翟 駿，康志勇，林武雋，沈 鴻

（北京電信網(wǎng)運部動力維護中心，北京 100032）

0 引 言

互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center，IDC）業(yè)務依托于數(shù)據(jù)中心，是北京電信的重要收入組成部分。伴隨國家“節(jié)能減排”“雙碳”等一系列戰(zhàn)略的提出，北京電信動環(huán)團隊從配電、暖通等角度入手，開展數(shù)據(jù)中心節(jié)能技改工作，取得了顯著成效。但針對舊有大型數(shù)據(jù)中心，受限于機械電表、引電路由、網(wǎng)管系統(tǒng)等條件限制，數(shù)據(jù)中心能耗計量通常采用人工定時抄表的方式進行，不具備樓宇能耗的動態(tài)監(jiān)測和展示能力，亦無法有效驗證節(jié)能廠商報告數(shù)據(jù)的真實有效性，給數(shù)據(jù)中心能耗管理帶來較大困難。

北京電信原動環(huán)監(jiān)控運維方式為：動環(huán)集成商負責自身的系統(tǒng)網(wǎng)管和現(xiàn)場硬件，通過私有協(xié)議，完成硬件安裝、數(shù)據(jù)接入、網(wǎng)管呈現(xiàn)工作；監(jiān)控班組對若干動環(huán)集成商網(wǎng)管PC終端進行數(shù)據(jù)運維工作；老舊局站內機械電表不具備通訊口，數(shù)據(jù)無法采集到動環(huán)網(wǎng)管。對此，北京公司于2019年引入DCIM網(wǎng)管，通過C接口整合原有網(wǎng)管動環(huán)數(shù)據(jù)，并定制省公司B接口規(guī)范，實現(xiàn)新建站FSU直通DCIM系統(tǒng)服務器。

能耗系統(tǒng)建設表面上是對基礎動環(huán)數(shù)據(jù)的一次加工提純，實際上是對軟硬件和現(xiàn)場施工能力的一次綜合考驗，針對老舊動環(huán)系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)，有5個方面的問題亟待解決，分別為物理工程量、數(shù)據(jù)標準化、數(shù)據(jù)并發(fā)量、系統(tǒng)運算力、呈現(xiàn)精煉性。這要求我們要明確具體數(shù)據(jù)采集需求，勘察協(xié)調物理補點可行性，切分現(xiàn)場與網(wǎng)管側工作界面，規(guī)劃能耗數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式，系統(tǒng)閉環(huán)管理能力輸出等多個方面內容，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可用，系統(tǒng)可控。

1 項目整體規(guī)劃

以數(shù)據(jù)中心A為試點，能耗系統(tǒng)在存量動環(huán)數(shù)據(jù)的基礎上，進行B接口改造和定制化補點，將能耗數(shù)據(jù)標準化，繞開系統(tǒng)間C接口對數(shù)據(jù)并發(fā)能力的限制；拆分機樓級UPS、直流、配電損耗、照明、冷機、冷塔、水泵能耗；拆分機房級IT列頭柜、空調配電柜、照明配電箱、水冷分攤、配電損失能耗；融合機房內建筑結構、基礎設施物理信息，以及機房溫濕度、空調進排風、進出水、風機轉速等暖通設施指標；整合自然冷、CO2載冷、間接蒸發(fā)冷等已落地節(jié)能設施運行功耗，進行實時集約化展示分析。集約樓宇基礎設施能耗數(shù)據(jù)，整合已有節(jié)能項目能耗數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心機樓、機房級能耗指標的實時監(jiān)測。

伴隨數(shù)據(jù)中心業(yè)務量動態(tài)變化，對各節(jié)能子項推進過程中的能耗指標進行實時監(jiān)測管理，確認碳排放指標、PUE等關鍵指標降低的可靠性和有效性。以IDC機房為單位，圍繞降低機房PUE的指標，探索IDC機房空調運行工況與機房能耗及PUE指標匹配模式，對標業(yè)內先進友商，探索機房PUE模型最優(yōu)解，進而推進整體局站的節(jié)能減排工作[1-3]。

2 數(shù)據(jù)集成

2.1 設備及測點

能耗系統(tǒng)的建設依托于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)自設備產生。圍繞機樓、機房級能耗指標的采集運算，我們活用高低壓負荷輸出柜與機房內各類列頭柜，共梳理出7種要增補測點的設備，如表1所示。

表1 設備增補清單

為使測點數(shù)據(jù)在集成上線和查詢統(tǒng)計過程中更為清晰，我們從有功電度、有功功率、暖通數(shù)據(jù)入手，針對重要設備內關鍵能耗測點進行梳理和標準化編碼，如表2所示。有功功率數(shù)據(jù)可實時反映數(shù)據(jù)中心能耗運營情況，指導運維人員管理調優(yōu)；有功電度數(shù)據(jù)累計能耗用量，反映數(shù)據(jù)中心一段時間內整體能耗情況和平均指標；暖通數(shù)據(jù)聚焦機房內空調和溫濕度數(shù)據(jù)，反映暖通系統(tǒng)運行與能耗指標相關性，給設備運行調優(yōu)提供決策依據(jù)。

表2 測點編碼清單

2.2 采集器增補

通過現(xiàn)場勘查，能耗補點主要涉及8類采集設備，如表3所示。增補的地點包含配電室、IT機房、綜合機房、照明豎井。增補場景分為兩種：一是機房智能電表全量具備情況下，只需要修復或更換故障電表，更換FSU采集器，更新通訊協(xié)議，關鍵測點通道標準化編碼即可；二是部分電表缺失情況下，除了基礎操作外，還需要額外協(xié)調客戶或業(yè)務部門進行雙路倒換。針對照明通道的補點，優(yōu)先利舊機房內照明配電箱內空調進行傳感器增補，若不具備則協(xié)調物業(yè)在樓層照明間對應空開處增補能耗測點。

表3 設備增補清單

3 系統(tǒng)設計

3.1 算法定制

樓宇級能耗指標應具備總括性、典型性，各指標間數(shù)量級應具備可比性，主要包含全局PUE、全局IT、配套暖通、機房照明、配電損耗5個指標，涉及公式如下。其中：全局PUE的分子為與機房IT設備運行直接或間接相關的能耗總量，未考慮公共區(qū)域照明、電梯、生活水泵等非生產負荷；全局IT從IDC托管機房和電信自有網(wǎng)絡機房負荷；配套暖通綜合考慮冷站和機房內空調末端風機負荷，為機房水冷分攤基數(shù)；樓宇配電損耗為配電室低壓負荷輸出柜（UPS）與各IT機房列頭柜電表能耗總和做差得出，為機房配電損耗分攤基數(shù)；節(jié)能項目為間接蒸發(fā)冷、CO2載冷、自然冷源等單獨計量工程能耗。

機房級能耗指標要能如實反映機房基礎設施特點，區(qū)分、拆解IT、暖通、照明類別能耗，主要包含機房IT、配電分攤、水冷分攤、節(jié)能項目分攤、空調配電柜、機房照明6類能耗指標以及機房暖通運行指標。其中機房IT為所有列頭柜電表能耗值之和；配電分攤、水冷分攤和節(jié)能項目分攤為依據(jù)機房IT實時負載占比，分別計算出UPS自損和線損，水冷系統(tǒng)，節(jié)能項目實時能耗在機房內的分攤量；暖通系統(tǒng)運行指標為重點關注對象，在計量能耗數(shù)值的同時也反映機房環(huán)境的安全性，包含空調送回風、進出水、風機轉速、機房溫濕度等測點數(shù)據(jù)。

3.2 能耗預警

對標北京市發(fā)改委《關于進一步加強數(shù)據(jù)中心項目節(jié)能審查的若干規(guī)定》（京發(fā)改規(guī)〔2021〕4號）文件要求：對于超過標準限定值（PUE值1.4）的數(shù)據(jù)中心，將按《北京市完善差別電價政策的實施意見》（京發(fā)改〔2015〕1359號）中超過單位產品能耗限額的情形，確定執(zhí)行差別電價單位的名單，并通知北京市電力公司按月征收差別電價電費。能耗系統(tǒng)應具備閉環(huán)管理能力，如圖1所示，從機樓、機房兩個角度，圍繞1.4和1.8兩道紅線值產生能耗預警，及時通知局所維護班組，協(xié)調各方資源及時制定PUE優(yōu)化措施，保障節(jié)能項目效益穩(wěn)定性。

圖1 PUE閾值刷新判斷流程

4 系統(tǒng)應用

現(xiàn)場施工與系統(tǒng)開發(fā)同步進行，以機房為單位，數(shù)據(jù)集成并編碼后網(wǎng)管側在集中監(jiān)控模塊驗證數(shù)據(jù)有效性，系統(tǒng)后臺設置算法，關聯(lián)測點數(shù)據(jù)?？紤]到接口數(shù)據(jù)并發(fā)量，系統(tǒng)每間隔1 h采集數(shù)據(jù)入庫，前臺呈現(xiàn)上1 h采集的實時數(shù)據(jù)。網(wǎng)管數(shù)據(jù)采集對無效數(shù)據(jù)設置通訊告警機制，支撐基礎數(shù)據(jù)管理。

系統(tǒng)界面自上至下分為整體指標、機房指標、機組組態(tài)3個功能區(qū)，如圖2所示。整體指標區(qū)內，除樓宇實時PUE值外，還可以并行對比IT、暖通、照明等各類生產負荷；機房指標區(qū)以“行”區(qū)分機房，錄入機房面積、空調數(shù)量、額定制冷量等靜態(tài)基礎信息同時，呈現(xiàn)上1 h數(shù)據(jù)庫內動態(tài)數(shù)據(jù)；機組組態(tài)區(qū)呈現(xiàn)機房指標區(qū)內所點擊機房相關指標，通過餅狀圖、折線圖的方式反應機房內各類設備功耗占比，以及機房PUE運行曲線。

圖2 能耗監(jiān)測模塊

機房指標區(qū)內，單機房PUE計算出后，與閾值進行比較，并通過“治理效果評價”以不同的組態(tài)圖形加以呈現(xiàn)，如圖3所示。異常指標讓運維班組重點關注該機房能耗運行情況，審視IT負荷與空調制冷量的匹配關系，設置優(yōu)化方案及時調整并實時監(jiān)測。

圖3 PUE閾值刷新判斷流程

5 總結建議

系統(tǒng)依托于B接口規(guī)范和編碼表，在適度改造工作量的基礎上完成了能耗數(shù)據(jù)的標準化集成，保證了數(shù)據(jù)通訊質量和擴容能力?，F(xiàn)場施工與系統(tǒng)建設歷時4個月，也是對基礎動環(huán)數(shù)據(jù)中能耗數(shù)據(jù)的一次擴充和梳理。

能耗數(shù)據(jù)在放映業(yè)務發(fā)展量的同時也體現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心供配電、暖通、公共設施配合情況。伴隨著集團“云改數(shù)轉”戰(zhàn)略的推進，動環(huán)數(shù)據(jù)作為“O”域重點數(shù)據(jù)，我們在提煉的基礎上也要主用挖掘，探索數(shù)據(jù)價值。

能耗監(jiān)測系統(tǒng)的建設不僅是相應政府部門要求，也是以IDC機房為單位，集成基礎設施能耗運行數(shù)據(jù)，積極向標業(yè)內先進友商溝通，探尋不同場景下機房PUE模型最優(yōu)解，推進整體局站的節(jié)能減排工作。能耗監(jiān)測模塊對各節(jié)能子項推進過程中的能耗指標進行實時監(jiān)測管理，保證碳排放指標、PUE等關鍵指標降低的可靠和有效性。