數(shù)據(jù)中心PUE值研究 - 全文
目前,PUE(PowerUsageEffectiveness,電源使用效率)值已經(jīng)成為國際上比較通行的數(shù)據(jù)中心電力使用效率的衡量指標(biāo)。PUE值是指數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載消耗的能源之比。PUE值越接近于1,表示一個數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高。
隨著電子信息系統(tǒng)機房IT設(shè)備高密度的集成化,解決設(shè)備散熱及機房散熱量日漸趨高的現(xiàn)象開始受到了各界強烈關(guān)注。而根據(jù)研究顯示,IT/電信目前相關(guān)的碳排放已經(jīng)成為最大的溫室氣體排放源之一,由此一年產(chǎn)生的碳排放為8.6億噸,且該領(lǐng)域的排放勢頭還在隨著全球?qū)τ嬎?、?shù)據(jù)存儲和通信技術(shù)需求的增長快速上升。即使人們大力提高設(shè)備、機房結(jié)構(gòu)等裝置和數(shù)據(jù)中心的能效,到2020年,全球IT相關(guān)碳排放也將達到15.4億噸。所以越來越多的人開始關(guān)注綠色機房的建設(shè)。
目前,PUE(PowerUsageEffectiveness,電源使用效率)值已經(jīng)成為國際上比較通行的數(shù)據(jù)中心電力使用效率的衡量指標(biāo)。PUE值是指數(shù)據(jù)中心消耗的所有能源與IT負(fù)載消耗的能源之比。PUE值越接近于1,表示一個數(shù)據(jù)中心的綠色化程度越高。當(dāng)前,國外先進的數(shù)據(jù)中心機房PUE值通常小于2,而我國的大多數(shù)數(shù)據(jù)中心的PUE值在2-3之間。所以國內(nèi)機房內(nèi)芯片級主設(shè)備1W的功耗會導(dǎo)致總體耗電量達到2-3W,而國外機房內(nèi)芯片級主設(shè)備1W的功耗只會導(dǎo)致總體耗電量為2W以下。
機房建設(shè)前期的設(shè)計和規(guī)劃就把節(jié)能、環(huán)保考慮到,并在設(shè)計和規(guī)劃的過程中達到機房的使用要求的前提下,把機房的PUE值作為機房的設(shè)計和規(guī)劃要求。用戶對PUE值的要求,機房設(shè)計滿足并說明從幾方面可以把機房的設(shè)計達到用戶的要求。
根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,數(shù)據(jù)中心的冷卻占機房總功耗的40%左右。機房中的冷卻主要是由機房空調(diào)負(fù)責(zé),所以降低機房空調(diào)的耗電量可以有效的降低機房的PUE值。
由于現(xiàn)代電子信息系統(tǒng)機房中的空調(diào)負(fù)荷主要來自于計算機主機設(shè)備、外部輔助設(shè)備的發(fā)熱量,其中服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等主設(shè)備占到設(shè)備散熱量的80%。所以隨著服務(wù)器集成密度的持續(xù)增高,服務(wù)器機柜設(shè)備區(qū)就成為了機房內(nèi)主要的熱島區(qū)域。服務(wù)器設(shè)備熱密度越來越大。機房下送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)是將抗靜電活動地板下空間作為空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)靜壓箱,空調(diào)機組由通風(fēng)地板向機柜、設(shè)備等熱負(fù)荷送風(fēng)??墒歉呙芏葯C柜從機柜前面的地板出風(fēng)口出風(fēng)。當(dāng)冷風(fēng)送至機柜的中部冷風(fēng)已經(jīng)被服務(wù)器全部吸收。所以,機柜的上半部分沒有足夠的冷量,就會導(dǎo)致機柜上半部分的設(shè)備無法正常運行。
現(xiàn)在機房服務(wù)器類負(fù)荷的最高散熱量近年來已攀升至每機柜20KW以上。原有地板下送風(fēng)機房精密空調(diào)系統(tǒng)理想送風(fēng)狀況下的機房單位面積最大供冷量為4KW/㎡(更大供冷量所配置的空調(diào)機組送風(fēng)量也相應(yīng)增大,其送風(fēng)風(fēng)壓足以把地板給吹起來),已無法滿足其需求。
上述的問題解決。機房在設(shè)計中靜電地板高度的提升,地板出風(fēng)口的通風(fēng)率的提高,封閉機柜冷通道。還可以在用風(fēng)道上送風(fēng)和地板下送風(fēng)結(jié)合制冷等方式進行解決。
機房空調(diào)的冷量不浪費,有效的利用可以很大的提高空調(diào)的利用率。在實現(xiàn)機房制冷的前提下空調(diào)運行也可以節(jié)能。通過空調(diào)系統(tǒng)一系列的優(yōu)化,可以降低整個機房的PUE值。
然而,空調(diào)本身的耗電量是最主要的。所以解決空調(diào)自身的耗電量成本降低空調(diào)能耗的關(guān)鍵。機房中采用傳統(tǒng)的風(fēng)冷制冷方式是最耗電的運行方式。在大的IDC中現(xiàn)在基本上都采用水冷式的機房空調(diào)系統(tǒng),比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)能20%左右。
但是,我們可以在通過新的空調(diào)技術(shù)還可以比水冷空調(diào)在節(jié)能30%以上的空調(diào)系統(tǒng)(非電空調(diào))。
非電空調(diào)俗稱溴化鋰空調(diào)、吸收式制冷機、燃?xì)饪照{(diào)等,其工作原理是通過采用天然氣、城市煤氣、發(fā)電廢熱、工業(yè)廢熱、工業(yè)廢水、太陽能、沼氣等任何能產(chǎn)生80℃以上的熱能為動力、以溴化鋰為冷媒進行熱交換,從而降低空調(diào)循環(huán)水溫度,達到制冷目的;但“非電”只是空調(diào)本身的制冷不直接用電來運作,但是支持空調(diào)運作的后方機組,比如說,風(fēng)機、水泵、冷卻塔都是需要耗電的。
但相對于直接用電來制冷和制熱,非電空調(diào)對電力的消耗非常小。所以這種非電技術(shù)的意思是,我們無法杜絕用電,但是可以做到大幅度節(jié)約用電。
非電空調(diào)制冷原理:就是利用溴化鋰溶液實現(xiàn)的,即水和溴化鋰的二介介質(zhì),由于沸點不同而且具有吸水性的原因當(dāng)加熱溴化鋰溶液時,水被蒸發(fā),蒸發(fā)的水流入蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱,然后蒸汽被冷凝,再次與溴化鋰混合成為溶液。這些過程中,它被熱源加熱,然后通過蒸發(fā)將需要冷卻的一端冷卻了,同時冷凝的熱量通過室外的冷卻塔冷卻或送到室內(nèi)制熱等。這樣就實現(xiàn)了用熱制冷。
所謂非電技術(shù),就是采用直接由熱能來制冷的原理。傳統(tǒng)意義上的電空調(diào),要完成制冷效果,必須由熱能到機械能、由機械能到電能、再由電能回到機械能,最后才能到冷能,這其中5次能量轉(zhuǎn)換過程都將排出一定數(shù)量的二氧化碳。因此,從理論上來說非電空調(diào)不僅節(jié)約了能源,還有效地減少了空調(diào)制冷過程中4倍的碳排放。
機房建設(shè)中空調(diào)系統(tǒng)通過最新的技術(shù),我們可以把空調(diào)的能耗占整個機房總能耗的比值控制在15%左右。這樣整個機房的PUE值就可以控制在2以下。
數(shù)據(jù)中心的UPS電源占機房總功耗的5%左右。而UPS自身的功率占UPS的7%左右。而且機房建設(shè)的等級越高需要UPS的數(shù)量就越多。比如:一個國標(biāo)C級的機房配置一臺400KVAUPS就可以滿足要求,這個機房中的負(fù)載沒有變化,只是等級從C級變成A級。但是,UPS就會從一臺400KVA變成四臺400KVA的UPS。所以解決UPS的自身功耗也是非常重要的。如果機房供電的電源質(zhì)量非常好,UPS的工作方式就可以采用后備式的方式。正常工作市電通過UPS的旁路直接給負(fù)載進行供電,UPS處于備份狀態(tài)。市電停電以后,直接轉(zhuǎn)換成UPS電池供電模式。通過這樣的方式可以節(jié)約所有UPS的自身功耗的電量。
最后,PUE無論這樣變化,都是大于1的乘數(shù)因子。要做到最佳節(jié)能,降低服務(wù)器等IT設(shè)備的功耗,才是最有效的方法。比如1W的IT設(shè)備需要總功耗電量為1.6W。當(dāng)降低服務(wù)器設(shè)備功耗為0.8的時候,數(shù)據(jù)中心總功耗立即降為0.8×1.6=1.28。IT設(shè)備降低了0.2,而總耗電量降低了0.32。這就是乘數(shù)因子效應(yīng)。
- 第 1 頁:數(shù)據(jù)中心PUE值研究
- 第 2 頁:非電空調(diào)
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