數(shù)據(jù)中心能耗分析數(shù)據(jù)中心能耗實例剖析序言：本文側(cè)重剖析了影響數(shù)據(jù)中心能耗的要素，從數(shù)據(jù)中心的空調(diào)、UPS、運維等方面對其能耗進(jìn)行了綜合剖析。本文認(rèn)為影響數(shù)據(jù)中心能耗的重點要素是空調(diào)系統(tǒng)，并以2個數(shù)據(jù)中心的空調(diào)系統(tǒng)為例，聯(lián)合作者在數(shù)據(jù)中心建設(shè)和運維中的經(jīng)驗，提出了數(shù)據(jù)中心節(jié)能的建議。一、數(shù)據(jù)中心節(jié)能的必需性力等大型國企、政府機(jī)構(gòu)紛繁建設(shè)自己的數(shù)據(jù)中心及災(zāi)備中心。跟著物聯(lián)網(wǎng)、云計算及挪動互聯(lián)觀點的推出，大量資本投資到商業(yè)IDC些數(shù)據(jù)中心移至西北等煤炭基地，利用當(dāng)?shù)仉娏┙o充分、電價低的優(yōu)勢也不失為一個理智的選擇。跟著數(shù)據(jù)中心的不停變大，綠色節(jié)能數(shù)據(jù)中心已經(jīng)由觀點走向?qū)嵸|(zhì)。愈來愈多的數(shù)據(jù)中心在建設(shè)時將PUEPUE色節(jié)能數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)共鳴。比如，微軟企業(yè)建在都柏林的數(shù)據(jù)中心其PUEGoogle企業(yè)此刻已經(jīng)有部分?jǐn)?shù)據(jù)中心的PUE。而我們國內(nèi)的PUE均勻值基本在，中小規(guī)模機(jī)房的PUE值更高，多半在以上。我們在數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能設(shè)計方面與外國還存在很大差距，其設(shè)計思想及理念特別值得我們借鑒。依據(jù)對國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的檢查統(tǒng)計，對于未采納明顯節(jié)能舉措的數(shù)據(jù)中心，面積為1000平方米的機(jī)房，其每年的用電量基本都在500多萬kWH左右。所以對于新建的大型數(shù)據(jù)中心，節(jié)能的必需性十分重要。從各大數(shù)據(jù)中心對電力的需求來看，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為重要的高耗能家產(chǎn)而非“無煙工業(yè)”，建設(shè)綠色、節(jié)能的數(shù)據(jù)中心急需從觀點走向?qū)嵸|(zhì)。二、影響數(shù)據(jù)中心能耗的要素數(shù)據(jù)中心的能耗問題波及到多個方面，主要要素自然是空調(diào)制冷系統(tǒng)，但UPS、機(jī)房裝飾、照明等要素相同影響著數(shù)據(jù)中心的能耗，甚至變壓器、母線等選型也影響著能耗。比如，對UPS而言，依據(jù)IT設(shè)備的實質(zhì)負(fù)荷選擇合理的UPS容量，防止因UPS效率過低而產(chǎn)生較大的自己消耗。同時，選擇更為節(jié)能的高頻UPS、優(yōu)化UPS拓?fù)錁?gòu)造都可起到節(jié)能的成效。1、UPS對數(shù)據(jù)中心能耗的影響數(shù)據(jù)中心能耗分析UPS主機(jī)的自己消耗是影響數(shù)據(jù)中心能耗的一項重要要素。提升UPS的工作數(shù)據(jù)中心能耗分析效率,能夠為數(shù)據(jù)中心節(jié)儉一大筆電費。下列圖為某大型UPS該曲線中能夠看出，當(dāng)UPS30%時UPS90%。好多半據(jù)中心在投運早期IT負(fù)荷較少，在相當(dāng)長的時間內(nèi)負(fù)荷不足20%。在此狀況下UPS的效率只是為80%左右，UPSUPSUPS300kVAUPS600kVAUPSIT負(fù)荷較少時只將一臺300kVAUPSUPSIT負(fù)荷增添后再投入運轉(zhuǎn)。這種UPSUPS2、供配電系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心能耗的影響數(shù)據(jù)中心的用電負(fù)荷特別巨大，并且有好多變頻設(shè)備比如冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔、照明燈具等，這些變頻設(shè)備會產(chǎn)生很大的諧波。別的，UPS、IT設(shè)備等也電負(fù)荷為1000kW100多萬度電。3、空調(diào)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心能耗的影響據(jù)美國采暖制冷與空調(diào)工程師學(xué)會（ASHRA）E技術(shù)委員會（簡稱）統(tǒng)計報告顯示，數(shù)據(jù)中心各部分的用電量散布大概以下列圖所示：數(shù)據(jù)中心能耗分析從上圖可看出，空調(diào)制冷系統(tǒng)占數(shù)據(jù)中心總電量的近三分之一，是影響機(jī)房能耗的重點指標(biāo)。每個數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷的能耗存在很大差別，好的空調(diào)制冷方案能夠極大降低能耗，降低PUE值。所以，本文以2個數(shù)據(jù)中心為例，側(cè)重剖析空調(diào)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心能耗的影響。三、數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)實例剖析1、小型數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)能耗剖析以南方某數(shù)據(jù)中心為例，說明小型數(shù)據(jù)中心的能耗。該數(shù)據(jù)中心2007年建成，IT機(jī)房總面積為530，220個機(jī)柜。4臺120kVAUPS，3用110臺80kW空調(diào)，8用2礎(chǔ)上改建而成，幾乎沒有采納任何節(jié)能舉措，僅在改建過程中對樓板、墻壁、門窗等進(jìn)行加固、關(guān)閉及保溫辦理。該機(jī)房的年P(guān)UE為萬kWH。該機(jī)房原配置8臺精細(xì)空調(diào)，6用2后，確立由3個要素所致。其一，因機(jī)房層高較低，機(jī)房架空地板僅為350mm，扣除地板下的強(qiáng)度電纜線槽，有效靜壓箱高度很低，不利于氣流流動。其二，該超出20米，對額定制冷量有折減。為解決上述三個問題，只好經(jīng)過增添空調(diào)數(shù)量來解決。所以該機(jī)房的PUE值較高。在這種機(jī)房中，機(jī)房風(fēng)冷式精細(xì)空調(diào)的能耗是影響該數(shù)據(jù)中心能耗的重點指標(biāo)，因其房間構(gòu)造所限，造成精細(xì)空調(diào)的效率較低，也影響到數(shù)據(jù)中心的整體能耗較高。2、大型數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)能耗剖析該數(shù)據(jù)中心總面積約為3000多平方米，2009年初開始正式投入運轉(zhuǎn)。在本數(shù)據(jù)中心能耗分析項目中空調(diào)冷凍水系統(tǒng)采納了“FreeCooling”技術(shù)，在過渡季節(jié)利用壓縮機(jī)+自然風(fēng)冷卻運轉(zhuǎn)模式。在冬天則完整利用自然風(fēng)冷卻進(jìn)行板式換熱。在冬天及過渡季節(jié)，外界濕球溫度小于4℃時，采納“FreeCooling”運轉(zhuǎn)模式，即冷水機(jī)組停止運轉(zhuǎn)，經(jīng)冷卻塔散熱后的冷卻水和從精細(xì)空調(diào)來的冷凍水在板式換熱器內(nèi)進(jìn)行熱互換，將機(jī)房內(nèi)的熱量帶走，此時冷卻塔起到冷水機(jī)組的作用。在此過程中僅冷卻塔的電扇、水泵及精細(xì)空調(diào)等設(shè)備在耗電，冷水機(jī)組完整沒有耗電。在夏天及過渡季節(jié)當(dāng)外界濕球溫度高于4℃時，“FreeCooling”運轉(zhuǎn)模式已沒法知夠數(shù)據(jù)中心制冷需求，此時冷水機(jī)組開始制冷，回到傳統(tǒng)的空調(diào)壓縮體制冷模式運轉(zhuǎn)。系統(tǒng)表示圖以下列圖所示：冷水機(jī)組開式冷卻塔板式換熱器精細(xì)空調(diào)作為數(shù)據(jù)中心的重點基礎(chǔ)設(shè)備，冷凍站的設(shè)計是最重要環(huán)節(jié)。本項目設(shè)置2個相對獨立的制冷機(jī)房，每個冷凍機(jī)房有2臺3500KW（合1000RT）的離心式冷水機(jī)組，3用1備。冷凍水供回水溫度設(shè)定為11℃/17為防止離心式冷水機(jī)組在低負(fù)荷時發(fā)生“喘振”現(xiàn)象，系統(tǒng)配置2400RT桿式冷水機(jī)組。板式換熱器按冷凍水11℃/17℃,冷卻水9℃/14℃進(jìn)行設(shè)計。為實現(xiàn)制冷系統(tǒng)的不一樣運轉(zhuǎn)模式，冷凍水泵選擇了2種不一樣揚程的變頻水泵以適應(yīng)“FreeCooling”運轉(zhuǎn)模式和冷水機(jī)組制冷模式。本系統(tǒng)的重點技術(shù)是空調(diào)系統(tǒng)的控制邏輯?？刂七壿嫷暮脡闹苯雨P(guān)系的空調(diào)系統(tǒng)的能耗及系統(tǒng)安全。在擬訂空調(diào)系統(tǒng)控制邏輯時，第一鑒于冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔的能耗數(shù)據(jù)及當(dāng)?shù)赜虻臍庀髼l件，提出了合理的節(jié)能系統(tǒng)流程圖，并與假設(shè)冷水機(jī)組整年運行的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，在理論上做出節(jié)能運轉(zhuǎn)剖析。其次，為了保證空調(diào)系統(tǒng)安全、節(jié)能運轉(zhuǎn)，控制邏輯分為夏天和冬天2種模式。在由冷水機(jī)組變換到自然冷卻時，為了防止冷水機(jī)組發(fā)生低溫保護(hù)，一定首先開啟冷卻水管道的旁通閥，將冷卻水水溫提升，以便順利開啟冷水機(jī)組。數(shù)據(jù)中心能耗分析冬天自然冷卻時，冷卻塔處于低溫環(huán)境，而冷卻塔又一定供給低于冷凍水溫的冷卻水（比方6-8℃的冷卻水），控制邏輯一定防備冷卻塔結(jié)冰現(xiàn)象的發(fā)生。依據(jù)近幾年的實質(zhì)運轉(zhuǎn)經(jīng)驗，本數(shù)據(jù)中心最遲從每年的11月下旬便可啟用“FreeCooling”運轉(zhuǎn)模式，向來可連續(xù)到第二年的3月尾至4月中旬，即每年起碼可使用個月的免費冷源，節(jié)能成效特別明顯。下表是該某數(shù)據(jù)中心的2010年7月份至12月份的用電量統(tǒng)計及相應(yīng)的PUE值。時間7月8月9月10月11月12月天數(shù)313130313031總用電（度）/辦公用電、空調(diào)、UPS消耗及照明用電//

408,300482,400492,240545,580555,180650,04013,17115,56116,40817,59918,50620,9694,8816,0525,9576,8444,8295,1867,4879,50910,45111,30413,67715,783PUE值/天從上表可知，8月份IT設(shè)備的負(fù)荷比7月份有所增添，所以8月份的PUE值比7月份略有降低。9、10月份均勻氣溫低，此時冷卻水溫度較低，冷水機(jī)組效率得以提升，所以9、10月份的PUE值比7、8月份PUE值顯然偏低。因當(dāng)年11、12月份的氣溫較低，該系統(tǒng)已完整具備FREE-COOLING運轉(zhuǎn)模式所需的條件，冷水機(jī)組壓縮機(jī)已停止工作不再耗電。所以，此時固然UPS的用電量在逐漸加大，但空調(diào)的用電量卻比7、8、9、10月份的用電量還要低，PUE值從降低到，節(jié)能成效特別巨大。3、數(shù)據(jù)中心水辦理系統(tǒng)與能耗的關(guān)系大型數(shù)據(jù)中心往常采納冷水機(jī)組作為機(jī)房冷源，所以數(shù)據(jù)中心的水系統(tǒng)（卻水及冷凍水）對于數(shù)據(jù)中心而言極為重要，其安全靠譜性直接關(guān)系到數(shù)據(jù)中心的運轉(zhuǎn)。不單這樣，水質(zhì)也直接關(guān)系到節(jié)能的問題，比如北京地域水質(zhì)較硬，當(dāng)水系統(tǒng)中的結(jié)垢現(xiàn)象很嚴(yán)重時，空調(diào)系統(tǒng)的能耗也隨之增添。冷卻水與空氣接觸進(jìn)行熱互換的同時也將空氣中的污染物帶入系統(tǒng)，從而會影響設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。空調(diào)的冷卻水系統(tǒng)易遇到結(jié)垢，腐化，污垢，微生物等問濃度會不停高升，從而會加劇系統(tǒng)設(shè)備和管道的結(jié)垢、腐化。此外，在知足必定的溫度、陽光、空氣等條件時，水中會滋長好多微生物，微生物的存在會影響系數(shù)據(jù)中心能耗分析統(tǒng)設(shè)備和管道的正常運轉(zhuǎn)。在空調(diào)專業(yè)大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(jī)趨近溫度。當(dāng)冷水機(jī)組內(nèi)的銅管潔凈時，該差值小也即趨近溫度低；反之，當(dāng)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(diào)壓縮機(jī)需要額外多做功壓縮制冷劑，產(chǎn)生額外的電耗。依據(jù)實質(zhì)運轉(zhuǎn)中的統(tǒng)計，趨近溫度每增添1℃，冷水機(jī)組即增添3%的能耗。別的，當(dāng)趨近溫度達(dá)到7℃時，會對冷水機(jī)組的運轉(zhuǎn)造成特別大的危險。所以及時的檢測水系統(tǒng)的水質(zhì)并自動進(jìn)行加藥辦理對數(shù)據(jù)中心的水系統(tǒng)尤其重要。水系統(tǒng)自動檢測及自動加藥設(shè)備經(jīng)過在線的、及時的控制，能夠嚴(yán)格地控制水的電導(dǎo)率，控制電導(dǎo)率在合理范圍內(nèi)，依據(jù)電導(dǎo)率大小自動控制排污閥的開或關(guān)，使補(bǔ)水量更精準(zhǔn)，從而達(dá)到節(jié)儉用水的目的。下邊以實例說明自動水辦理系統(tǒng)在節(jié)電、節(jié)水方面所獲得的成效。某數(shù)據(jù)中心在采納自動水辦理系統(tǒng)前遭受冷凍機(jī)組結(jié)垢、微生物滋長等問題困擾，造成趨近溫度高升，最高時達(dá)到℃，產(chǎn)生了嚴(yán)重的能源浪費和運轉(zhuǎn)風(fēng)險。經(jīng)過自動辦理系統(tǒng)后，現(xiàn)趨近溫度穩(wěn)固在1℃以下。在辦理前，冷水機(jī)組耗電量為202kw。辦理后，在相同的負(fù)荷下，耗電量降為170kw。在采納“Freecooling”技術(shù)的前提下，冷水機(jī)組每年運轉(zhuǎn)個月計算，則一年節(jié)儉用電為：（202-165）kW*24h*225d=199800kWh。四、數(shù)據(jù)中心運維能耗剖析1、提升機(jī)房環(huán)境溫度。國內(nèi)機(jī)房運轉(zhuǎn)溫度廣泛偏低。我國對于機(jī)房的國標(biāo)規(guī)定，A級機(jī)房的溫度為23℃~24℃。往常狀況下機(jī)房管理人員將此溫度設(shè)為機(jī)房精細(xì)空調(diào)的回風(fēng)溫度。那么，精細(xì)空調(diào)的出風(fēng)溫度往常是18℃~19℃。但跟著芯片技術(shù)的不停提升，芯片耐高溫性能也在不停更新，IT設(shè)備可正常運轉(zhuǎn)的溫度也在不停地提升。外國有愈來愈多的數(shù)據(jù)中心設(shè)計和管理人員將機(jī)房精細(xì)空調(diào)的出風(fēng)溫度設(shè)置到27℃。據(jù)估量，制冷參數(shù)變化1℃，可能會產(chǎn)生5%~10%的能耗變化。別的，提升機(jī)房環(huán)境溫度還能夠延伸節(jié)能裝置（比如“FreeCooling”免費冷源）的使用時間，提升精細(xì)空調(diào)送風(fēng)溫度和提升冷凍水出水溫度。2008年ASHRAE給出了介紹的機(jī)房環(huán)境溫度，以下列圖所示。圖中紅色線條地區(qū)為介紹的環(huán)境溫度。在最新的白皮書《數(shù)據(jù)辦理環(huán)境熱指南（thermalguidelinesfordataprocessingenvironments）》中，該溫度又有了提升。ASHRAE所給出機(jī)房環(huán)境溫度是經(jīng)過國際上主流IT設(shè)備供給商確認(rèn)的，也就是說該機(jī)房環(huán)境溫度其實不與IT設(shè)備供給商的要求相反抗。數(shù)據(jù)中心能耗分析2、UPS節(jié)能運轉(zhuǎn)。在市電供電質(zhì)量好的狀況下，將UPS主機(jī)運轉(zhuǎn)在旁路模式，使逆變器處于“休眠”狀態(tài)，但當(dāng)市電不知足要求時，逆變器快速投入工作。這種工作模式能夠有效的降低UPS自己消耗。3、嚴(yán)格有效的數(shù)據(jù)中心管理能夠極大的降低能耗，依據(jù)機(jī)房IT負(fù)載的變化及時調(diào)整精細(xì)空調(diào)的