更(gēng)新時間(jiān)：2023-02-23 點擊(jī)次數： 1033次
摘(zhāi)要：數據(jù)中(zhōng)心(xīn)擁有能(néng)量(liáng)密集(jí)和高耗能的標簽，因此，能(néng)耗問題(tí)也越(yuè)來(lái)越(yuè)引起人們(mén)的(dí)關注。現階段數據(jù)中心的高(gāo)速(sù)發展，降低能耗(hào)也(yě)變得非常(cháng)重(zhòng)要(yào)。為了(liǎo)解決(jué)這(zhè)個能耗(hào)高的問題，從(cóng)能耗(hào)的(dí)組成入手，去分析和(hé)闡(chǎn)述數據中心能(néng)耗的(dí)節能技術和措施(shī)，探索在(zài)數據(jù)中心運行中(zhōng)有(yǒu)效(xiào)實現(xiàn)綠色能(néng)耗的(dí)方(fāng)法。
關鍵(jiàn)詞(cí)：數據(jù)中心；高能耗(hào)；節能減(jiǎn)排；能效(xiào)指標
0引言(yán)
近年來(lái)，我國(guó)經濟快速發展(zhǎn)，信息化的建(jiàn)設也在(zài)不(bù)斷加大，在這(zhè)種形勢下(xià)，數據(jù)中心的發(fā)展是到了急速發(fā)展(zhǎn)的階(jiē)段。伴隨著數(shù)據(jù)中心(xīn)的(dí)快(kuài)速(sù)發展(zhǎn)，高(gāo)能(néng)耗的問(wèn)題顯(xiǎn)得(dé)尤(yóu)為(wéi)突(tū)出。因此，對(duì)於如何(hé)降低數據中(zhōng)心能(néng)耗的研究(jiū)具有非(fēi)常(cháng)重(zhòng)要的意義。
1數據中心能耗(hào)現狀和問題
數據中(zhōng)心(xīn)有著高(gāo)能耗(hào)的標(biāo)簽，是實現(xiàn)綠色節能(néng)所(suǒ)要特別關注的重(zhòng)點。據資料(liào)上統(tǒng)計(jì)和(hé)記(jì)載，目(mù)前，在國內(nèi)機房運行的(dí)電能利(lì)用(yòng)效(xiào)率基本在2~2.5範圍內，這個數值大(dà)幅度超(chāo)出標準機房的基(jī)準(zhǔn)數值。這個(gè)現(xiàn)象(xiàng)說明(míng)在(zài)機房運行(háng)的過(guò)程中(zhōng)，總能耗(hào)中約有60~70%都用(yòng)到了(liǎo)空(kōng)調(tiáo)冷卻(què)等(děng)設(shè)施(shī)上(shàng)了(表(biǎo)1)，但是(shì)，Google公司的(dí)數據(jù)中心機房電(diàn)能(néng)利用(yòng)效(xiào)率年平(píng)均(jūn)值達到1.21，美國(guó)Hp的新(xīn)一代(dài)數(shù)據中心體(tǐ)驗中心機(jī)房夏(xià)季PUE值可以(yǐ)達到(dào)1.6~1.7。
表(biǎo)1數(shù)據中(zhōng)心(xīn)機房標準能耗分配(pèi)表(biǎo)
圖(tú)1 現有(yǒu)機房數據(jù)中心(xīn)的(dí)能耗(hào)組成(chéng)
現階(jiē)段較(jiào)為(wéi)核心(xīn)問題出現(xiàn)在數(shù)據中(zhōng)心(xīn)的高能耗(hào)，且高(gāo)能(néng)耗導(dǎo)致(zhì)的成本(běn)費用超出(chū)整個機房的運(yùn)營維(wéi)護的(dí)50%費用(yòng)。而現階段對能源的需(xū)求也不斷(duàn)地增(zēng)長。如(rú)圖1所示(shì)。
2數(shù)據中(zhōng)心耗能設備組成
(1)數(shù)據(jù)中心機房中IT設備(bèi)的品(pǐn)種(zhǒng)很(hěn)多(duō)，主要(yào)用於數(shù)據(jù)中(zhōng)心(xīn)中(zhōng)所(suǒ)用到(dào)的(dí)應用係統(tǒng)的(dí)運營。如表(biǎo)2所(suǒ)示。
表2 數(shù)據中心機(jī)房IT設備分類表
（2）製冷設(shè)備：為控(kòng)製(zhì)機(jī)房環境的溫度(dù)和濕度，確(què)保設備的(dí)正常運行，如表3所示(shì)。
表(biǎo)3數據中心(xīn)機房製冷設備分類表(biǎo)
(3)供(gōng)配電係統：供配電(diàn)係統主要是(shì)為數據(jù)中心(xīn)各類(lèi)設備的正(zhèng)常運行提供使用的(dí)電(diàn)壓和電(diàn)流(liú)，並(bìng)保證使用過(guò)程的安(ān)全和(hé)可靠。供(gōng)配(pèi)電係(xì)統通(tōng)常由(yóu)變壓器，配電(diàn)櫃(guì)，發電(diàn)機，不間(jiān)斷電源(yuán)，電池(chí)，機(jī)櫃(guì)配(pèi)電單元(yuán)等設(shè)備組(zǔ)成(chéng)。
(4)其他設備：主要(yào)包括照明(míng)，視頻安防(fáng)，消(xiāo)防設備(bèi)以及(jí)相關機(jī)房(fáng)環(huán)境(jìng)監(jiān)控係統等(děng)。
3影響(xiǎng)機房能源(yuán)效(xiào)率的(dí)主要(yào)問題
(1)機(jī)房(fáng)冷(lěng)卻(què)效率低，機(jī)房的設計與布局(jú)對(duì)溫度(dù)場(cháng)和氣流組織會產(chǎn)生(shēng)較大(dà)的(dí)影(yǐng)響，而冷卻(què)資源沒有得(dé)到(dào)有(yǒu)效(xiào)的利用(yòng)，圖(tú)2中顯示了(liǎo)一個機房的(dí)熱島效應。為(wéi)了(liǎo)解決這(zhè)個(gè)問(wèn)題，絕大多數(shù)的(dí)機(jī)房采取(qǔ)提高(gāo)製(zhì)冷量，實際(jì)卻導致了更(gēng)多(duō)的能(néng)耗(hào)浪(làng)費(fèi)。
圖(tú)2機房的熱(rè)島(dǎo)
(2)IT設(shè)備(bèi)電(diàn)能(néng)利用率低(dī)，在完成同等工(gōng)作(zuò)量(liáng)的情(qíng)況(kuàng)下，IT設(shè)備(bèi)消(xiāo)耗(hào)了過多(duō)的電能(néng)。另(lìng)外，服務器的大部分(fēn)電(diàn)能消(xiāo)耗在外圍配件(jiàn)上，隻有一(yī)小(xiǎo)部(bù)分電(diàn)能(néng)用(yòng)在計算(suàn)和(hé)處(chǔ)理方(fāng)麵等。
4節能(néng)分析的(dí)評(píng)估指標模型
4.1電(diàn)能利(lì)用效率(shuài)(PUE)
廣泛(fàn)而普遍用(yòng)到的PUE（電(diàn)能(néng)利用(yòng)效率）是由(yóu)美(měi)國(guó)GreenGrid提(tí)出(chū)的PUE（Power Usage Effectiveness）這個(gè)參數如下(xià)所(suǒ)示(shì)：
其(qí)中(zhōng)，TotalFacilityPower是(shì)指數據中心(xīn)的總能耗(hào)，ITEquipmentPower是(shì)指(zhǐ)數(shù)據機(jī)房(fáng)中IT設(shè)備(bèi)耗能。
4.2局(jú)部電能利(lì)用效率(PartialPUE，局部電(diàn)能利用效率(shuài))
另(lìng)外一(yī)個指標，主(zhǔ)要是(shì)對(duì)機房局部區(qū)域(yù)進行能耗和(hé)效率的評(píng)估(gū)和分析，即局部(bù)PUE。局(jú)部PUE主(zhǔ)要用於(yú)體現機房內(nèi)部的重(zhòng)要(yào)的部分(fēn)設備(bèi)或部分區域(yù)的耗(hào)能情(qíng)況，它(tā)的值與(yǔ)整(zhěng)體的(dí)PUE比(bǐ)較起來(lái)，可(kě)能(néng)大也可(kě)能(néng)小(xiǎo)。即分區監測(cè)和(hé)統(tǒng)計。因此，為(wéi)了(liǎo)提高機(jī)房(fáng)的耗能(néng)效率，可從(cóng)局部出發(fā)，先提(tí)升(shēng)局部(bù)的(dí)能(néng)耗即：提升pPUE值(zhí)。這個(gè)指標(biāo)參(cān)數(shù)適合(hé)場合如(rú)集裝(zhuāng)箱，微(wēi)模(mó)塊(kuài)數據(jù)中(zhōng)心(xīn)等(děng)。
4.3製冷(lěng)負載係數和(hé)供電負載(zǎi)係(xì)數
這裏(lǐ)提(tí)到的製冷負(fù)載係統簡稱(chēng)CLF：為數(shù)據中心(xīn)中製冷設備(bèi)耗(hào)電(diàn)與IT設備耗(hào)電的比值(zhí)。另(lìng)一(yī)個供(gōng)電負(fù)載(zǎi)係數簡稱PLF：為數(shù)據中(zhōng)心(xīn)中(zhōng)供(gōng)配電係統耗電(diàn)與IT設(shè)備(bèi)耗電的比(bǐ)值。製(zhì)冷(lěng)負(fù)載係(xì)統和供電負(fù)載係(xì)數(shù)可看成電(diàn)能利(lì)用效(xiào)率(shuài)的深(shēn)化部(bù)分。通過(guò)這兩(liǎng)個指(zhǐ)標(biāo)又可(kě)進一(yī)步(bù)分(fēn)析(xī)耗能(néng)情況。可作(zuò)為輔助(zhù)分析能(néng)耗情(qíng)況。因(yīn)此，為(wéi)了(liǎo)提(tí)高電(diàn)能(néng)的(dí)有效利(lì)用率(shuài)，GreenGrid也提出了相(xiāng)應的(dí)修(xiū)正(zhèng)：
即(jí)PUE=CLF(Cooling Load Factor)+PLF(Power Load Factor)+1（式(shì)2）
4.4可(kě)再(zài)生(shēng)能(néng)源使(shǐ)用率(shuài)RER(Renewable Energy Ratio)
這(zhè)裏(lǐ)所(suǒ)提到的(dí)可再生(shēng)能源使(shǐ)用率（RER）：為(wéi)可再(zài)生(shēng)能(néng)源(yuán)供(gōng)電與(yǔ)數(shù)據中(zhōng)心總耗(hào)電的比(bǐ)值(zhí)。這(zhè)裏(lǐ)提(tí)到(dào)的(dí)可(kě)再生(shēng)能源主(zhǔ)要(yào)包括(kuò)太(tài)陽能(néng)，風能，水能(néng)，生(shēng)物能(néng)和(hé)海洋(yáng)能等(děng)。可再生能(néng)源不僅(jǐn)環(huán)保而且資源多且分(fēn)布(bù)也(yě)很(hěn)廣(guǎng)泛，是(shì)未(wèi)來發展方(fāng)向。可(kě)再(zài)生能(néng)源的(dí)使(shǐ)用率(shuài)可用在(zài)平(píng)衡數據中(zhōng)心(xīn)利用可(kě)再(zài)生(shēng)能源的情(qíng)況(kuàng)，從(cóng)而(ér)實(shí)現節能環保(bǎo)。
5節(jié)能方(fāng)向的探(tàn)索
5.1數(shù)據(jù)中心建(jiàn)設推薦采用(yòng)的(dí)經濟性(xìng)PUE
圖3 PUE曲綫
如(rú)圖3所(suǒ)示(shì)。數據中(zhōng)心受(shòu)可(kě)用(yòng)性(xìng)要(yào)求約製和(hé)TCO低(dī)要(yào)求(qiú)的約製(zhì)，現在(zài)國內(nèi)數據中心(xīn)的(dí)電能利用效(xiào)率較高(gāo)，推薦電能利用(yòng)效率(shuài)的範(fàn)圍(wéi)為(wéi)1.8-1.6。
5.2數據中心節(jié)能的3個方向
（1）為了(liǎo)提(tí)高(gāo)機(jī)房的節(jié)能，從基礎的IT設備節(jié)能開(kāi)始，使用(yòng)低(dī)能(néng)耗主設(shè)備是(shì)機(jī)房(fáng)節(jié)能(néng)措(cuò)施的關鍵(jiàn)步驟。關(guān)鍵因子IT設(shè)備的(dí)能(néng)耗占據(jù)了數(shù)據中(zhōng)心機房的(dí)能耗(hào)的重要(yào)位置。同時，PUE標(biāo)準(zhǔn)也在逐漸被人們采用(yòng)，IT設(shè)備的能耗(hào)也會(huì)隨著(zhuó)PUE標(biāo)準(zhǔn)的推廣，所占總能(néng)耗(hào)比重也會(huì)越來(lái)越高(gāo)。
（2）空(kōng)調(tiáo)設(shè)備節能
選擇(zé)采(cǎi)用空調係統針(zhēn)對節(jié)約能耗(hào)方麵的綜合解(jiě)決(jué)方案對(duì)提升數據(jù)中(zhōng)心(xīn)機房(fáng)節能有很大的幫(bāng)助(zhù)。
（3）供(gōng)電係統(tǒng)節能
選擇采(cǎi)用更高(gāo)效(xiào)率的供電(diàn)係統也能大大提升(shēng)數(shù)據中心(xīn)的節能效果。
5.3能(néng)耗數據的(dí)分(fēn)析(xī)
通過對能(néng)耗數據(jù)的(dí)分(fēn)析，提高(gāo)主(zhǔ)要耗能設(shè)備的能耗效率(shuài)。
（1）多(duō)層次，多(duō)維度能耗分(fēn)析(xī)
整(zhěng)體能效(xiào)評估，包(bāo)括PUE值，單位(wèi)業(yè)務(wù)量耗(hào)電，單位麵積(jī)耗電(diàn)等。設備能效評估，包(bāo)括(kuò)主(zhǔ)設(shè)備能效(xiào)，動(dòng)力係統能效，空調能(néng)效(xiào)等(děng)。影響因(yīn)素分(fēn)析(xī)，包(bāo)括室內外溫濕度，業(yè)務量等因(yīn)素對(duì)能耗的影響(xiǎng)等。
（2）利(lì)用聚(jù)類(lèi)算(suàn)法分析，實(shí)現(xiàn)節(jié)能
1）可以(yǐ)對同種類別(bié)的設備(bèi)進行(háng)歸類，同時(shí)還需(xū)找(zhǎo)到有(yǒu)能耗異常(cháng)的(dí)耗(hào)能設備；2）對影響(xiǎng)因子進行(háng)聚類(lèi)分析(xī)，不斷地(dì)調整(zhěng)因(yīn)素(sù)的值，得到(dào)能(néng)耗(hào)優方案時(shí)再(zài)確(què)定該(gāi)因(yīn)素的(dí)值；3）同(tóng)時對多個因(yīn)素(sù)進行(háng)聚(jù)類(lèi)分析，對(duì)比發(fā)現(xiàn)不同(tóng)的(dí)因素對(duì)能耗的影響；4）遞進(jìn)聚類分析，通過對(duì)影(yǐng)響因(yīn)素的(dí)遞進(jìn)推(tuī)理和分析，再(zài)確定主要耗能因(yīn)素(sù)。
（3）分(fēn)析能耗數(shù)據(jù)，對(duì)能耗進行(háng)標準模型建(jiàn)立從能(néng)耗(hào)預測仿(fǎng)真，能耗(hào)告(gào)警，能(néng)耗動(dòng)態優(yōu)化3方(fāng)麵(miàn)考(kǎo)慮，建立能(néng)耗(hào)標準模型。
6安科瑞(ruì)能耗統(tǒng)計分(fēn)析（能源管理(lǐ)）解決方(fāng)案
6.1概(gài)述
建立(lì)高效的能(néng)耗監測管理係(xì)統，對建築各(gè)類耗能設(shè)備(bèi)能耗(hào)數據進(jìn)行(háng)實時(shí)測量，對采集(jí)數(shù)據進(jìn)行統計(jì)和分析。能夠(gòu)合理(lǐ)的確定各區(qū)域(yù)建築(zhù)能耗經濟(jì)指(zhǐ)標及績(jì)效(xiào)考核指(zhǐ)標，發現能源使用規律和能源浪(làng)費情況(kuàng)，提(tí)高人(rén)員主動節(jié)能的意(yì)識(shí)。
① 搭(dā)建數據中心智(zhì)慧(huì)能源管理係(xì)統(tǒng)的(dí)基本框(kuàng)架，對(duì)各個用能(néng)環(huán)節進(jìn)行實(shí)時監測；
② 排碳數據化(huà)：通(tōng)過係(xì)統可(kě)實現建築(zhù)單位內(nèi)人(rén)均能耗分析（包(bāo)括(kuò)水，電，能量），實(shí)現低碳辦公數據化(huà)；
③ 區域能(néng)效比：實現(xiàn)建(jiàn)築(zhù)單位(wèi)內(nèi)區(qū)域(yù)能耗(hào)對比，方(fāng)便能(néng)耗考核(hé)；
④ 同期(qī)能效比：實現同(tóng)年，同期，同一區域能(néng)耗(hào)對比，方便(biàn)節(jié)能(néng)數據分析；
⑤ 能耗(hào)評估(gū)管(guǎn)理(lǐ)：按(àn)照能源消耗(hào)定額(é)標(biāo)準(zhǔn)約束值，標準(zhǔn)值(zhí)，引(yǐn)導值進行(háng)分析單(dān)位麵積(jī)能(néng)耗和人均能(néng)耗指(zhǐ)標；
⑥ 能(néng)耗競爭(zhēng)排名(míng)：各個功能區(qū)能耗對比(bǐ)，實現(xiàn)能(néng)耗排(pái)名(míng)，增強工(gōng)作人員的節能(néng)意識(shí)；
⑦ 對(duì)能耗(hào)的使(shǐ)用數(shù)據進行綜(zōng)合的分(fēn)析，統(tǒng)計(jì)，打印(yìn)和查詢等功(gōng)能，並根據能耗監測管理係統(tǒng)的(dí)需要可選(xuǎn)擇(zé)不同樣式報表的打印。為能耗運營管理部門提(tí)供(gōng)可靠的依(yī)據；
⑧ 能(néng)耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢，並根(gēn)據采集(jí)數(shù)據進(jìn)行統計(jì)分(fēn)析，監測異常能(néng)源(yuán)用(yòng)量(liáng)，對能(néng)源(yuán)智能(néng)儀(yí)表(biǎo)故障進行(háng)報警(jǐng)，提(tí)高係(xì)統(tǒng)信息化(huà)，自(zì)動化(huà)水平。
6.2平台(tái)部署(shǔ)硬件選型(xíng)
7結語(yǔ)
係(xì)統地介紹(shào)了數據中心(xīn)相(xiāng)關(guān)研(yán)究(jiū)的(dí)進(jìn)展(zhǎn)，IT設(shè)備(bèi)和製冷設備的能(néng)耗(hào)是數據中(zhōng)心(xīn)機房的高耗(hào)能設備(bèi)，也是(shì)數據(jù)中(zhōng)心(xīn)高耗能(néng)的(dí)關鍵因(yīn)素(sù)，如何優化(huà)還(huán)需進行(háng)更多(duō)的研究(jiū) 。已(yǐ)經進行的和(hé)正在進(jìn)行(háng)的(dí)探索(suǒ)隻是(shì)很小的一部分(fēn)，等(děng)待(dài)研(yán)究(jiū)和(hé)摸(mō)索(suǒ)的節能(néng)方法(fǎ)還有(yǒu)很多(duō)，為(wéi)將來實現(xiàn)綠色節能(néng)的(dí)數(shù)據中心機(jī)房(fáng)出一份(fèn)力(lì)。
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