許文民

摘 要：我國目前碳（年）排放量已達8.6×108 t。隨著企業(yè)數(shù)據(jù)存儲技術(shù)及通信技術(shù)的不斷發(fā)展，筆者預(yù)測，即使通過提高相關(guān)電氣設(shè)備的運行效率、改善機房結(jié)構(gòu)來提升數(shù)據(jù)中心能效，到2020年全球IT相關(guān)碳排放量也會突破15.4×108 t的大關(guān)。在此背景下，有效降低數(shù)據(jù)中心PUE值成為本文研究論述的重點。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)中心；能源消耗；PUE值；設(shè)備能耗

中圖分類號：TP308 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.20.110

文章編號：2095-6835（2016）20-0110-02

相關(guān)研究資料表明，數(shù)據(jù)中心能源消耗在2006年占據(jù)美國總發(fā)電量的1.5%以上，且這一數(shù)據(jù)所占比例每年上增約30%.到了2011年，我國數(shù)據(jù)中心能源消耗總量已是2006年的一倍。GDS萬國數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計結(jié)果顯示，我國數(shù)據(jù)中心每年消耗的電量已接近一個三峽大壩的年總發(fā)電量，而經(jīng)過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，目前總量最大的溫室排放氣體之一就是IT/電信相關(guān)設(shè)施的碳排放量。對此，本文主要圍繞這一現(xiàn)狀進行分析。

1 關(guān)于數(shù)據(jù)中心PUE值的理論概述

Power Usage Effectiveness簡稱“PUE”，又稱電能使用效率。這一指標是衡量企業(yè)數(shù)據(jù)中心節(jié)能效益高低的重要參數(shù)。通常情況下，企業(yè)數(shù)據(jù)中心總能耗主要包括照明、配電、空調(diào)、IT設(shè)備、其他相關(guān)配套設(shè)備能耗等。對于企業(yè)數(shù)據(jù)中心PUE值而言，由于上述不同設(shè)備處于連續(xù)運行狀態(tài)，因此能耗值會不斷發(fā)生變化，特別是隨著數(shù)據(jù)中心室內(nèi)溫度環(huán)境的變化，PUE值也會產(chǎn)生相應(yīng)的變化。對此，本文研究的數(shù)據(jù)中心PUE參數(shù)值是一個經(jīng)過加權(quán)的平均PUE參數(shù)值。

由于PUE值是數(shù)據(jù)中心消耗的全部能源與IT負載消耗的能源之間的比值，因此PUE參數(shù)值與企業(yè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部基礎(chǔ)設(shè)施的運行效率呈負相關(guān)，即數(shù)據(jù)中心設(shè)備運行過程中的能源消耗效率越高，PUE值越低；如果數(shù)據(jù)中心設(shè)備運行過程中的能源消耗效率越低，PUE值就越高。具體公式如下：

2 影響數(shù)據(jù)中心PUE值的因素分析

2.1 數(shù)據(jù)中心制冷設(shè)備能耗

除了IT能耗外，數(shù)據(jù)中心最大能耗就是制冷設(shè)備能耗。在企業(yè)數(shù)據(jù)中心，包括IT設(shè)備、空調(diào)加濕系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)備，其能耗幾乎全部轉(zhuǎn)化為熱能。在上述相關(guān)設(shè)備運行過程中，為了保證企業(yè)數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備的良好運行，需通過制冷設(shè)備產(chǎn)生等量的能量置換上述設(shè)備運行過程中產(chǎn)生的熱能。除此之外，數(shù)據(jù)中心的熱能需空調(diào)系統(tǒng)運行，進行能量置換。因此，數(shù)據(jù)中心制冷設(shè)備的總體能耗取決于室內(nèi)相關(guān)設(shè)備的制冷效率和制冷運行方式。

2.2 數(shù)據(jù)中心供、配電系統(tǒng)能耗

一般而言，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的供電與配電系統(tǒng)能耗由配電線路能耗、UPS能耗和變壓設(shè)備能耗構(gòu)成。比如，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的變壓設(shè)備在實際運行過程中，其中的交變磁力線經(jīng)過鐵芯會產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。當企業(yè)變壓設(shè)備中的負載電流經(jīng)過繞組時，線圈電阻內(nèi)形成的負載損耗和漏磁損耗在金屬外殼結(jié)構(gòu)構(gòu)件中就會形成雜散損耗，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的總體能耗不斷增加。

這些能耗的形成與變壓設(shè)備的運行參數(shù)、變壓設(shè)備的結(jié)構(gòu)容量、相關(guān)物理運行參數(shù)、變壓設(shè)備負載情況、電網(wǎng)諧波、設(shè)備運行環(huán)境溫度等有關(guān)。而數(shù)據(jù)中心的UPS能耗的形成與線路結(jié)構(gòu)形式、相關(guān)轉(zhuǎn)化器件、負載率、散熱風機、控制系統(tǒng)等有關(guān)。傳統(tǒng)的UPS大多通過SCR作為功率轉(zhuǎn)化設(shè)備進行邏輯電路控制。通過研究發(fā)現(xiàn)，當前企業(yè)數(shù)據(jù)中心大多將大功率、高頻率和易于控制的隔離柵雙晶體管IGBT當作功率轉(zhuǎn)化設(shè)備進行數(shù)字智能控制，因此，提高了UPS負載率。而企業(yè)數(shù)據(jù)中心配電線路中的能耗一般與線路截面、輸電線路導(dǎo)電性、輸電線路中的總體運行負荷、諧波等有關(guān)。比如，諧波不僅會導(dǎo)致輸電線路運行時的能耗不斷增加，而且會使企業(yè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的變壓設(shè)備、負載設(shè)備、相關(guān)輸電線路受到嚴重影響。

2.3 數(shù)據(jù)中心輔助系統(tǒng)設(shè)備能耗

企業(yè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的中心照明設(shè)備、新風設(shè)備和支持區(qū)總能耗共同構(gòu)成了輔助能耗。數(shù)據(jù)中心輔助設(shè)備主要包括測試系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、打印系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和維修控制系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)在運行過程中會產(chǎn)生大量能耗，會對企業(yè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部相關(guān)設(shè)備的PUE值產(chǎn)生影響。

3 降低數(shù)據(jù)中心PUE值的方法分析

本文在研究過程中，通過多因素分析法針對導(dǎo)致企業(yè)數(shù)據(jù)中心PUE值變化的相關(guān)影響因素進行了分析。從上述論述過程可以看出，導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心PUE參數(shù)值過高的直接原因是數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的電能損耗量過大。因此，在研究時，本文試圖將數(shù)據(jù)中心劃分為兩大區(qū)域，采用4臺各10匹的精密空調(diào)與3臺各16匹的精密空調(diào)進行制冷。通過“N+1”模式運行制冷，確保數(shù)據(jù)中心兩個不同區(qū)域每日各有一臺精密空調(diào)制冷運行。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，采用上述措施處理后，數(shù)據(jù)中心PUE值有所降低，但數(shù)據(jù)中心出現(xiàn)局部過熱和局部過冷現(xiàn)象；同時，精密空調(diào)制冷設(shè)備的運行故障也不斷增加。

為了重點解決上述問題，有效降低企業(yè)數(shù)據(jù)中心PUE值，本文再次針對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的相關(guān)耗能設(shè)備進行了全面、系統(tǒng)的分析，最終決定采取以下措施進行處理：①用現(xiàn)代虛擬技術(shù)代替數(shù)據(jù)中心室內(nèi)相關(guān)耗能設(shè)備，理論上減少約40臺物理服務(wù)器，從而將其轉(zhuǎn)移到虛擬服務(wù)器中；②對數(shù)據(jù)中心機房中的能耗設(shè)備運行參數(shù)進行調(diào)整，保證設(shè)備散熱均勻，同時科學調(diào)整刀片服務(wù)器與小型機片服務(wù)器等發(fā)熱量較大的設(shè)備；③更換通風率較好的地板，使數(shù)據(jù)中心通風率在原來基礎(chǔ)上提升約15%；④對數(shù)據(jù)中心通風地板位置進行科學調(diào)整，將其調(diào)整到機房內(nèi)發(fā)熱量較大的區(qū)域；⑤安裝防火板，對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的冷風送風通道進行科學引導(dǎo)，從而防止冷氣流失；⑥將隔熱膜黏貼于玻璃前，盡量避免其與數(shù)據(jù)中心外部環(huán)境進行熱交換。

除此之外，還要對數(shù)據(jù)中心內(nèi)部空調(diào)系統(tǒng)的相關(guān)運行參數(shù)進行科學調(diào)整，適當減小數(shù)據(jù)中心內(nèi)部空調(diào)制冷系統(tǒng)中的冷負載。與此同時，對數(shù)據(jù)中心室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)運行模式進行調(diào)整，采用2臺空調(diào)系統(tǒng)間歇性運行，通過對數(shù)據(jù)中心進行分區(qū)，對其調(diào)控操作。

經(jīng)過上述措施處理后，為了分析評估此次整改措施實施的有效性，于2015年對某企業(yè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的相關(guān)數(shù)據(jù)進行了記錄，如表1所示。

總而言之，降低數(shù)據(jù)中心PUE值是企業(yè)數(shù)據(jù)中心節(jié)能的基礎(chǔ)。由于企業(yè)數(shù)據(jù)中心節(jié)能運行管理是一個非常系統(tǒng)、復(fù)雜的工程。因此，需在具體實施過程中，通過技術(shù)及管理方式的不斷優(yōu)化，有效降低企業(yè)數(shù)據(jù)中心的PUE值。實踐證明，上述降低數(shù)據(jù)中心內(nèi)部PUE值的方法可行，可為企業(yè)節(jié)省大量的經(jīng)濟投入，從而保證企業(yè)能夠創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。

4 結(jié)束語

綜上所述，能效管理在企業(yè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部PUE值控制過程中具有重要意義。通過科學管理，能夠使企業(yè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的相關(guān)IT設(shè)備在最優(yōu)環(huán)境與狀態(tài)下進行科學運行，從而有效避免了資源浪費情況的出現(xiàn)。筆者認為，對于一般的中小數(shù)據(jù)中心而言，為了能夠不斷降低數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的PUE值，企業(yè)可放棄自建而采用IDC。由于IDC在運營與規(guī)劃設(shè)計階段綜合考慮了企業(yè)的運行成本及節(jié)能效益，因此可通過完備的基礎(chǔ)設(shè)施和科學的運行管理維護團隊為IDC的高效運行奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]邵正忠.基于PUE的通信機房能效評測方法研究[J].通信電源技術(shù)，2011，28（06）：30-33.

[2]婁潔良.數(shù)據(jù)中心PUE值剖析案例研究[J].通信電源技術(shù)，2012，29（05）：53-55.