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如何规划和建设更节能环保的数据中心

发布时间:2011-10-09 09:24:00 来源:比特网 作者:佚名
关键字:环保 节能 绿色 数据中心

  1 节能降耗是考核数据中心机房建设水平高低的重要指标之一

  近年来,随着数据中心机房的能耗的急剧增加和电价的逐渐上涨,机房主管及其营运首管理人员越来越关注他们的能源的营运成本。 实际上,能否提供具有足够大的供电容量(KW)的市电电源、具有足够的高可靠性和运行效率UPS供电系统以及具有足够大的致冷量(KW)和能效比足够高的空调系统已成为制约大型数据中心机房能否被顺利地建设起来的“瓶颈性”的制约因素。在不可再生能源资源日益稀缺和能源成本日益上升的今天,要求我们应尽可能地采取各种必要的技术措施和管理手段来建立具有更加节能、环保型的运行特性“绿色数据中心机房”。为此,有必要调研数据中心机房的能耗结构。数据中心机房的典型能耗分布图被示于图1中。

  从上图清晰可见:为建设节能环保型的数据中心机房所应该高度重视的节能“三定律”:

  (1) 网络设备/IT设备的节能特性的优劣是决定机房能否节能效的技术基础

  采用低能耗的IT设备、虚拟化软件设计方案、根据数据处理的流量变化而动态调节CPU的主频工作频率的高低以及“动态休睡”等技术是我们应优先考虑所采取的最重要的机房节能措施。其原因是:如图1所示,对于PUE=2的传统型的IDC机房而言,其IT及网络设备的功耗约占其总功耗的50%左右。对于PUE=1.76的节能型的IDC机房而言,其IT及网络设备的功耗约占总功耗的57%左右。这就意味着:由于在机房中所选用节能型基础设施(例如:选用节能型的空调、照明以及UPS供电系统等)的能耗不断地下降,对机房的主设备的节能降耗的需求将会变得更加迫切和重要。

  (2) 空调制冷系统的节能特性的优劣是决定机房能否节能的关键所在

  采用能充分利用自然冷源的空调机组、选用带EC风机或数码涡旋型的变频压缩机的空调机组、通过优化气流组织来提高“热交换效率”[典型的设计方案有:机柜采用“面对面、背对背型”的冷热通道布局;封闭冷通道;封闭热通道;定向定量的CRV/XD型机柜局部冷却等]以及在大型数数据中心优选冷冻水空调等节能环保空调技术是机房能否获得高效节能特认的关键所在。其原因是:如图1所示,对于PUE=2的传统型IDC机房而言,它的空调系统的功耗约占总功耗的37%左右。对于PUE=1.76的节能型IDC机房而言,它所需空调系统的功耗约占总功耗的34.3%左右。它们所占的能耗比是相当地高的。

  (3) UPS供电系统的节能特性的优劣是决定机房能否节能的不可或缺的要素

  采用输入电流谐波治理+电容性的相移功率因数补偿调节技术、高效率UPS的设计+“动态休睡”技术、UPS输出功率因数与IT设备输入功率因数之间的匹配技术等节能型UPS供电系统的“选用与否”是决定数据中心机房的节能效果的重要因素。如图1所示,对于PUE=2的传统型的IDC机房而言,它的UPS供电系统的功耗约占总功耗的10%左右。对于PUE=1.76节能型的IDC机房而言,其UPS供电系统的功耗约占总功耗的6.16%左右,它们所占的能耗比也不能算低。

  (4)照明系统的节能是机房能否节能的不可忽视的因素

  采用节能灯+照明能耗动态调控和管理技术是降低机房辅助设备能耗的不可缺少的途径之一。如图1所示,对于PUE=2的传统型的IDC机房而言,它的照明系统的功耗约占总功耗的3%左右。对于PUE=1.76节能型的IDC机房而言,其照明系统的功耗约占总功耗的2.54%左右。因此,它也是不可忽略的节能环节之一。

  为了能较客观地评估各种的数据中心机房的节能降耗的效果,目前在IT行业中、常推荐使用“能源利用效率”:PUE(Power Usage Effectiveness)=(数据中心的总用电量)/(IT设备的总用电量)。为讨论方便和便于理解计,此后、我们将这个PUE值称为数据中心机房的“能耗比”。 它代表:为支持IT设备的正常运行、机房所配置的基础设施所可能消耗的功耗(KW)与维持IT设备本身的正常运行所需的功耗(KW)之间相对比值。例如:对于PUE=2的数据中心机房而言,它的基础设施所消耗掉的功耗是IT设备本身的功耗的两倍。

  众所周知,数据中心的总能耗= IT设备的能耗+空调制冷系统的能耗+由变压器、UPS为核心所组成的供配电系统能耗+照明等其它辅助设备的能耗。在此条件下,我们可将数据中心机房的“能耗比”分解为:

  PUE=(IT设备的能耗/ IT设备的能耗)+(空调制冷系统的能耗/IT设备的能耗)+ (UPS系统的能耗/IT设备的能耗)+ (照明和其它辅助设备的能耗/IT设备的能耗);

  即:PUE= 1+CLF+PLF+ALF。

  其中的CLF(Cooling Load Factor)为空调制冷系统的“能耗因子”, 它代表为支持功耗为1KW的IT设备的正常运行时,空调系统为此应消耗的能耗的相对比值; PLF(Power Load Factor)为供配电系统的“能耗因子”, 它代表为支持功耗为1KW的IT设备的正常运行时,UPS供电系统为此应消耗的能耗的相对比值; ALF(All other Load Factor)为辅助用电设备的“能耗比”。在这里,我们可以看到:对IT设备而言,它的“能耗比”总是等于1。

  在此需说明的是:当我们在衡量一个IDC机房的节能效果是否明显时,不能仅限于只考虑该机房在某一瞬间的PUE值是多大,其原因是:上述的各种能耗并不是一个常数,其大小与IDC机房的运行工况和气象条件等因数密切相关。正确的方法是:应该考虑在这个IDC机房内的所有用电设备、在各种不同工况下运行时所实际产生的功耗大小(Px)及其在此工况下的持续运行时间的长短(Tx),并在此基础上计算出IDC机房的全年总能耗。类似地,对于所有的IT设备而言,我们可以统计出它们在各种不同工况下运行时所实际产生的功耗大小(Wx)及其在此工况下的持续运行时间的长短(Tx),并在此基础上计算出IT设备的全年总能耗。这样一来,就需要引入一个全年的平均PUE的概念。在这里,所谓的“全年能耗比”(APUE )=IDC机房内的各种用电设备的全年总能耗/IDC内的所有IT设备的全年总能耗。

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

  其中的Px代表不同基础设备的能耗,Tx代表该设备产生Px能耗的持续时间;

  Wx代表IT设备的能耗,Tx代表IT设备产生Wx能耗的持续时间;

  下面,我们着重讨论:如何通过降低CLF和PLF的办法来降低数据中心的总PUE值。


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