摘要：“新基建”為數(shù)據(jù)中心的建設(shè)開辟了廣闊的發(fā)展前景。然而，鑒于數(shù)據(jù)中心巨大的能源消耗，政府和業(yè)界對(duì)其給予了高度關(guān)注。一些省份和城市對(duì)新建或改造的數(shù)據(jù)中心設(shè)定了嚴(yán)格的PUE（能源使用效率）標(biāo)準(zhǔn)。因此，如何減少數(shù)據(jù)中心的電力消耗成為了焦點(diǎn)問題。

1 IT設(shè)備能耗的降低

數(shù)據(jù)中心的能耗主要源自IT設(shè)備。這些設(shè)備的直接能耗不僅增加了電費(fèi)成本，而且還需要配備相應(yīng)的電源和冷卻系統(tǒng)，這些系統(tǒng)同樣消耗大量電力，從而進(jìn)一步增加了間接的電費(fèi)開支。因此，所有IT專業(yè)人員都應(yīng)當(dāng)重視并采取措施控制IT設(shè)備的能耗。

長(zhǎng)期以來，控制信息技術(shù)(IT)能耗的方法效果并不理想。例如，IT設(shè)備供應(yīng)商未能提供足夠的信息，導(dǎo)致用戶難以根據(jù)電力消耗做出明智的決策。用戶往往不了解他們其實(shí)擁有多種IT選項(xiàng)，這些選項(xiàng)的能耗也各不相同。然而，情況正在逐步改善，用戶現(xiàn)在能夠從運(yùn)營和規(guī)劃兩個(gè)維度出發(fā)，系統(tǒng)性地減少能耗。

1.1運(yùn)營措施

①淘汰某些IT系統(tǒng)

許多數(shù)據(jù)中心仍運(yùn)行著舊技術(shù)平臺(tái)，主要用于存檔或研究。實(shí)際上，盡管一些應(yīng)用服務(wù)器仍在運(yùn)行，但已無用戶使用。對(duì)這些系統(tǒng)進(jìn)行清點(diǎn)并制定淘汰計(jì)劃是有益的。通常，即使不淘汰系統(tǒng)，也可以將其脫機(jī)關(guān)閉。一種有效的方法是將多個(gè)舊平臺(tái)上的應(yīng)用遷移到新服務(wù)器，大幅減少服務(wù)器數(shù)量。這種遷移不依賴虛擬化，通常能顯著降低能耗。即便未減少空間占用，由于IT設(shè)備密度提高，回收的功率容量也相當(dāng)可觀。

②以高效的方式使用現(xiàn)有系統(tǒng)

如今，絕大多數(shù)新服務(wù)器都配備了電源管理功能，這意味著它們能夠在計(jì)算負(fù)載減少時(shí)降低能耗。這一進(jìn)步在幾年前是難以想象的，當(dāng)時(shí)幾乎所有IT設(shè)備的能耗都是固定不變的，與計(jì)算負(fù)載無關(guān)。用戶應(yīng)該意識(shí)到IT技術(shù)的這一變革，并掌握其IT系統(tǒng)中電源管理功能的運(yùn)行狀態(tài)。在條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)在所有具備電源管理功能的設(shè)備上激活該功能。電源管理功能有助于減少總體電力消耗，但不會(huì)減少功率容量的需求。

③遷移到更節(jié)能的計(jì)算平臺(tái)

遷移到電力效率更高的平臺(tái)有助于降低能耗。數(shù)據(jù)中心常見的“低密度服務(wù)器”雖然體積大，但能耗與現(xiàn)代刀片式服務(wù)器相當(dāng)或更低。逐臺(tái)更換傳統(tǒng)服務(wù)器為刀片式服務(wù)器可能不會(huì)減少總能耗，但能提高服務(wù)器密度。刀片式服務(wù)器的熱量產(chǎn)生面積更集中，可能引起排熱問題。新部署時(shí)，刀片式服務(wù)器相比其他形式可降低約20%能耗，主要因?yàn)槠潆娫葱矢吆凸蚕黹_銷功能。然而，刀片式服務(wù)器的能耗不一定低于舊服務(wù)器。要評(píng)估遷移節(jié)能效果，需比較現(xiàn)有服務(wù)器與刀片式服務(wù)器的能耗和性能。主要OEM廠商提供工具可報(bào)告刀片式服務(wù)器能耗，而傳統(tǒng)服務(wù)器能耗需通過測(cè)量得出。服務(wù)器節(jié)能主要通過應(yīng)用合并和虛擬化實(shí)現(xiàn)。

④液冷服務(wù)器是降低能耗的利器

減少IT設(shè)備發(fā)熱量可降低散熱需求和制冷電力消耗，關(guān)鍵在于降低PUE值。服務(wù)器是主要熱源，占機(jī)房熱負(fù)荷約80%。因此，減少服務(wù)器熱量至關(guān)重要。目前，數(shù)據(jù)中心多用風(fēng)冷技術(shù)，但液冷技術(shù)冷卻效果更佳，能顯著改善高能耗和低性能問題，實(shí)現(xiàn)高密度、低噪音、低溫差和全年自然冷卻。液冷技術(shù)無需昂貴設(shè)備，降低成本，提高能源效率，且環(huán)保。它還能控制運(yùn)營成本，加速投資回報(bào)，尤其對(duì)電力和運(yùn)營成本高的數(shù)據(jù)中心重要。液冷系統(tǒng)節(jié)能效果顯著，能維持服務(wù)器穩(wěn)定工作溫度，而精密空調(diào)需更低溫度。液冷在封閉環(huán)境中效率更高。

1.2規(guī)劃措施

①虛擬化

服務(wù)器虛擬化能夠顯著降低信息技術(shù)部門的電力消耗。通過虛擬化技術(shù)，通常能夠大幅度減少所需部署的服務(wù)器數(shù)量。淘汰一臺(tái)物理服務(wù)器，可以實(shí)現(xiàn)大約200至400瓦的結(jié)構(gòu)性節(jié)能效果，具體節(jié)省量取決于所采用的技術(shù)。這種節(jié)能效益顯然超過了服務(wù)器本身的購置成本。

②標(biāo)準(zhǔn)化

標(biāo)準(zhǔn)化節(jié)能服務(wù)器有效，刀片式服務(wù)器電力效率高但性能和能耗差異大。基于服務(wù)器的應(yīng)用的性能需求難以預(yù)測(cè)，用戶常以增加能耗來確保高性能。虛擬化服務(wù)器可降低能耗，但應(yīng)根據(jù)應(yīng)用需求匹配服務(wù)器性能以實(shí)現(xiàn)節(jié)能。

2降低DCPI設(shè)備能源消耗

降低數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施能耗的方法包括：適度規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)模，選用高效設(shè)備，以及設(shè)計(jì)節(jié)能系統(tǒng)。相較于選擇合適的設(shè)備，適度規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)減少耗電量的影響更大。

2.1適度規(guī)劃規(guī)模

在數(shù)據(jù)中心中，電源和冷卻系統(tǒng)存在與總功率成正比的固定損耗，這些損耗在IT負(fù)載低時(shí)可能超過實(shí)際IT負(fù)載消耗。隨著DCPI系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，固定損耗在電費(fèi)中所占比例增加。選擇合適的供電架構(gòu)如2N或N+1對(duì)節(jié)能至關(guān)重要。適度規(guī)劃可實(shí)現(xiàn)高達(dá)50%的電費(fèi)節(jié)約，這種經(jīng)濟(jì)效益是推動(dòng)數(shù)據(jù)中心向模塊化和可擴(kuò)展解決方案轉(zhuǎn)型的主要因素。

2.2節(jié)能的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)數(shù)據(jù)中心電力消耗影響顯著，即使兩個(gè)數(shù)據(jù)中心使用相同設(shè)備，電費(fèi)也可能大相徑庭。系統(tǒng)設(shè)計(jì)在數(shù)據(jù)中心效率上的作用甚至超過電源和冷卻設(shè)備選擇。以下是一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，這些問題通常會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心效率遠(yuǎn)低于各部件損耗之和。

①配電裝置和/或變壓器在低負(fù)載率狀態(tài)下運(yùn)行；

②冷熱通道的設(shè)計(jì)存在不合理之處；

③空調(diào)的安裝位置不當(dāng)，例如空調(diào)被迫在高壓環(huán)境下長(zhǎng)距離輸送空氣，從而導(dǎo)致電能的過度消耗；

④空調(diào)的回風(fēng)溫度遠(yuǎn)低于IT設(shè)備的排氣溫度，這導(dǎo)致了空調(diào)效率和容量的降低；

⑤冷卻泵通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)流量，這種做法顯著降低了泵的效率。

數(shù)據(jù)中心的能耗常常是必要的兩倍，但通過簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)決策，這些問題可以避免，且成本低或無需額外開支。有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)：

①為確保方案的可靠性，必須經(jīng)過精心設(shè)計(jì)和徹底測(cè)試，以預(yù)防前述問題的發(fā)生。這包括進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算流體力學(xué)建模和全面的試運(yùn)行測(cè)試；

②通過遵循標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)流程，可以構(gòu)建一個(gè)完整的DCPI系統(tǒng)。這涉及預(yù)先設(shè)計(jì)、預(yù)先測(cè)試以及明確規(guī)格的模塊化組件，從而避免前述問題的出現(xiàn)。

鑒于前一種方法成本高昂且變化多端，第二種替代方案已被確定為未來數(shù)據(jù)中心規(guī)劃與建設(shè)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3使用高效的DCPI設(shè)備

盡管相較于IT架構(gòu)、適度規(guī)劃的DCPI或DCPI系統(tǒng)設(shè)計(jì)，DCPI設(shè)備（例如電源和冷卻設(shè)備）對(duì)系統(tǒng)總耗電量的影響相對(duì)較小，但在構(gòu)建節(jié)能高效的數(shù)據(jù)中心過程中，設(shè)備的選擇依舊是一個(gè)關(guān)鍵因素。

在選擇供配電系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)TIA942，數(shù)據(jù)中心的等級(jí)被劃分為四個(gè)級(jí)別，從低到高依次為Tier I、Tier II、Tier III和Tier IV。而在國內(nèi)，依據(jù)GB50174標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)中心的等級(jí)分為C級(jí)、B級(jí)和A級(jí)三個(gè)等級(jí)。為了滿足不同等級(jí)的要求，供配電系統(tǒng)中會(huì)采用不同的配電方式。

在確定數(shù)據(jù)中心的制冷空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，需關(guān)注以下要點(diǎn)：

1）冷熱通道隔離技術(shù)的選擇；

2）實(shí)現(xiàn)冷熱通道的完全隔離；

3）對(duì)比各種冷卻方案，選擇既滿足現(xiàn)場(chǎng)需求又具有節(jié)能效果的方案；

4）采用變頻電機(jī)的空調(diào)系統(tǒng)；

5）盡可能提高冷凍水的溫度。

如表1所示，節(jié)能效果體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是IT設(shè)備能耗的降低，二是DCPI設(shè)備能源消耗的減少。

3安科瑞能耗統(tǒng)計(jì)分析（能源管理）解決方案

3.1概述

構(gòu)建一個(gè)高效的能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)測(cè)量并收集建筑中各類耗能設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。該系統(tǒng)有助于精確設(shè)定各區(qū)域建筑的能耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和績(jī)效考核指標(biāo)，揭示能源使用的模式和浪費(fèi)現(xiàn)象，從而提升人員的節(jié)能意識(shí)。

3.2平臺(tái)部署硬件選型

3.3平臺(tái)功能

① 構(gòu)建數(shù)據(jù)中心智慧能源管理系統(tǒng)的核心架構(gòu)，實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)用能環(huán)節(jié)；

② 實(shí)現(xiàn)碳排放數(shù)據(jù)化：通過系統(tǒng)，可以分析人均能耗（包括水、電、能量），推動(dòng)低碳辦公的數(shù)字化；

③ 區(qū)域能效比：對(duì)比建筑單位內(nèi)不同區(qū)域的能耗，便于進(jìn)行能耗考核；

④ 同期能效比：對(duì)比同年、同期、同一區(qū)域的能耗，便于進(jìn)行節(jié)能數(shù)據(jù)分析；

⑤ 能耗評(píng)估管理：依據(jù)能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)，包括約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、引導(dǎo)值，分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo)；

⑥ 能耗競(jìng)爭(zhēng)排名：對(duì)比不同功能區(qū)的能耗，實(shí)現(xiàn)排名，以增強(qiáng)工作人員的節(jié)能意識(shí)；

⑦ 對(duì)能耗使用數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、統(tǒng)計(jì)、打印和查詢等功能，并根據(jù)能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的需要，選擇不同樣式的報(bào)表進(jìn)行打印，為能耗運(yùn)營管理部門提供可靠的決策依據(jù)；

⑧ 實(shí)時(shí)采集能耗數(shù)據(jù)，便于隨時(shí)查詢，并基于這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測(cè)異常能源用量，對(duì)能源智能儀表故障進(jìn)行報(bào)警，從而提高系統(tǒng)的信息化和自動(dòng)化水平。

4結(jié)束語

電能消耗通常均勻分布在IT負(fù)載和數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施（DCPI）設(shè)備上。任何旨在減少電力消耗的策略，若要具備合理性，都必須將IT/DCPI系統(tǒng)作為一個(gè)整體進(jìn)行綜合考量，以便從中獲得實(shí)際效益。

參考文獻(xiàn)

[1]由一.如何降低數(shù)據(jù)中心電力能耗,2020.11：233

[2]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.5版.

審核編輯 黃宇