摘要:數(shù)據(jù)中心具有能耗密集、能耗高的標(biāo)簽，因此能耗問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。目前，隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，降低能耗變得非常重要。為了解決這一高能耗問(wèn)題，我們應(yīng)該從能耗的構(gòu)成入手，分析和闡述數(shù)據(jù)中心能耗的節(jié)能技術(shù)和措施，探索有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行綠色能耗的方法。

關(guān)鍵字：數(shù)據(jù)中心；高能耗；節(jié)能減排；能效指標(biāo)

引言

  近幾年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，信息化建設(shè)不斷加強(qiáng)，在這種情況下，數(shù)據(jù)中心的發(fā)展已經(jīng)到了一個(gè)快速發(fā)展的階段。隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，高能耗問(wèn)題尤為突出。所以，研究如何降低數(shù)據(jù)中心的能源消耗具有重要意義。

一數(shù)據(jù)中心的能耗狀況和問(wèn)題

  數(shù)據(jù)中心有高能耗標(biāo)簽，是綠色節(jié)能實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)和記載，目前國(guó)內(nèi)機(jī)房運(yùn)行的電能利用效率基本在2~2.5范圍內(nèi)，大大超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房的基準(zhǔn)值。這一現(xiàn)象表明，在機(jī)房運(yùn)行過(guò)程中，大約60~70%的總能耗使用了空調(diào)冷卻等設(shè)施(表1)。然而，谷歌公司的數(shù)據(jù)中心機(jī)房平均每年的電能利用效率為1.21，美國(guó)Hp的新一代數(shù)據(jù)中心體驗(yàn)中心機(jī)房的夏季PUE值可達(dá)1~7.6.6。

表1數(shù)據(jù)中心機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)能耗分配表

圖1現(xiàn)有機(jī)房數(shù)據(jù)中心的能耗構(gòu)成

二數(shù)據(jù)中心耗能設(shè)備組成

  (1)數(shù)據(jù)中心機(jī)房IT設(shè)備種類(lèi)繁多，主要用于運(yùn)行數(shù)據(jù)中心使用的應(yīng)用系統(tǒng)。如表2所示。

表2數(shù)據(jù)中心機(jī)房IT設(shè)備分類(lèi)表

  (2)制冷設(shè)備：為了控制機(jī)房環(huán)境的溫度和濕度，保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，如表3所示。

表3數(shù)據(jù)中心機(jī)房制冷設(shè)備分類(lèi)表

  (3)供配電系統(tǒng):供配電系統(tǒng)主要為數(shù)據(jù)中心各種設(shè)備的正常運(yùn)行提供電壓和電流，保證使用過(guò)程的安全性和可靠性。供配電系統(tǒng)通常由變壓器、配電柜、發(fā)電機(jī)、不間斷電源、電池、機(jī)柜配電單元等設(shè)備組成。

三是影響機(jī)房能源效率的主要問(wèn)題

  (1)機(jī)房冷卻效率低，機(jī)房的設(shè)計(jì)和布局會(huì)對(duì)溫度場(chǎng)和氣流組織產(chǎn)生很大影響，但冷卻資源沒(méi)有得到有效利用。圖2顯示了一個(gè)機(jī)房的熱島效應(yīng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，大多數(shù)機(jī)房實(shí)際上是在浪費(fèi)更多的能源。

圖2機(jī)房熱島

  (2)IT設(shè)備的電能利用率低，IT設(shè)備在完成同等工作量的情況下消耗了太多的電能。此外，服務(wù)器的大部分電能消耗在外圍配件上，只有一小部分電能用于計(jì)算和處理。

四是節(jié)能分析評(píng)估指標(biāo)模型

1電能利用效率(PUE)

  PUE(電能利用效率)是美國(guó)GreenGrid提出的PUE(電能利用效率)（PowerUsageEffectiveness）該參數(shù)如下所示：

  其中，TotalFacilityPower是指數(shù)據(jù)中心的總能耗，ITEquipmentPower是指IT設(shè)備在數(shù)據(jù)機(jī)房中的能耗。

2局部電能利用效率(PartialPUE，局部電能利用效率)

  另外一個(gè)指標(biāo)，主要是評(píng)估和分析機(jī)房局部區(qū)域的能耗和效率，即局部PUE。

3制冷負(fù)載系數(shù)和供電負(fù)載系數(shù)。

  CLFF是這里提到的制冷負(fù)載系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)：它是數(shù)據(jù)中心制冷設(shè)備的功耗與IT設(shè)備的功耗之比。另一個(gè)供電負(fù)載系數(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)PLFF：它是數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的功耗與IT設(shè)備的功耗之比。制冷負(fù)載系統(tǒng)和供電負(fù)載系數(shù)可以看作是電能利用效率的深化部分。

即PUE=CLF(CoolingLoadFactor)+PLF(PowerLoadFactor)+1（式2）

4RER可再生能源利用率(RenewableEnergyRatio)

  可再生能源利用率在這里提到的（RER）：可再生能源供電與數(shù)據(jù)中心總功耗的比值。這里提到的可再生能源主要包括太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物能和海洋能源。

五探索5個(gè)節(jié)能方向

1數(shù)據(jù)中心建設(shè)推薦經(jīng)濟(jì)PUE。

圖表3PUE曲線

  如圖3所示。由于可用性要求和TCO要求較低，國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)中心的電能利用效率較高，推薦的電能利用效率范圍為1.8-1.6。

2數(shù)據(jù)中心節(jié)能三個(gè)方向

  (1)為了提高機(jī)房的節(jié)能性，使用低能耗主設(shè)備是機(jī)房節(jié)能措施的關(guān)鍵一步，從基礎(chǔ)IT設(shè)備的節(jié)能開(kāi)始。關(guān)鍵因素IT設(shè)備的能耗占據(jù)了數(shù)據(jù)中心機(jī)房能耗的重要位置。

  (2)空調(diào)設(shè)備節(jié)能

  在節(jié)能方面，選擇空調(diào)系統(tǒng)綜合解決方案，對(duì)提高數(shù)據(jù)中心機(jī)房節(jié)能有很大幫助。

  (3)供電系統(tǒng)節(jié)能

  采用更高效率的供電系統(tǒng)也可以大大提高數(shù)據(jù)中心的節(jié)能效果。

3能耗數(shù)據(jù)分析

  通過(guò)對(duì)能耗數(shù)據(jù)的分析，提高了主要能耗設(shè)備的能耗效率。

  (1)多層次、多維能耗分析

  (2)利用聚類(lèi)算法進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)節(jié)能

  (3)分析能耗數(shù)據(jù)，從能耗預(yù)測(cè)模擬、能耗報(bào)警、能耗動(dòng)態(tài)優(yōu)化三個(gè)方面考慮能耗標(biāo)準(zhǔn)模型，建立能耗標(biāo)準(zhǔn)模型。

六安科瑞能耗統(tǒng)計(jì)分析(能源管理)解決方案

1概述

  建立高效的能源消耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)測(cè)量建筑各種能源消耗設(shè)備的能源消耗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)分析采集數(shù)據(jù)。能夠合理確定各地區(qū)建筑能源消耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和績(jī)效考核指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費(fèi)，提高人們積極節(jié)能意識(shí)。

①　構(gòu)建數(shù)據(jù)中心智能能源管理系統(tǒng)的基本框架，實(shí)時(shí)監(jiān)控各用能環(huán)節(jié)；

②　排碳數(shù)據(jù)化：通過(guò)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)建筑單位人均能耗分析(包括水、電、能)，實(shí)現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

③　區(qū)域能效比：實(shí)現(xiàn)建筑單位區(qū)域能耗對(duì)比，方便能耗評(píng)估；

④　同期能效比：實(shí)現(xiàn)同年、同期、同區(qū)域能耗對(duì)比，便于節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

⑤　能源消耗評(píng)估管理：按照能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、指導(dǎo)值分析單位面積能源消耗和人均能源消耗指標(biāo)；

⑥　能源消耗競(jìng)爭(zhēng)排名：比較各功能區(qū)域的能源消耗，實(shí)現(xiàn)能源消耗排名，增強(qiáng)員工的節(jié)能意識(shí)；

⑦　綜合分析、統(tǒng)計(jì)、打印和查詢能源消耗的使用數(shù)據(jù)，根據(jù)能源消耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的需要，可以選擇不同風(fēng)格的報(bào)表打印。為能源消耗運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)提供可靠依據(jù)；

⑧　能源消耗數(shù)據(jù)采集，隨時(shí)查詢，根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測(cè)異常能源消耗，報(bào)警能源智能儀器故障，提高系統(tǒng)信息化和自動(dòng)化水平。

2平臺(tái)部署硬件選擇

七結(jié)語(yǔ)

  對(duì)數(shù)據(jù)中心相關(guān)研究的進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。IT設(shè)備和制冷設(shè)備的能耗是數(shù)據(jù)中心機(jī)房的高能耗設(shè)備，也是數(shù)據(jù)中心高能耗的關(guān)鍵因素。如何優(yōu)化需要更多的研究。已經(jīng)進(jìn)行的和正在進(jìn)行的探索只是一小部分，還有很多節(jié)能的方法等待研究和探索，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心機(jī)房做出了貢獻(xiàn)。

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［6］2022.5版安科瑞企業(yè)微網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).

作者簡(jiǎn)介：涂志燕，目前在安科瑞電氣有限公司工作，主要從事數(shù)據(jù)中心相關(guān)產(chǎn)品的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。