如何規(guī)劃和建設(shè)更節(jié)能環(huán)保的數(shù)據(jù)中心

1 節(jié)能降耗是考核數(shù)據(jù)中心機(jī)房建設(shè)水平高低的重要指標(biāo)之一

近年來(lái),隨著數(shù)據(jù)中心機(jī)房的能耗的急劇增加和電價(jià)的逐漸上漲，機(jī)房主管及其營(yíng)運(yùn)首管理人員越來(lái)越關(guān)注他們的能源的營(yíng)運(yùn)成本。 實(shí)際上，能否提供具有足夠大的供電容量(KW)的市電電源、具有足夠的高可靠性和運(yùn)行效率UPS供電系統(tǒng)以及具有足夠大的致冷量(KW)和能效比足夠高的空調(diào)系統(tǒng)已成為制約大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房能否被順利地建設(shè)起來(lái)的“瓶頸性”的制約因素。在不可再生能源資源日益稀缺和能源成本日益上升的今天，要求我們應(yīng)盡可能地采取各種必要的技術(shù)措施和管理手段來(lái)建立具有更加節(jié)能、環(huán)保型的運(yùn)行特性“綠色數(shù)據(jù)中心機(jī)房”。為此，有必要調(diào)研數(shù)據(jù)中心機(jī)房的能耗結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)中心機(jī)房的典型能耗分布圖被示于圖1中。

從上圖清晰可見：為建設(shè)節(jié)能環(huán)保型的數(shù)據(jù)中心機(jī)房所應(yīng)該高度重視的節(jié)能“三定律”：

(1) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備/IT設(shè)備的節(jié)能特性的優(yōu)劣是決定機(jī)房能否節(jié)能效的技術(shù)基礎(chǔ)

采用低能耗的IT設(shè)備、虛擬化軟件設(shè)計(jì)方案、根據(jù)數(shù)據(jù)處理的流量變化而動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)CPU的主頻工作頻率的高低以及“動(dòng)態(tài)休睡”等技術(shù)是我們應(yīng)優(yōu)先考慮所采取的最重要的機(jī)房節(jié)能措施。其原因是：如圖1所示，對(duì)于PUE=2的傳統(tǒng)型的IDC機(jī)房而言，其IT及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗約占其總功耗的50%左右。對(duì)于PUE=1.76的節(jié)能型的IDC機(jī)房而言，其IT及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功耗約占總功耗的57%左右。這就意味著：由于在機(jī)房中所選用節(jié)能型基礎(chǔ)設(shè)施(例如：選用節(jié)能型的空調(diào)、照明以及UPS供電系統(tǒng)等)的能耗不斷地下降，對(duì)機(jī)房的主設(shè)備的節(jié)能降耗的需求將會(huì)變得更加迫切和重要。

(2) 空調(diào)制冷系統(tǒng)的節(jié)能特性的優(yōu)劣是決定機(jī)房能否節(jié)能的關(guān)鍵所在

采用能充分利用自然冷源的空調(diào)機(jī)組、選用帶EC風(fēng)機(jī)或數(shù)碼渦旋型的變頻壓縮機(jī)的空調(diào)機(jī)組、通過(guò)優(yōu)化氣流組織來(lái)提高“熱交換效率”[典型的設(shè)計(jì)方案有：機(jī)柜采用“面對(duì)面、背對(duì)背型”的冷熱通道布局;封閉冷通道;封閉熱通道;定向定量的CRV/XD型機(jī)柜局部冷卻等]以及在大型數(shù)數(shù)據(jù)中心優(yōu)選冷凍水空調(diào)等節(jié)能環(huán)保空調(diào)技術(shù)是機(jī)房能否獲得高效節(jié)能特認(rèn)的關(guān)鍵所在。其原因是：如圖1所示，對(duì)于PUE=2的傳統(tǒng)型IDC機(jī)房而言，它的空調(diào)系統(tǒng)的功耗約占總功耗的37%左右。對(duì)于PUE=1.76的節(jié)能型IDC機(jī)房而言，它所需空調(diào)系統(tǒng)的功耗約占總功耗的34.3%左右。它們所占的能耗比是相當(dāng)?shù)馗叩摹?/p>

(3) UPS供電系統(tǒng)的節(jié)能特性的優(yōu)劣是決定機(jī)房能否節(jié)能的不可或缺的要素

采用輸入電流諧波治理+電容性的相移功率因數(shù)補(bǔ)償調(diào)節(jié)技術(shù)、高效率UPS的設(shè)計(jì)+“動(dòng)態(tài)休睡”技術(shù)、UPS輸出功率因數(shù)與IT設(shè)備輸入功率因數(shù)之間的匹配技術(shù)等節(jié)能型UPS供電系統(tǒng)的“選用與否”是決定數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能效果的重要因素。如圖1所示，對(duì)于PUE=2的傳統(tǒng)型的IDC機(jī)房而言，它的UPS供電系統(tǒng)的功耗約占總功耗的10%左右。對(duì)于PUE=1.76節(jié)能型的IDC機(jī)房而言，其UPS供電系統(tǒng)的功耗約占總功耗的6.16%左右，它們所占的能耗比也不能算低。

(4)照明系統(tǒng)的節(jié)能是機(jī)房能否節(jié)能的不可忽視的因素

采用節(jié)能燈+照明能耗動(dòng)態(tài)調(diào)控和管理技術(shù)是降低機(jī)房輔助設(shè)備能耗的不可缺少的途徑之一。如圖1所示，對(duì)于PUE=2的傳統(tǒng)型的IDC機(jī)房而言，它的照明系統(tǒng)的功耗約占總功耗的3%左右。對(duì)于PUE=1.76節(jié)能型的IDC機(jī)房而言，其照明系統(tǒng)的功耗約占總功耗的2.54%左右。因此，它也是不可忽略的節(jié)能環(huán)節(jié)之一。

為了能較客觀地評(píng)估各種的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能降耗的效果，目前在IT行業(yè)中、常推薦使用“能源利用效率”：PUE(Power Usage Effectiveness)=(數(shù)據(jù)中心的總用電量)/(IT設(shè)備的總用電量)。為討論方便和便于理解計(jì)，此后、我們將這個(gè)PUE值稱為數(shù)據(jù)中心機(jī)房的“能耗比”。 它代表：為支持IT設(shè)備的正常運(yùn)行、機(jī)房所配置的基礎(chǔ)設(shè)施所可能消耗的功耗(KW)與維持IT設(shè)備本身的正常運(yùn)行所需的功耗(KW)之間相對(duì)比值。例如：對(duì)于PUE=2的數(shù)據(jù)中心機(jī)房而言，它的基礎(chǔ)設(shè)施所消耗掉的功耗是IT設(shè)備本身的功耗的兩倍。

眾所周知，數(shù)據(jù)中心的總能耗= IT設(shè)備的能耗+空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗+由變壓器、UPS為核心所組成的供配電系統(tǒng)能耗+照明等其它輔助設(shè)備的能耗。在此條件下，我們可將數(shù)據(jù)中心機(jī)房的“能耗比”分解為：

PUE=(IT設(shè)備的能耗/ IT設(shè)備的能耗)+(空調(diào)制冷系統(tǒng)的能耗/IT設(shè)備的能耗)+ (UPS系統(tǒng)的能耗/IT設(shè)備的能耗)+ (照明和其它輔助設(shè)備的能耗/IT設(shè)備的能耗);

即：PUE= 1+CLF+PLF+ALF。

其中的CLF(Cooling Load Factor)為空調(diào)制冷系統(tǒng)的“能耗因子”， 它代表為支持功耗為1KW的IT設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)為此應(yīng)消耗的能耗的相對(duì)比值; PLF(Power Load Factor)為供配電系統(tǒng)的“能耗因子”， 它代表為支持功耗為1KW的IT設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)，UPS供電系統(tǒng)為此應(yīng)消耗的能耗的相對(duì)比值; ALF(All other Load Factor)為輔助用電設(shè)備的“能耗比”。在這里，我們可以看到：對(duì)IT設(shè)備而言，它的“能耗比”總是等于1。

在此需說(shuō)明的是：當(dāng)我們?cè)诤饬恳粋€(gè)IDC機(jī)房的節(jié)能效果是否明顯時(shí)，不能僅限于只考慮該機(jī)房在某一瞬間的PUE值是多大，其原因是：上述的各種能耗并不是一個(gè)常數(shù)，其大小與IDC機(jī)房的運(yùn)行工況和氣象條件等因數(shù)密切相關(guān)。正確的方法是：應(yīng)該考慮在這個(gè)IDC機(jī)房?jī)?nèi)的所有用電設(shè)備、在各種不同工況下運(yùn)行時(shí)所實(shí)際產(chǎn)生的功耗大小(Px)及其在此工況下的持續(xù)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短(Tx)，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出IDC機(jī)房的全年總能耗。類似地，對(duì)于所有的IT設(shè)備而言，我們可以統(tǒng)計(jì)出它們?cè)诟鞣N不同工況下運(yùn)行時(shí)所實(shí)際產(chǎn)生的功耗大小(Wx)及其在此工況下的持續(xù)運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短(Tx)，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出IT設(shè)備的全年總能耗。這樣一來(lái)，就需要引入一個(gè)全年的平均PUE的概念。在這里，所謂的“全年能耗比”(APUE )=IDC機(jī)房?jī)?nèi)的各種用電設(shè)備的全年總能耗/IDC內(nèi)的所有IT設(shè)備的全年總能耗。

即：APUE=(Pa*Ta+ Pb*Tb+ Pc*Tc+……)/( Wa*Ta+ Wb*Tb+ Wc*Tc+……)

其中的Px代表不同基礎(chǔ)設(shè)備的能耗，Tx代表該設(shè)備產(chǎn)生Px能耗的持續(xù)時(shí)間;

Wx代表IT設(shè)備的能耗，Tx代表IT設(shè)備產(chǎn)生Wx能耗的持續(xù)時(shí)間;

下面，我們著重討論：如何通過(guò)降低CLF和PLF的辦法來(lái)降低數(shù)據(jù)中心的總PUE值。 12345下一頁(yè)

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