廣東省電力設(shè)計(jì)研究院 | 童玲玲

綠色數(shù)據(jù)中心作為下一代數(shù)據(jù)中心建設(shè)的主要核心理念之一，正受到行業(yè)內(nèi)越來越多的關(guān)注與反響。IDC的建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜、綜合的工程，綠色I(xiàn)DC概念的引入，為IDC的建設(shè)與實(shí)現(xiàn)提出了新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。

數(shù)據(jù)中心能耗構(gòu)成

關(guān)于數(shù)據(jù)中心的能耗構(gòu)成，參照具有代表性的EYP Mission Critical Facilities Inc所提供的調(diào)研報(bào)告，按照各種用電設(shè)備在數(shù)據(jù)中心機(jī)房中所產(chǎn)生的功耗所占比例大小，數(shù)據(jù)中心機(jī)房的能耗構(gòu)成因素及排序如下。

（1）IT設(shè)備系統(tǒng)：由服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備等所構(gòu)成的IT設(shè)備系統(tǒng)所產(chǎn)生的功耗約占數(shù)據(jù)中心機(jī)房所需總功耗的50%左右。其中服務(wù)器型設(shè)備占40%左右。另外的10%功耗基本上由存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備所“均分”。

（2）數(shù)據(jù)中心機(jī)房的空調(diào)系統(tǒng)：由它所產(chǎn)生的功耗約占數(shù)據(jù)中心機(jī)房所需的總功耗的37%左右。其中約25%的功耗來源于空調(diào)的制冷系統(tǒng)，12%左右的功耗來源于空調(diào)的送風(fēng)和回風(fēng)系統(tǒng)。

（3）UPS供電系統(tǒng)：由輸入變壓器和ATS開關(guān)所組成的UPS輸入供電系統(tǒng)，以及由UPS及其相應(yīng)的輸入和輸出配電柜所組成的UPS供電系統(tǒng)，它們的功耗約占數(shù)據(jù)中心機(jī)房所需總功耗的10%左右。其中7%左右的功耗來源于UPS供電系統(tǒng)，3%左右來源于UPS輸入供電系統(tǒng)系統(tǒng)。

（4）數(shù)據(jù)中心機(jī)房的照明系統(tǒng)：約占數(shù)據(jù)中心機(jī)房所需功耗的3%左右。

綠色數(shù)據(jù)中心評(píng)價(jià)指標(biāo)

為能公正和客觀地評(píng)估不同的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的節(jié)能降耗的效果，行業(yè)內(nèi)一般使用美國綠格聯(lián)盟（The Green Grid）提出的電能使用效率PUE，該指標(biāo)已經(jīng)成為評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施層（機(jī)房）效率的核心指標(biāo)。

數(shù)據(jù)中心機(jī)房的PUE實(shí)際上是反映用戶總輸入電能中到底有多少的電能真正被饋送到IT設(shè)備上。PUE值越大，表示用于確保IT設(shè)備安全運(yùn)行所配套的、由UPS供電系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、輸入/輸出供配電系統(tǒng)以及照明系統(tǒng)等所組成的動(dòng)力和環(huán)境保障基礎(chǔ)設(shè)施所消耗的功耗越大。

1）以1000kW的IT設(shè)備負(fù)荷為例，PUE=2.1即總能耗為2100kW，PUE=1.5即總能耗為1500kW，可以看到PUE從2.1下降到1.5，相當(dāng)于節(jié)約600kW，約節(jié)能30%。

2）以總配電容量為1000kW/1600A機(jī)房為例，PUE=2.1即可以最大支持476kW的IT設(shè)備負(fù)荷，PUE=1.5即可以最大支持666kW的IT設(shè)備負(fù)荷，可以看到PUE從2.1下降到1.5，相當(dāng)多支持190kW的IT設(shè)備負(fù)荷，提升40%的負(fù)荷能力。

目前，PUE值常用評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)如下表，國內(nèi)絕大多數(shù)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房的電能使用系數(shù)PUE為2.5：1左右。

表 數(shù)據(jù)中心機(jī)房電能使用系數(shù)PUE評(píng)價(jià)表

從綠格聯(lián)盟提出全球數(shù)據(jù)中心PUE預(yù)測趨勢中表示，到2018年，國際上數(shù)據(jù)中心的PUE平均水平應(yīng)該在1.3～1.5。所以對(duì)于下一代的綠色數(shù)據(jù)中心，PUE<1.5已經(jīng)成為最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。

綠色數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)因素

（1）IT設(shè)備節(jié)能

下圖是華為公司提供的測試模型數(shù)據(jù)，在PUE=1.9的數(shù)據(jù)中心機(jī)房里，使用IT設(shè)備的芯片每節(jié)省1W的用電，總體用電能節(jié)省2.48W。由此可見，降低IT設(shè)備的功耗，才能從根本上降低數(shù)據(jù)中心的整體用電量。

圖 IT設(shè)備逐級(jí)節(jié)能效果示意圖

目前，數(shù)據(jù)中心的IT設(shè)備一般包括服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，可考慮采用的節(jié)能技術(shù)包括：

● 通過虛擬化合并物理服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備，從根本上提高服務(wù)器使用效率；

● 使用采納能源高效設(shè)計(jì)和部件的系統(tǒng)，譬如低能耗芯片、智能調(diào)速風(fēng)扇等；

● 使用刀片服務(wù)器取代傳統(tǒng)臺(tái)式或機(jī)架式設(shè)備，提高電源效率；

● 刪除重復(fù)數(shù)據(jù)和利用數(shù)據(jù)壓縮等技術(shù)手段有效降低設(shè)備能耗；

● 使用用電管理軟件精確計(jì)算用電功率和智能化控制系統(tǒng)用電。

正確地選用綠色節(jié)能的IT產(chǎn)品和節(jié)能技術(shù)，降低其總耗電量和發(fā)熱量，是實(shí)現(xiàn)綠色數(shù)據(jù)中心的關(guān)鍵。

（2）配套機(jī)房環(huán)境節(jié)能

綠色數(shù)據(jù)中心最重要目標(biāo)是降低PUE，盡量提高數(shù)據(jù)中心整體能耗效率。而降低PUE，就是旨在降低配套機(jī)房環(huán)境，包括建筑環(huán)境、空調(diào)系統(tǒng)和配電系統(tǒng)的能耗占總能耗的比例。目前主流采用的技術(shù)手段包括：

● 機(jī)房采用下送風(fēng)上回風(fēng)走線方式，對(duì)應(yīng)采用“面對(duì)面、背靠背”的機(jī)架排列方法，形成“熱通道/冷通道”的循環(huán)系統(tǒng)；

● 采用冷通道封閉技術(shù)，杜絕熱風(fēng)回流到機(jī)柜正門進(jìn)風(fēng)口，隔絕冷熱氣流，空調(diào)按需提供冷氣至冷通道，可節(jié)省30%的制冷系統(tǒng)能耗；

● 機(jī)房熱點(diǎn)區(qū)域考慮高密度冷卻系統(tǒng)，譬如在高能耗機(jī)架部署局部水冷設(shè)備，可采用IBM的機(jī)架背門熱交換器，有效解決機(jī)房局部熱點(diǎn)區(qū)域問題；

● 考慮采用液冷（冷凍水）空調(diào)，多個(gè)室內(nèi)機(jī)共享室外機(jī)散熱模式，有利于提高室外系統(tǒng)負(fù)載率，構(gòu)成高柔性散熱架構(gòu)，可有效節(jié)省制冷能耗；

● 采用自然冷卻方式，利用室外低溫空氣對(duì)機(jī)房降溫，根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髼l件，可選擇直接引入式新風(fēng)系統(tǒng)、隔離式熱交換系統(tǒng)或帶自然冷卻盤管的機(jī)房專用空調(diào)設(shè)備；

● 對(duì)于高密度高能耗機(jī)房，可考慮采用行間制冷技術(shù)，按需在機(jī)架間中布置空調(diào)設(shè)備，緊靠熱源制冷，可有效提高機(jī)房平面利用率；

● 采用高壓直流系統(tǒng)，并配合整流模塊休眠技術(shù)，使整流模塊在最佳負(fù)載率下工作，從而降低系統(tǒng)的帶載能耗和空載能耗；

● 可選用效率在90%以上的高效率UPS，降低UPS自身損耗；選用模塊化UPS，根據(jù)實(shí)際負(fù)載在線擴(kuò)容，提高在用UPS的效率；

● 選擇高效節(jié)能型的光源、燈具及附件，采用智能照明方式，根據(jù)與門禁和移動(dòng)偵測系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)按需照明；

● 智能化精細(xì)管理，采用環(huán)境設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)環(huán)境及空調(diào)設(shè)備、電氣設(shè)備、照明設(shè)備等進(jìn)行顯示、記錄、控制、報(bào)警、趨勢分析和提示功能，動(dòng)態(tài)地監(jiān)管和調(diào)節(jié)控制用能狀況，使系統(tǒng)盡量處于高負(fù)載率，降低空載的能耗。