浅析数据中心能耗现状与节能方向的研究.docx
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1、浅析数据中心能耗现状与节能方向的研究张品安科瑞电气股份有限公司上海嘉定201801摘要:数据中心拥有能量密集和高耗能的标签,因此,能耗问题也越来 越引起人们的关注。现阶段数据中心的高速发展,降低能耗也变得非常 重要。为了解决这个能耗高的问题,从能耗的组成入手,去分析和阐述 数据中心能耗的节能技术和措施,探索在数据中心运行中有效实现绿色 能耗的方法。关健词:数据中心;高能耗;节能减排;能效指标。引言近年来,我国经济快速发展,信息化的建设也在不断加大,在这种 形势下,数据中心的发展是到了急速发展的阶段。伴随着数据中心的快 速发展,高能耗的问题显得尤为突出。因此,对于如何降低数据中心能 耗的研究具有
2、非常重要的意义。1数据中心能耗现状和问题数据中心有着高能耗的标签,是实现绿色节能所要特别关注的重点。 据资料上统计和记载,目前,在国内机房运行的电能利用效率基本在 22.5范围内,这个数值大幅度超出标准机房的基准数值。这个现象说 明在机房运行的过程中总能耗中约有6070%都用到了空调冷却等设 施上了(表1),但是,Google公司的数据中心机房电能利用效率年平均值达到1.21 ,美国HP的新一代数据中心体验中心机房夏季PUE值可以达到161.70制冷设箸 IT设备供配电系统照明等其他设现有机房多数能耗分配状况标准机房能耗分配设备及网络通信设备:30%工T设备及网络通信设备:50%空调的制冷系统
3、:45%空调的制冷系统:25%变压器/UPS供电系统:24%变压器/UPS供电系统:10%照明设施:1%照明设施:3%表1数据中心机房标准能耗分配表图1现有机房数据中心的能耗组成现阶段较为核心问题出现在数据中心的高能耗,且高能耗导致的成 本费用超出整个机房的运营维护的50%费用。而现阶段对能源的需求 也不断地增长。如图1所示。2数据中心耗能设备组成(1)数据中心机房中IT设备的品种很多,主要用于数据中心中所用到的应用系统的运营。如表2所示。序号类型具体设备L服务器类机架式、刀片式(含机框)或塔式等服务器2存储类宓盘阵列、SAN (gj琮延板盘及观曲 存储 区域网络)交换机等存储设备,以及磁带库
4、、 虚拟带库等备份设备3网络类交换机、路由器以及防火墙、VP N (jsj蒸线 E旺k 虚拟专用网 络)、负载均衡等各类专用网络设备4IT支撑类主要包括用户运行维护的监控管理等设备表2数据中心机房IT设备分类表(2 )制冷设备:为控制机房环境的温度和湿度,确保设备的正常运行,如表3所示。序号类型具体设备L空调设备类机房专用空调、行间制冷空调、温度调节设备等2冷源的 设备种 类风冷室外机、冷水机组、冷却塔、水泵、水处理等3新风系兔类送风、回风风扇、力口/除湿设备、风阀等表3数据中心机房制冷设备分类表(3)供配电系统:供配电系统主要是为数据中心各类设备的正常运行 提供使用的电压和电流,并保证使用过
5、程的安全和可靠。供配电系统通 常由变压器、配电柜、发电机、不间断电源、电池、机柜配电单元等设 备组成。(4)其他设备:主要包括照明、视频安防、消防设备以及相关机房环 境监控系统等。3影响机房能源效率的主要问题(1)机房冷却效率低,机房的设计与布局对温度场和气流组织会产生 较大的影响,而冷却资源没有得到有效的利用,图2中显示了一个机房 的热岛效应。为了解决这个问题,绝大多数的机房采取提高制冷量,实 际却导致了更多的能耗浪费。图2机房的热岛(2)IT设备电能利用率低,在完成同等工作量的情况下,IT设备消耗 了过多的电能。另外,服务器的大部分电能消耗在外围配件上,只有一 小部分电能用在计算和处理方面
6、等。4节能分析的评估指标模型广泛而普遍用到的PUE(电能利用效率)是由美国GreenGrid提出的 PUE ( Power Usage Effectiveness )这个参数如下所示:ITEquipmen tPower ,一 、PUE=:(式 1)TotalFacil JtyPower其中,TotalFaeiIityPoWer是指数据中心的总能耗, ITEquipmentPower是指数据机房中IT设备耗能。4.2 局部电能利用效率(PartialPUE ,局部电能利用效率)另外一个指标,主要是对机房局部区域进行能耗和效率的评估和分 析,即局部PUEo局部PUE主要用于体现机房内部的重要的部分
7、设备 或部分区域的耗能情况,它的值与整体的PUE I;匕较起来,可能大也可 能小。即分区监测和统计。因此,为了提高机房的耗能效率,可从局部 出发,先提升局部的能耗即:提升PPUE值。这个指标参数适合场合如 集装箱、微模块数据中心等。4.3 制冷负载系数和供电负载系数这里提到的制冷负载系统简称CLF :为数据中心中制冷设备耗电与 IT设备耗电的比值。另一个供电负载系数简称PLF :为数据中心中供配 电系统耗电与IT设备耗电的比值。制冷负载系统和供电负载系数可看 成电能利用效率的深化部分。通过这两个指标又可进一步分析耗能情况。 可作为辅助分析能耗情况。因此,为了提高电能的有效利用率, GreenG
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