摘要:數(shù)據(jù)中心具有能耗密集、能耗高的標簽，因此能耗問題越來越受到人們的關注。目前，隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，降低能耗變得非常重要。為了解決這一高能耗問題，我們應該從能耗的構成入手，分析和闡述數(shù)據(jù)中心能耗的節(jié)能技術和措施，探索有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心運行綠色能耗的方法。

關鍵字：數(shù)據(jù)中心；高能耗；節(jié)能減排；能效指標

引言

  近幾年來，我國經濟發(fā)展迅速，信息化建設不斷加強，在這種情況下，數(shù)據(jù)中心的發(fā)展已經到了一個快速發(fā)展的階段。隨著數(shù)據(jù)中心的快速發(fā)展，高能耗問題尤為突出。所以，研究如何降低數(shù)據(jù)中心的能源消耗具有重要意義。

一數(shù)據(jù)中心的能耗狀況和問題

  數(shù)據(jù)中心有高能耗標簽，是綠色節(jié)能實現(xiàn)的重點。據(jù)統(tǒng)計和記載，目前國內機房運行的電能利用效率基本在2~2.5范圍內，大大超過了標準機房的基準值。這一現(xiàn)象表明，在機房運行過程中，大約60~70%的總能耗使用了空調冷卻等設施(表1)。然而，谷歌公司的數(shù)據(jù)中心機房平均每年的電能利用效率為1.21，美國Hp的新一代數(shù)據(jù)中心體驗中心機房的夏季PUE值可達1~7.6.6。

表1數(shù)據(jù)中心機房標準能耗分配表

圖1現(xiàn)有機房數(shù)據(jù)中心的能耗構成

二數(shù)據(jù)中心耗能設備組成

  (1)數(shù)據(jù)中心機房IT設備種類繁多，主要用于運行數(shù)據(jù)中心使用的應用系統(tǒng)。如表2所示。

表2數(shù)據(jù)中心機房IT設備分類表

  (2)制冷設備：為了控制機房環(huán)境的溫度和濕度，保證設備的正常運轉，如表3所示。

表3數(shù)據(jù)中心機房制冷設備分類表

  (3)供配電系統(tǒng):供配電系統(tǒng)主要為數(shù)據(jù)中心各種設備的正常運行提供電壓和電流，保證使用過程的安全性和可靠性。供配電系統(tǒng)通常由變壓器、配電柜、發(fā)電機、不間斷電源、電池、機柜配電單元等設備組成。

三是影響機房能源效率的主要問題

  (1)機房冷卻效率低，機房的設計和布局會對溫度場和氣流組織產生很大影響，但冷卻資源沒有得到有效利用。圖2顯示了一個機房的熱島效應。為了解決這個問題，大多數(shù)機房實際上是在浪費更多的能源。

圖2機房熱島

  (2)IT設備的電能利用率低，IT設備在完成同等工作量的情況下消耗了太多的電能。此外，服務器的大部分電能消耗在外圍配件上，只有一小部分電能用于計算和處理。

四是節(jié)能分析評估指標模型

1電能利用效率(PUE)

  PUE(電能利用效率)是美國GreenGrid提出的PUE(電能利用效率)（PowerUsageEffectiveness）該參數(shù)如下所示：

  其中，TotalFacilityPower是指數(shù)據(jù)中心的總能耗，ITEquipmentPower是指IT設備在數(shù)據(jù)機房中的能耗。

2局部電能利用效率(PartialPUE，局部電能利用效率)

  另外一個指標，主要是評估和分析機房局部區(qū)域的能耗和效率，即局部PUE。

3制冷負載系數(shù)和供電負載系數(shù)。

  CLFF是這里提到的制冷負載系統(tǒng)的簡稱：它是數(shù)據(jù)中心制冷設備的功耗與IT設備的功耗之比。另一個供電負載系數(shù)簡稱PLFF：它是數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的功耗與IT設備的功耗之比。制冷負載系統(tǒng)和供電負載系數(shù)可以看作是電能利用效率的深化部分。

即PUE=CLF(CoolingLoadFactor)+PLF(PowerLoadFactor)+1（式2）

4RER可再生能源利用率(RenewableEnergyRatio)

  可再生能源利用率在這里提到的（RER）：可再生能源供電與數(shù)據(jù)中心總功耗的比值。這里提到的可再生能源主要包括太陽能、風能、水能、生物能和海洋能源。

五探索5個節(jié)能方向

1數(shù)據(jù)中心建設推薦經濟PUE。

圖表3PUE曲線

  如圖3所示。由于可用性要求和TCO要求較低，國內數(shù)據(jù)中心的電能利用效率較高，推薦的電能利用效率范圍為1.8-1.6。

2數(shù)據(jù)中心節(jié)能三個方向

  (1)為了提高機房的節(jié)能性，使用低能耗主設備是機房節(jié)能措施的關鍵一步，從基礎IT設備的節(jié)能開始。關鍵因素IT設備的能耗占據(jù)了數(shù)據(jù)中心機房能耗的重要位置。

  (2)空調設備節(jié)能

  在節(jié)能方面，選擇空調系統(tǒng)綜合解決方案，對提高數(shù)據(jù)中心機房節(jié)能有很大幫助。

  (3)供電系統(tǒng)節(jié)能

  采用更高效率的供電系統(tǒng)也可以大大提高數(shù)據(jù)中心的節(jié)能效果。

3能耗數(shù)據(jù)分析

  通過對能耗數(shù)據(jù)的分析，提高了主要能耗設備的能耗效率。

  (1)多層次、多維能耗分析

  (2)利用聚類算法進行分析，實現(xiàn)節(jié)能

  (3)分析能耗數(shù)據(jù)，從能耗預測模擬、能耗報警、能耗動態(tài)優(yōu)化三個方面考慮能耗標準模型，建立能耗標準模型。

六安科瑞能耗統(tǒng)計分析(能源管理)解決方案

1概述

  建立高效的能源消耗監(jiān)測管理系統(tǒng)，實時測量建筑各種能源消耗設備的能源消耗數(shù)據(jù)，統(tǒng)計分析采集數(shù)據(jù)。能夠合理確定各地區(qū)建筑能源消耗經濟指標和績效考核指標，發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費，提高人們積極節(jié)能意識。

①　構建數(shù)據(jù)中心智能能源管理系統(tǒng)的基本框架，實時監(jiān)控各用能環(huán)節(jié)；

②　排碳數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)可以實現(xiàn)建筑單位人均能耗分析(包括水、電、能)，實現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化；

③　區(qū)域能效比：實現(xiàn)建筑單位區(qū)域能耗對比，方便能耗評估；

④　同期能效比：實現(xiàn)同年、同期、同區(qū)域能耗對比，便于節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

⑤　能源消耗評估管理：按照能源消耗定額標準約束值、標準值、指導值分析單位面積能源消耗和人均能源消耗指標；

⑥　能源消耗競爭排名：比較各功能區(qū)域的能源消耗，實現(xiàn)能源消耗排名，增強員工的節(jié)能意識；

⑦　綜合分析、統(tǒng)計、打印和查詢能源消耗的使用數(shù)據(jù)，根據(jù)能源消耗監(jiān)測管理系統(tǒng)的需要，可以選擇不同風格的報表打印。為能源消耗運營管理部門提供可靠依據(jù)；

⑧　能源消耗數(shù)據(jù)采集，隨時查詢，根據(jù)采集數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，監(jiān)測異常能源消耗，報警能源智能儀器故障，提高系統(tǒng)信息化和自動化水平。

2平臺部署硬件選擇

七結語

  對數(shù)據(jù)中心相關研究的進展進行了系統(tǒng)的介紹。IT設備和制冷設備的能耗是數(shù)據(jù)中心機房的高能耗設備，也是數(shù)據(jù)中心高能耗的關鍵因素。如何優(yōu)化需要更多的研究。已經進行的和正在進行的探索只是一小部分，還有很多節(jié)能的方法等待研究和探索，為未來實現(xiàn)綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心機房做出了貢獻。

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［6］2022.5版安科瑞企業(yè)微網(wǎng)設計與應用手冊.

作者簡介：涂志燕，目前在安科瑞電氣有限公司工作，主要從事數(shù)據(jù)中心相關產品的研究、開發(fā)和應用。