组织，微环境控制等一系列的子系统都属于基础设施的建造的范畴，所以绿色数据中心被看作是一个广泛而完整的系统工程，在建设过程中做好整体、统一、前瞻的规划和全面、协调的设计以及有序、适度、高质的建设。

2.3 建筑节能先行：建设节能云计算数据中心

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，建筑外形设计节能技术、建筑围护结构节能技术、暖通空调系统节能控制技术、热泵技术、新风处理及空调系统的余热回收技术、相变储能技术、太阳能一体化建筑、照明节能技术等一系列建筑节能技术可以在云计算数据中心建设中借鉴和应用，促进其绿色节能高效。

2.4 三标合一：构建集约型一体化管理体系

集约型一体化管理体系，是QHSE（质量管理体系、环境管理体系、职业健康安全管理体系）等“多标”一体化整合管理的再扩展、再提升，可充分发挥组织的自身整体效能，满足相关的法律法规、国家标准和相关方以及其他要求，履行应尽的经济责任、社会责任和政治责任，实现组织的目标，借鉴“多标”整合成一体化的思路，以组织为整体，将组织所有资源和活动按照过程方法重新整合成一体的一种管理体系模式。

在集约型一体化管理体系的框架下，要求覆盖数据中心管理的各个方面，做到“横向到边、纵向到底”，用一套制度支持全方位管理，既能满足稳定运行、节能环保、安全高效的要求，又能促进各项管理与运维职能有机融合，形成集合协同优势，充分利用有限资源，建立自我完善的运行机制，有利于提高数据中心整体管理的效率和效果，实现数据中心的高可用和高可靠。

3 结束语

科学构建数据中心的管理体系，以技术的持续进步促进能源效率的提升，让数据中心的运行建立在“绿色”之上。让我们一起向未来，共同守护我们生活的家园。

参考文献：

[1] 胡鞍鋼，中国实现2030年前碳达峰目标及主要途径[J]，北京工业大学学报（社会科学版），2021（3）.

[2] 欧阳志远，史作廷，石敏俊，杨德伟，龙如银，周宏春，林思佳，郭瑞芳，王宇杰，“碳达峰碳中和”：挑战与对策[J]，河北经贸大学学报，2021（5）.

[3] 张友国，碳达峰、碳中和工作面临的形势与开局思路[J]，行政管理改革，2021（3）.

[4] 冯成，王毅，陈启鑫，张轩，罗钢，能源互联网下的数据中心能量管理综述[J]，电力自动化设备，2020（7）.

[5] 王继业，周碧玉，张法，石翔，曾楠 ，刘志勇，数据中心能耗模型及能效算法综述[J]，计算机研究与发展，2019（8）.

[6] 吴云芸，方家琨，艾小猛，薛熙臻，胡伟，沈煜，文劲宇，计及多种储能协调运行的数据中心实时能量管理[J]，电力自动化设备，2021（10）.

[7] 柏晨，王念春，卓青，绿色数据中心的供电运行控制和能量管理[J]，电源学报，2021（1）.

[8] 胡国荣，数据中心基础设施色彩管理方案[J]，建筑科学，2021（9）.

[9] 孙健，廖丹，李可，巩玉，孙罡，基于排队论的异构数据中心性能及能源管理策略[J]，电子科技大学学报，2018（2）.

[10] 毛媛媛，石恩雅，蒋从锋，仇烨亮，贾刚勇，万健，闫龙川，基于遗传算法的数据中心能效仿真*[J]，计算机工程与科学，2021（8）.

[11] 陈翼翔，数据中心热管理与节能[M]，中南大学出版社，2019.

[12] 林予松，李润知，刘炜，数据中心设计与管理[M]，清华大学出版社，2017.

[13] 韩彪，王韬，王宝生，无线数据中心网络：进展、挑战和展望*[J]，计算机工程与科学，2021（1）.

Abstract： China has put forward the goals of "carbon peaking" by 2030 and "carbon neutralization" by 2060. Green data center is the inevitable development of data center. Its "green" comes from building energy conservation， operation management， energy efficiency and so on. This paper discusses the construction of the regularized management system of the green data center from the perspectives of building a virtualized server cluster for cloud computing to improve the utilization efficiency of energy consumption， systematic thinking to guide the planning， design and construction of the green data center， building energy conservation to promote the energy-saving cloud computing data center first， and "three standards in one" to build an intensive integrated management system， Achieve "horizontal to edge and vertical to the end"， support all-round management with a set of systems， and realize high availability and high reliability of the data center.

Key words： Carbon Seak， Carbon Neutralization， Green Data Center， Management System.

【课题项目】“三个一百”工程一般科研课题通知立项书，嘉兴南洋职业技术学院科技产业处。课题负责人沈华锋通知主持的“高校数据中心规范化管理体系构建研究”课题，通过校外专家评审，学院学术委员会审议，课题研究时间为2020.6-2022.6。课题立项号为p30020ky003统一立项实施。