『数据中心』降低PUE值4种方法
隨著數據中心的越建越多,規模越來越大,能耗也隨之大幅增加。根據第三方數據顯示,2017年全球數據中心能耗達到4162億千瓦時,相當于全球總用電量的2%。在中國,數據中心能耗高速增長,2016年中國數據中心總耗電量超過1200億千瓦時,該數字超過了三峽大壩2016年全年的總發電量(約1000億千瓦時),且而每年10%以上的能耗增長率給節能減排和數據中心運營成本帶來了巨大挑戰,降低數據中心PUE和建設綠色數據中心成為必然方向。
工信部在2017年4月發布的《關于加強“十三五”信息通信業節能減排工作的指導意見》中指出:“十二五”期間新建大型數據中心的能耗效率(PUE)要普遍低于1.5;到2020年,新建大型、超大型數據中心的能耗效率(PUE)值必須達到1.4 以下。2018年3月,工信部首次公布的《全國數據中心應用發展指引》中稱:全國超大型數據中心平均PUE(平均電能使用效率)為1.50,大型數據中心平均PUE為1.69。而根據“十三五規劃”,到2020年,新建大型云計算數據中心PUE值將不得高于1.4。
PUE,英文Power Usage Effectiveness,國際比較通行的數據中心能耗效率的衡量標準。PUE值是數據中心所有消耗能源與IT負載消耗的能源比。PUE值越接近于1,表示數據中心的綠色化程度越高。
數據中心電力消耗最大的三個方面分別是機房空調、IT設備和UPS電源,能達到數據中心總電力消耗的93%。因此,數據中心的節能問題也要圍繞這三個方面展開,比如機房空調方面,有效的利用外部冷空氣、水等自然冷源就是一個非常經濟的辦法,除此之外,控制好機房熱源的流動;控制到機房的溫度也是非常有效且經濟的辦法。
充分利用自然冷源
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風、水、空氣等自然冷源是大自然的“饋贈”, 對于數據中心來說,這些既環保又省錢,用之不竭的資源可以說是最佳的節能“利器”。由于自然冷源的多種優勢,已經被廣泛應用到數據中心的節能上。比如微軟的海底數據中心、阿里的千島湖數據中心、騰訊的貴陽數據中心都是非常好的利用自然冷源的案例。
作為國內第一個采用湖水作為自然冷源的數據中心——浙江千島湖數據中心,受到國內IT和空調界的高度重視。該工程節能效果十分顯著——2017年7月,當室外氣溫高達40℃時,該數據中心的機械制冷設備也無需開機。但對該工程是否會影響千島湖水質,破壞生態環境有所擔心,事實上該工程在設計過程中己經高度重視這一問題,并采取了相應措施。另外一個采用湖水作為自然冷源的數據中心——湖南東江湖大數據中心一期己開始有用戶入駐,該工程由于取水于湖水下泄10km處,水溫年平均溫度低于13℃,因此可以完全在生態友好的條件下運行。該工程采用了多項節能技術,被國內外IT業界和空調界關注。
千島湖數據中心
選擇高緯度的嚴寒地區
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選址對于數據中心來說非常的重要,不同的選址可能就決定了數據中心的成敗。在節能方面也是如此,越來越多的企業,比如谷歌、蘋果、Facebook開始將新建數據中心選址在高緯度、高海拔的地區,甚至是選址在接近北極的地區。
我國地域廣闊,從北到南,從東到西,跨越了多個氣候區。圖2為《民用建筑設計通則》給出的我國建筑氣候區劃圖。對于某個具體的數據中心,如果采用自然冷卻,除了要了解項目所在地所屬的氣候區,更關鍵的是要掌握當地歷年的氣象參數。
我國建筑氣候區劃圖
水側自然冷卻各省會城市PUE如下圖所示:PUE值最低為哈爾濱市為1.254,海口最高為1.356。中國大陸地區PUE值分布趨勢是,緯度高度地區PUE值低于緯度低地區PUE值,同緯度西部地區PUE值低于同緯度東部地區PUE值。
大陸城市水側自然冷卻PUE排序
利用可再生能源
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太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能等新能源已成為數據中心尋求替代傳統供電模式的首選。在新能源的應用上,創新型的IT公司比傳統的運營商或DC數據中心服務商更加積極。比如美國的蘋果、谷歌,國內的騰訊、阿里等公司走在了傳統數據中心的前列。
風能和太陽能具有間歇性、波動性特點,數據中心通過能源購買協議(PPA)來綠化整個電網。簡單來說,就是數據中心運行方與可再生能源電力供應商簽訂一份長年可再生能源的供能合同,確保可再生能源能夠源源不斷地注入電網,于是接入電網的數據中心就可以間接使用可再生能源。
谷歌與NextTra(售電公司)簽署了第一個20年的PPA協議,給位于Council Bluffs的數據中心購買了114MW的風電。2013年6月,谷歌在瑞典購買了72MW風電,以便給位于芬蘭的數據中心提供可再生能源(北歐五國中除了冰島,挪威、瑞典、丹麥和芬蘭已經實現電網互聯)。谷歌已經是世界上最大的可再生能源購買企業,截至到目前,谷歌已經在全球簽署了20項購買協議,總裝機容量達到2.6GW,預計給可再生能源發電商帶來35億美元的投資。這些分布在世界各地的可再生能源將為谷歌的數據中心提供清潔的電力。
提高人員節能意識
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除了加強全體員工節能減排的意識外,還可以通過一下幾種方法:針對機柜增加盲板;針對機房精密空調進行改造,使其具有天然冷卻功用—選用氟泵節能體系;樹立機房散熱及氣流組織模型;針對機柜設備自動送風元件—ADU;針對機柜進行冷通道封閉;機房增加新風體系;規劃一套機房全體監控體系,幾種節能改造辦法,關于老舊數據中心量體裁衣、發現問題,剖析出最恰當的詳細解決辦法,并經過高智能化的監控和精密化辦理保護,在確保高可用性和高可靠性的前提下,最大化完成數據中心機房能耗的節能優化。?
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總結
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