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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

时间:2017-09-11 16:11来源:未知 作者:fairy 点击:

      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1KWIT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1KWIT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。

如何降低数据中心机房中的空调系统的CLF(空调系统的能耗比”) 
     
我们可以采取如下的技术措施来提高IDC机房用空调控制系统何制冷效率,从而达到节能降耗的目的。例如:可以釆取冷、热通道设计方案来优化气流组织,使得机房的送风与回风的流通更加通畅。在此基础上,还可通过采取封闭冷通道封闭热通道的技术措施来达到进一步提高制冷效率的目的;IDC机房进行隔热、隔湿预处理,尽可能地降低不必要的漏热、漏湿型的能耗;对风冷型空调机组的室外机做遮阳处理,降低冷凝温度,以便降低整机的能耗;充分利用亷价的自然冷源:为此我们可以根据IDC机房所处的不同的地理位置和不同气候条件来适时地调节空调机的工况。例如:当室外温度较低时,应该充分地利用室外的自然冷源来进行制冷,从而达到降低空调机组的全年总能耗的目的。 
 
     
为了能对从数据中心机房用的各种用电设备上所检测到的各种实时运行参数和历史数据(电压、电流、频率、KWKVAPFKWh)进行在线检测、统计和分析的基础上,对IDC机房的总PUE值以及它所用的空调系统的能耗比因子”[CLF]UPS供电系统的的能耗比因子”[PLF] 以及照明和其它辅助用电设备的能耗比因子”[ALF]进行动态管理和监视,需要建立一套如图6所示的数据中心用电源工作特性及其PUE值的在线机房监控系统。在此条件下,作为数据中心机房的管理者/营维人员不仅可以隨时了解位于机房中的各种用电设备的能耗。而且,还可根据从该机房监控系统所获得到的各种分析图表,制定出切实可行的节能降耗的管理策略和规章,从而确保IDC机房始终处于PUE值尽可能低的节能环保的工作状态之下。
 

 

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