1、完美WORD格式數據中心能耗實例分析前言：本文著重分析了影響數據中心能耗的因素，從數據中心的空調、UPS運維等方面對其能耗進行了綜合分析。本文認為影響數據中心能耗的關鍵因素是 空調系統，并以2個數據中心的空調系統為例，結合作者在數據中心建設和運維 中的經驗，提出了數據中心節能的建議。1、 數據中心節能的必要性近年國內大型數據中心的建設呈現快速增長的趨勢，金融、通信、石化、電 力等大型國企、政府機構紛紛建設自己的數據中心及災備中心。隨著物聯網、云計算及移動互聯概念的推出，大批資金投資到商業IDC的建設中。數據中心對電 力供應產生了巨大的影響，已經成為一個高耗能的產業。在北京數據中心較集中 的幾個

2、地區，其電力供應都出現飽和的問題，已無法再支撐新的數據中心。目前 某些數據中心移至西北等煤炭基地， 利用當地電力供應充足、電價低的優勢也不 失為一個明智的選擇。隨著數據中心的不斷變大，綠色節能數據中心已經由概念走向實際。 越來越 多的數據中心在建設時將PUEfi列為一個關鍵指標，追求更低的PUEfi,建設綠 色節能數據中心已經成為業內共識。例如，微軟公司建在都柏林的數據中心其 PUEfi為1.25。據最新報道Google公司現在已經有部分數據中心的 PUE降低到 1.11。而我們國內的PUE平均值基本在1.82.0 ,中小規模機房的PUEfi更高， 大都在2.5以上。我們在數據中心綠色節能設計

3、方面與國外還存在很大差距，其設計思想及理念非常值得我們借鑒。根據對國內數據中心的調查統計，對于未采用顯著節能措施的數據中心， 面 積為1000平方米的機房，其每年的用電量基本都在 500多萬kWH右。因此對 于新建的大型數據中心，節能的必要性十分重要。從各大數據中心對電力的需求來看，數據中心已經成為重要的高耗能產業而 非“無煙工業”，建設綠色、節能的數據中心急需從概念走向實際。2、 影響數據中心能耗的因素數據中心的能耗問題涉及到多個方面，主要因素當然是空調制冷系統，但 UPS機房裝修、照明等因素同樣影響著數據中心的能耗，甚至變壓器、母線等 選型也影響著能耗。例如，對UPSW言，根據IT設備的實

4、際負荷選擇合理的 UPS 容量，避免因UP繳率過低而產生較大的自身損耗。 同時，選擇更加節能的高頻 ups優化upsM卜結構都可起到節能的效果。1、UPS寸數據中心能耗的影響UPSi機的自身損耗是影響數據中心能耗的一項重要因素。提高UPS的工作效率，可以為數據中心節省一大筆電費。下圖為某大型UPS主機的效率曲線。從該曲線中可以看出，當UPS負荷超過30%寸UPS的效率才接近90%很多數據中 心在投運初期IT負荷較少，在相當長的時間內負荷不足 20%在此卜#況下UPS 的效率僅僅為80流右,UPS的損耗非常大。因此，在 UPSg已置中盡量選擇多機 并聯模式，避免大容量 UPSi|機運行模式。例如

5、，可以用兩臺 300kVA UPS聯 運行的模式代替一臺600kVAUPSi|機運行模式。具優點在于IT負荷較少時只將 一臺300kVA UPS&入運行，另一臺UPS工作，待IT負荷增加后再投入運行。 這種UPS配置方案及運行模式可以提高 UP繳率，降低機房能耗。2、供配電系統對數據中心能耗的影響數據中心的用電負荷非常巨大，并且有很多變頻設備例如冷水機組、水泵、 冷卻塔、照明燈具等，這些變頻設備會產生很大的諧波。止匕外，UPS IT設備等也會產生很大的諧波。諧波對數據中心有非常大的危害， 而且會增加能耗。對于 用電負荷為1000kW勺數據中心，進行諧波VB理后，每年可節能 100多萬度

6、電。3、空調系統對數據中心能耗的影響據美國采暖制冷與空調工程師學會 （ASHRAE技術委員會9.9 （簡稱TC9.9） 統計報告顯示，數據中心各部分的用電量分布大致如下圖所示：服務器 空調制冷 UPS損桶 照明 其他從上圖可看出，空調制冷系統占數據中心總電量的近三分之一， 是影響機房 能耗的關鍵指標。每個數據中心空調制冷的能耗存在很大差異， 好的空調制冷方 案可以極大降低能耗，降低PUE值。因此，本文以2個數據中心為例，著重分析 空調系統對數據中心能耗的影響。數據中心空調系統實例分析1、小型數據中心空調系統能耗分析以南方某數據中心為例，說明小型數據中心的能耗。該數據中心2007年建成，IT機房

7、總面積為530平方米，220個機柜。4臺120kVA UPS 3用1備，每 個機柜的平均功率為1.3kW。采用風冷式精密空調制冷，配置10臺80kW顯冷量 空調，8用2備。經多年運行，目前該機房負荷已接近滿載。該機房是在廠房基 礎上改建而成，幾乎沒有采用任何節能措施，僅在改建過程中對樓板、墻壁、門 窗等進行加固、封閉及保溫處理。該機房的年PUEffi為2.68。每天的用電量約為1.3萬kWH該機房原配置8臺精密空調，6用2備。機房建成后出現局部熱點，經分析 后，確定由3個因素所致。其一，因機房層高較低，機房架空地板僅為350mm扣除地板下的強度電纜線槽，有效靜壓箱高度很低，不利于氣流流動。其二

8、，該 機房存在空調死角，氣流無法有效流動。具三，空調室外機與室內機的高度較大， 超過20米，對額定制冷量有折減。為解決上述三個問題，只能通過增加空調數 量來解決。因此該機房的PUEffi較高。在這類機房中，機房風冷式精密空調的能耗是影響該數據中心能耗的關鍵指 標，因其房間結構所限，造成精密空調的效率較低，也影響到數據中心的整體能 耗較高。2、大型數據中心空調系統能耗分析該數據中心總面積約為3000多平方米，2009年初開始正式投入運行。在本項目中空調冷凍水系統采用了 “ Free Cooling ”技術，在過渡季節利用壓縮機+ 自然風冷卻運行模式。在冬季則完全利用自然風冷卻進行板式換熱。在冬季

9、及過渡季節，外界濕球溫度小于4c時，采用“ Free Cooling ”運行模式，即冷水機 組停止運行，經冷卻塔散熱后的冷卻水和從精密空調來的冷凍水在板式換熱器內 進行熱交換，將機房內的熱量帶走，此時冷卻塔起到冷水機組的作用。 在此過程 中僅冷卻塔的風扇、水泵及精密空調等設備在耗電，冷水機組完全沒有耗電。在 夏季及過渡季節當外界濕球溫度高于4c時，“Free Cooling ”運行模式已無法滿足數據中心制冷需求，此時冷水機組開始制冷，回到傳統的空調壓縮機制冷模 式運行。系統示意圖如下圖所示：冷水機組作為數據中心的關鍵基礎設施，冷凍站的設計是最重要環節。本項目設置 2 個相對獨立的制冷機房，每個

10、冷凍機房有 2臺3500KW（合1000RT的離心式冷 水機組，3用1備。冷凍水供回水溫度設定為11C/17C。考慮前期負荷較小， 為避免離心式冷水機組在低負荷時發生 “喘振”現象，系統配置2臺400RT的螺 桿式冷水機組。板式換熱器按冷凍水 11C/17C ,冷卻水9 C/14 c進行設計。為實現制冷系統的不同運行模式，冷凍水泵選擇了 2種不同揚程的變頻水泵 以適應“Free Cooling ”運行模式和冷水機組制冷模式。本系統的關鍵技術是空調系統的控制邏輯。控制邏輯的優劣直接關系的空調 系統的能耗及系統安全。在制定空調系統控制邏輯時，首先基于冷水機組、水泵、冷卻塔的能耗數據 及本地區的氣象

11、條件，提出了合理的節能系統流程圖，并與假定冷水機組全年運 行的能耗數據進行比較，在理論上做出節能運行分析。其次，為了保證空調系統安全、節能運行，控制邏輯分為夏季和冬季2種模 式。在由冷水機組轉換到自然冷卻時， 為了避免冷水機組發生低溫保護， 必須首 先開啟冷卻水管道的旁通閥，將冷卻水水溫提高，以便順利開啟冷水機組。冬季自然冷卻時，冷卻塔處于低溫環境，而冷卻塔又必須供應低于冷凍水溫 的冷卻水（比如6-8 C的冷卻水），控制邏輯必須防止冷卻塔結冰現象的發生。根據近幾年的實際運行經驗，本數據中心最遲從每年的11月下旬就可啟用“Free Cooling”運行模式，一直可持續到第二年的 3月底至4月中旬

12、，即每年 至少可使用44.5個月的免費冷源，節能效果非常顯著。下表是該某數據中心的2010年7月份至12月份的用電量統計及相應的 PUE值時間7月8月9月10月11月12月天數313130313031總用 電量 （度）408,300482,400492,240545,580555,180650,040平均用電/天（度）13,17115,56116,40817,59918,50620,969辦公用電、空 調、UPS損耗 及照明用電/天（度）4,8816,0525,9576,8444,8295,186UPS用電/天 （度）7,4879,50910,45111,30413,67715,783PUE值

13、/天1.761.641.571.561.351.33從上表可知，8月份IT設備的負荷比7月份有所增加，因此8月份的PUE值比7月份略有降低。9、10月份平均氣溫低，此時冷卻水溫度較低，冷水機組 效率得以提高，因此9、10月份的PUEffi比7、8月份PUEfi明顯偏低。因當年 11、12月份的氣溫較低，該系統已完全具備FREE-COOLING行模式所需的條件， 冷水機組壓縮機已停止工作不再耗電。因此，此時雖然UPS的用電量在逐步加大， 但空調的用電量卻比7、8、9、10月份的用電量還要低，PUE值從1.76降低到 1.33,節能效果非常巨大。3、數據中心水處理系統與能耗的關系大型數據中心通常采

14、用冷水機組作為機房冷源，因此數據中心的水系統（冷卻水及冷凍水）對于數據中心而言極為重要，其安全可靠性直接關系到數據中心 的運行。不僅如此，水質也直接關系到節能的問題，例如北京地區水質較硬，當 水系統中的結垢現象很嚴重時，空調系統的能耗也隨之增加。冷卻水與空氣接觸進行熱交換的同時也將空氣中的污染物帶入系統，進而會影響設備的正常運行。空調的冷卻水系統易受到結垢，腐蝕，污垢，微生物等問 題的困擾。其主要原因是冷卻塔在通過水的蒸發將熱量帶走的同時，水中的離子濃度會不斷升高，進而會加劇系統設備和管道的結垢、腐蝕。另外，在滿足一定 的溫度、陽光、空氣等條件時，水中會滋生很多微生物，微生物的存在會影響系統設

15、備和管道的正常運行。在空調專業上將冷卻水出水溫度與制冷劑的冷凝溫度之差稱之為冷凍機趨 近溫度。當冷水機組內的銅管干凈時，該差值小也即趨近溫度低；反之，當銅管 有水垢粘附時，差值大也即趨近溫度高。趨近溫度越高，空調壓縮機需要額外多 做功壓縮制冷劑，產生額外的電耗。根據實際運行中的統計，趨近溫度每增加 1C,冷水機組即增加3%勺能耗。此外，當趨近溫度達到 7c時，會對冷水機組 的運行造成非常大的危險。因此實時的檢測水系統的水質并自動進行加藥處理對 數據中心的水系統尤為重要。水系統自動檢測及自動加藥設備通過在線的、實時的控制，可以嚴格地控制水的電導率，控制電導率在合理范圍內，根據電導率大小自動控制排

16、污閥的開或 關，使補水量更精確，從而達到節約用水的目的。下面以實例說明自動水處理系 統在節電、節水方面所取得的效果。某數據中心在采用自動水處理系統前遭遇冷凍機組結垢、微生物滋生等問題困擾，造成趨近溫度升高，最高時達到 6.5 C,產生了嚴重的能源浪費和運行風 險。經過自動處理系統后，現趨近溫度穩定在1C以下。在處理前，冷水機組耗電量為202kw。處理后，在相同的負荷下，耗電量降為170kw。在采用“ Freecooling ”技術的前提下，冷水機組每年運行7.5個月計算，則一年節約用電為：(202-165) kW * 24h * 225d =199800 kWh 。四、數據中心運維能耗分析1、

17、提高機房環境溫度。國內機房運行溫度普遍偏低。我國關于機房的國標 規定，A級機房的溫度為23C24Co通常情況下機房管理人員將此溫度設為機 房精密空調的回風溫度。那么，精密空調的出風溫度通常是18C19Co但隨著芯片技術的不斷提高，芯片耐高溫性能也在不斷更新，IT設備可正常運行的溫度也在不斷地提高。國外有越來越多的數據中心設計和管理人員將機房精密空調 的出風溫度設置到27C。據估算，制冷參數變化1C,可能會產生5%10的能 耗變化。止匕外，提高機房環境溫度還可以延長節能裝置(例如“Free Cooling ”免費冷源)的使用時間，提高精密空調送風溫度和提高冷凍水出水溫度。2008年ASHRAE出

18、了推薦的機房環境溫度，如下圖所示。圖中紅色線條區 域為推薦的環境溫度。在最新的白皮書數據處理環境熱指南(thermalguidelines for data processing environments )中，該溫度又有了提高。ASHRAE 所給出機房環境溫度是經過國際上主流 IT設備供應商確認的，也就是說該機房 環境溫度并不與IT設備供應商的要求相抵觸。專業整理分享The 2008 recommended environmental envelope is show in red in the figure befow.These environmental envelopes pertainto air entering the IT equipment6 J SUlt'口引卜- -I'M扇山對不Tam國國臼旭尸 Max通Genially accjlsdtelecom prac