数据中心能耗现状与节能方向的探索与研究
2019.04
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2~2.5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60~70%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1.6~1.7[1]。
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。
(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[2]。
(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,并保证使用作者简介：胡进贤(1987-),女,硕士,研究方向:数据中心机房、大数据、智慧城市的研究;谷国栋(1974-),男,硕士,院长,研究方向:大数据、智慧城市、云计算、数据机房等。收稿日期：2019-01-14
数据中心能耗现状与节能方向的探索与研究
胡进贤，周起如，谷国栋
（深圳市赛为智能股份有限公司大数据研究院，广东深圳518057）
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，探索了在数据中心运行中有效实现绿色能耗的方法。
关键词:数据中心；高能耗；节能减排；能效指标
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
表2数据中心机房IT 设备分类表
表3数据中心机房制冷设备分类表
1%
24%
30%
45%
制冷设备IT 设备供配电系统照明等其他设备
序号类型
具体设备
1服务器类机架式、刀片式(含机框)或塔式等服务器2存储类磁盘阵列、SAN (Storage Area Network,存储区域网络)
交换机等存储设备,以及磁带库、虚拟带库等备份设备3网络类
交换机、路由器以及防火墙、VPN (Virtual Private Net?work,虚拟专用网络)、负载均衡等各类专用网络设备
4
IT 支撑类主要包括用户运行维护的监控管理等设备
现有机房多数能耗分配状况标准机房能耗分配IT 设备及网络通信设备:30%
IT 设备及网络通信设备:50%
空调的制冷系统: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%
序号类型
具体设备
1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
新风系统类送风、回风风扇、加/除湿设备、风阀等
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数据中心节能方案分析
数据中心节能方案分析 数据中心的能耗问题已越来越成为人们所关注，绿色数据中心的呼声越来越高。由于数据中心涉及的专业很多，研究者往往只从本专业出发，而没有考虑与其他专业的配合问题。随着信息技术的发展，数据中心的节能手段也在不断的更新和提高，目前主要使用的节能手段有以下几个方面。 1.1冷热通道隔离技术 经过多年的实践和理论证明，在一个设计不合理的数据中心内，60%的空调机冷送风由于气流组织的不合理而被浪费了。传统的开放式热通道结构数据中心面临着两大气流管理难题：冷热空气相混合现象和空调冷送风的浪费现象。这两种现象大大降低了空调制冷的效率。其中，冷热空气相混合现象指的是由设备产生的热空气和空调机的冷送风相混合从而提高了设备的进风温度；空调冷送风的浪费现象则指的是从空调机的冷送风并未进入设备,并对设备冷却而直接回流到空调机的现象。冷热空气混合现象也是导致数据中心温度不一致的主要原因，并且这种现象也大大降低了数据中心空调的制冷效率和制冷能力。如何解决这两种现象，其实最简单的方式就是机柜面对面摆放形成冷风通道，背靠背摆放形成热风通道，这样会有效的降低冷热空气混流，减低空调使用效率。如下图所示： 冷热通道完全隔离 隔离冷通道或者隔离热通道哪种方式更好呢？这两种方式都将空调的冷送风和热回风隔离开来，并使空调机回风温度提高以此来提高空调的制冷效率，区别主要是可扩展性，散热管理和工作环境的适宜性。 隔离冷通道的可扩展性主要是受地板下送风和如何将地板下冷风送入多个隔离冷通道的制约。很多人认为只要当空调机的出风量能满足设备的散热风量即可，但是他们忽略了高架地板下冷送风对于多个隔离通道的压力降和空间的限制。相反的隔离热通道则是使用整个数据中心作为冷风区域来解决这个问题，正因为这样扩大冷通道的空间。隔离热通道相比于隔离冷通道有着更多空调冗余性能，多出的热通道空间将会在空调系统出现故障时能多出几分钟的宝贵维修时间。而且随着服务器设备的散热能力的提高，服务器所需的散热风量将会大大的减少。现在很多服务器的热风的出风温度可到达到55℃。隔离冷通道的未被隔离部分空
数据中心节能方案
数据中心的制冷系统节能方案 对于数据中心，制冷系统通常按照其满负载，高室外温度的最恶劣情况进行设计。当数据中心负载较少且室外凉爽时，系统必须降低功率以减少向数据中心供冷。然而，制冷机组的各种装置在这种情况下利用相当不充分并且工作效率极低。为了提高在这种情况下的工作效率，制冷装置经过改进，配置了变频调速驱动、分级控制或者其他功能。但是，仍然非常耗能。于是，工程师开始利用他们的知识与智慧，想法设法降低数据中心电力消耗，由此节能冷却模式应运而生。今天，我们就对数据中心的几种节能冷却模式进行一下总结。 做过数据中心的暖通工程师在听到节能冷却模式的时候，首先想到的应该就是“风侧节能冷却”和“水侧节能冷却”，这两个术语常被用来形容包含节能制冷模式的制冷系统。本期重点讨论风侧节能冷却模式。 1．直接风侧节能冷却模式 当室外空气条件在设定值范围内时，直接风侧节能冷却模式利用风机和百叶从室外经过过滤器抽取冷风直接送入数据中心。百叶和风阀可以控制热风排到室外的风量以及与数据中心送风的混合风量以保持环境设定温度。在与蒸发辅助一起使用时，室外空气在进入数据中心前需要先穿过潮湿的网状介质，在一些干燥地区，蒸发辅助可以使温度降低高达十几摄氏度，充分延长节能冷却模式的可用时间。
需要注意的是，这种类型的节能冷却模式在结合蒸发辅助使用时会增加数据中心的湿度，因为直接送入数据中心的新风会先经过蒸发环节。所以蒸发辅助在干燥气候环境下优势最大。如果是较为潮湿的天气环境，则应结合投资回报率评估是否使用蒸发辅助，因此所额外消耗掉的能源可能会抵消节能冷却模式所节能的能源，得不偿失。另外，此种的节能模式尽管送风已经经过过滤，但是并不能完全消除微粒，比如防止烟雾和化学气体，进入数据中心。 2．间接风侧节能冷却模式 当室外空气条件在设定值范围内时，间接风侧节能冷却模式利用室外空气间接为数据中心制冷。板换热交换器、热轮换热器和热管是三种常见的隔离技术，可隔离室外湿度的影响并防止室外污染物进入IT 空间。在这三种技术中，板换热交换器在数据中心中的应用最为普遍。 基于空气热交换器的间接节能冷却方法使用风机将室外冷风吹到一组板换或盘管上面，冷却穿过板换或盘管的数据中心内的热空气，将数据中心内的空气与室外空气完全隔离。这种类型的节能冷却模式也可以与蒸发辅助结合使用，向板换或盘管的外表面喷水以便进一步降低室外空气的温度，从而冷却数据中心内的热回风。与直接新风节能冷却模式不同，蒸发辅助不会增加IT 空间内的湿度，但需要补充少量新风。
数据中心节能方案分析
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数据中心节能方案分析 数据中心的能耗问题已越来越成为人们所关注，绿色数据中心的呼声越来越高。由于数据中心涉及的专业很多，研究者往往只从本专业出发，而没有考虑与其他专业的配合问题。随着信息技术的发展，数据中心的节能手段也在不断的更新和提高，目前主要使用的节能手段有以下几个方面。 冷热通道隔离技术 经过多年的实践和理论证明，在一个设计不合理的数据中心内，60%的空调机冷送风由于气流组织的不合理而被浪费了。传统的开放式热通道结构数据中心面临着两大气流管理难题：冷热空气相混合现象和空调冷送风的浪费现象。这两种现象大大降低了空调制冷的效率。其中，冷热空气相混合现象指的是由设备产生的热空气和空调机的冷送风相混合从而提高了设备的进风温度；空调冷送风的浪费现象则指的是从空调机的冷送风并未进入设备,并对设备冷却而直接回流到空调机的现象。冷热空气混合现象也是导致数据中心温度不一致的主要原因，并且这种现象也大大降低了数据中心空调的制冷效率和制冷能力。如何解决这两种现象，其实最简单的方式就是机柜面对面摆放形成冷风通道，背靠背摆放形成热风通道，这样会有效的降低冷热空气混流，减低空调使用效率。如下图所示： 冷热通道完全隔离隔离冷通道或者隔离热通道哪种方式更好呢？这两种方式都将空调的冷送风和热回风隔离开来，并使空调机回风温度提高以此来提高空调的制冷效率，区别主要是可扩展性，散热管理和工作环境的适宜性。隔离冷通道的可扩展性主要是受地板下送风和如何将地板下冷风送入多个隔离冷通道的制约。很多人认为只要当空调机的出风量能满足设备的散热风量即可，但是他们忽略了高架地板下冷送风对于多个隔离通道的压力降和空间的限制。相反的隔离热通道则是使用整个数据中心作为冷风区域来解决这个问题，正因为这样扩大冷通道的空间。隔离热通道相比于隔离冷通道有着更多空调冗余性能，多出的热通道空间将会在空调系统出现故障时能多出几分钟的宝贵维修时间。而且随着服务器设备的散热能力的提高，服务器所需的散热风量将会大大的减少。现在很多服务器的热风的出风温度可到达到55℃。隔离冷通道的未被隔离部分空间的温度将会比传统数据中心大大的提高，这将增加了数据中心工作人员的舒适度和减少数据中心其他设备的使用寿命。
数据中心能效研究报告
中国数据中心能效研究 报告
前言 数据中心是我国实现经济转型升级的重要基础设施，提供的巨大 数据处理能力是国家战略资源，是实现智能制造、互联网+、物联网、云计算、大数据等技术和应用的基础保障，同时因其巨大的能源消耗和对环境的影响使绿色数据中心成为中国制造2025 中绿色制造中的重点领域。数据中心在我国未来一段时期内将持续快速发展，同时需进行有效管理实现其低碳绿色可持续发展。 数据中心是提供数据计算、存储、交换等资源的服务和其他应用 服务的电子信息基础设施，具备以下特点和作用： 1）是支撑经济转型的重要电子信息基础设施和服务平台 数据中心是提供大规模数据交换、计算、存储等功能的核心基础设施，是满足大规模数字化、网络化、虚拟化和智能化需求的核心节点，是政务、金融、商务、制造、科研和民生服务等活动开展的重要保障。因此数据中心是我国开展经济转型的关键配套和支撑基础设施和服务平台。 2）是支持科技发展和创新的重要载体 数据中心是提供计算等能力的资源池。智能制造、物联网、云计算、大数据等新兴技术和应用以及科学研究等方面的发展和创新都需要以海量数据处理为基础，需要大量调用计算资源开展。数据中心的
核心任务之一就是承载该方面的需求。 3）是信息安全的关键节点 数据中心作为海量数据集中处理的物理设施和平台，由于其在信息链路中的核心作用必然成为信息安全的关键节点。数据中心的安全除信息安全技术领域外还包括计算机机房的物理环境安全。IT 系统无法规避由于运行环境不能满足要求而导致的功能丧失。 4）是节能重点对象 数据中心耗能巨大，对资源需求多样。根据美国能源局的统计数据中心的年耗电量已经占美国年发电量的 1.5%，据估算我国数据中心的年耗电量占比与美国基本相当，已经达到三峡的年发电量。依据对我国全国范围内7000 多家数据的耗电量的调研，不考虑规模前提下，数据中心单体年均耗电量超过一百万度。数据中心在大量耗电的同时也消耗大量水等其他资源。 在新常态下我国的数据中心领域的发展存在着挑战又有着机遇。从人类社会经济的总体发展历程来看经历了从农耕经济到工业制造经济到技术经济再到信息经济的基本过程。在以德日为代表的技术经济受到美国为代表的信息经济的巨大挑战后，如何加强信息化和工业化的深度融合，使信息经济红利可以反哺回制造业等实体经济，这是我国乃至世界范围内共同面临的课题。我国也明确提出了中国制造
数据中心工程中暖通系统节能措施的分析与研究
数据中心工程中暖通系统节能措施的分析与研究 摘要：随着中国经济的迅速崛起，信息化、网络化的时代快速到来，数据中心 的规模越来越大、服务器的发热密度越来越高，与之伴随的则是能源消耗的陡然 升高。概述了目前数据中心工程设计时主要的暖通系统，逐一分析目前采用较多 的节能措施特点、应用条件等，讨论了一些应用较少或较新的节能措施。 关键词：数据中心；发热密度；节能措施 一、引言 随着中国经济的迅速崛起，信息化、网络化的时代快速到来，作为信息化的 基础设施，数据中心的规模越来越大、且服务器的发热密度越来越高，与之伴随 的则是能源消耗的陡然升高，节能变得刻不容缓，从IT设备自身对周围环境的要 求出发，制定一个系统的、有针对性的、安全的、节能的暖通空调系统方案成为 暖通专业设计人员的主要目标。在2006年以前，单个数据中心的规模还很小， 大多数均在2000m2以下，且单机柜发热密度也很小，采用的冷却方式一般为直 膨式的机房专用精密空调，其特点是控制精度高，在寒冷地区能全年运行，使用 寿命较一般舒适型空调长，但价格昂贵。2006年后，数据中心的规模越来越大，单个数据中心的面积达到上万平方米，如果还按照机房专用精密空调作为冷却方式，评价其节能效果的重要指标PUE(Power Usage Effectiveness)至少在2.0以上。 所以，这种冷却方式在规模较大的数据中心中会使得整个运行过程的电费大 幅升高。针对这种情况，目前的普遍做法是用冷冻水系统代替直膨式精密空调， 以冷冻水系统(一次泵或二次泵均可)作为基础，针对不同的气候参数、可利用场地、平面布局等条件又细分为多种形式，例如冷源可以是风冷冷水机组，也可以 是水冷冷水机组；空调末端可以是精密空调也可以采用组合式空调，且组合式空 调还可以采用热回收式机组等。本文主要从节能的角度出发，重点阐述可行的节 能措施，针对具体工程，可根据实际情况选取合理的节能措施形成一个完整的、 有针对性的空调系统。 二、数据中心机房环境要求 数据中心主要是给服务器、存储等设备提供一定的运行环境，服务器等设备 均是处于全年不间断运行中，对于运行环境要求非常，涉及温度、湿度和空气洁 净度。一般机房机柜区域或冷通道温度设置在24℃左右，湿度40%到65%，空气 洁净度要求每立方空气中大于或等于0.5μm的悬浮粒子数少于1760000粒，如果 空气中存在的硫化物、氮氧化物以及腐蚀性气体也会对于服务器等设备产生非常 大的伤害。 相关统计数据显示，数据中心每年每平方英尺能源成本是普通办公室的十倍，其中暖通系统能耗最大，可见暖通系统能耗的严重性。导致数据中心暖通系统能 耗高的因素有很多。首先，从新风处理角度来看。一些数据中心建设中，忽视了 对自然因素的利用，不能新风处理能耗大，且处理效果不理想，导致新风处理过 程中能耗问题突出。此外，一些数据中心规模扩大、设备增多，却没有合组织气流，结果造成冷风与服务器的热风混在一起，严重制约了暖通系统功能发挥，导 致能耗严重，更给设备运行造成了不利影响。另一方面，一些数据中心缺乏相应 管理制度，没有设置隔离门，造成数据中心与外界空气环境交换过于频繁，导致 数据中心内部湿度、温度与实际需求偏差较大，就会加大暖通系统整体能耗，更
数据中心机房节能简析
数据中心机房节能简析 贾骏 吕捷 王众彪 工业和信息化部电信研究院 邮电工业产品质量监督检验中心 摘要：本文阐述了数据中心机房的主要能耗分布情况，并从数据设备、电源系统、空调系统、机房气流组织几个方面介绍了机房降耗的主要方式。 关键词：数据中心 UPS 气流组织 1、数据中心机房概述 数据中心是为集中式收集、存储、处理和发送数据的设备提供运行维护的设施以及相关的服务体系。数据中心提供的主要业务包括主机托管、资源出租、系统维护、管理服务，以及其他支撑、运行服务等。 本文所提到的数据中心机房，是指承载数据中心业务的基础设施，一般由核心业务机房、UPS机房、电池室、空调机房、柴油发电机房等构成。 我国数据中心市场发展迅速，根据赛迪顾问年度报告，2010年中国IDC市场规模达到102.2亿元。我国2005年以来数据中心市场发展的趋势如图1所示。 图1 我国IDC市场发展趋势 2、数据中心机房能耗分布 2010年我国数据中心资源投入占总投入将近30%，维护成本占总投入近15%。[1]2010年我国数据中心运营成本分布如图2所示。
图2 2010年中国IDC公司最高运营成本分析 数据中心机房能耗主要分为服务器/网络设备能耗、制冷能耗、供电系统能耗、照明和其他能耗。根据EYP Mission Critical Facilities所提供的数据，50%的数据中心用电量是被服务器/网络设备所消耗。制冷系统是数据中心内第二大能耗系统，其耗电量占数据中心总耗电量的37%。供电系统占10%，照明和其他占3%。[2] 3、数据设备降耗 数据设备是承载数据中心的业务核心设备，同时也是耗电量所占比例最大的设备。根据亚马逊JamesHamilton的研究，数据中心服务器硬件所消耗的电力的费用约占57%。针对不同规模的数据中心，该费用比例是不同的。2010年我国数据中心规模分布如图3所示。 图3 2010年中国IDC公司的机房服务器数量 服务器是数据中心最为常见的设备。使用高效低能耗的服务器是数据设备降耗的关键所在。Standard Performance Evaluation Corporation(SPEC) 是一个全球性的、权威的第三方应用性能测试组织，它制定了一系列的规范来评定服务器应用性能。可以根据SPEC的测试值评定服务器的效能/能耗，以此作为选购服务器的参考。另一个评定标准是能源之星的服务器标准，符合能源之星标准的服务器要比旧式服务器多出30%的能源效率。 对于网络设备，可以使用TEEER值以及ECR/EER性能能耗比评估法进行节能分析。 4、电源系统降耗
数据中心能耗分析范文
数据中心能耗实例分析 前言：本文着重分析了影响数据中心能耗的因素，从数据中心的空调、UPS、运维等方面对其能耗进行了综合分析。本文认为影响数据中心能耗的关键因素是空调系统，并以2个数据中心的空调系统为例，结合作者在数据中心建设和运维中的经验，提出了数据中心节能的建议。 一、数据中心节能的必要性 近年国内大型数据中心的建设呈现快速增长的趋势，金融、通信、石化、电力等大型国企、政府机构纷纷建设自己的数据中心及灾备中心。随着物联网、云计算及移动互联概念的推出，大批资金投资到商业IDC的建设中。数据中心对电力供应产生了巨大的影响，已经成为一个高耗能的产业。在北京数据中心较集中的几个地区，其电力供应都出现饱和的问题，已无法再支撑新的数据中心。目前某些数据中心移至西北等煤炭基地，利用当地电力供应充足、电价低的优势也不失为一个明智的选择。 随着数据中心的不断变大，绿色节能数据中心已经由概念走向实际。越来越多的数据中心在建设时将PUE值列为一个关键指标，追求更低的PUE值，建设绿色节能数据中心已经成为业内共识。例如，微软公司建在都柏林的数据中心其PUE值为1.25。据最新报道Google公司现在已经有部分数据中心的PUE降低到1.11。而我们国内的PUE平均值基本在1.8~2.0，中小规模机房的PUE值更高，大都在2.5以上。我们在数据中心绿色节能设计方面与国外还存在很大差距，其设计思想及理念非常值得我们借鉴。 根据对国内数据中心的调查统计，对于未采用显著节能措施的数据中心，面积为1000平方米的机房，其每年的用电量基本都在500多万kWH左右。因此对于新建的大型数据中心，节能的必要性十分重要。 从各大数据中心对电力的需求来看，数据中心已经成为重要的高耗能产业而非“无烟工业”，建设绿色、节能的数据中心急需从概念走向实际。 二、影响数据中心能耗的因素 数据中心的能耗问题涉及到多个方面，主要因素当然是空调制冷系统，但UPS、机房装修、照明等因素同样影响着数据中心的能耗，甚至变压器、母线等选型也影响着能耗。例如，对UPS而言，根据IT设备的实际负荷选择合理的UPS 容量，避免因UPS效率过低而产生较大的自身损耗。同时，选择更加节能的高频UPS、优化UPS拓扑结构都可起到节能的效果。 1、UPS对数据中心能耗的影响 UPS主机的自身损耗是影响数据中心能耗的一项重要因素。提高UPS的工作
(完整版)数据机房专用空调能耗评估与分析
数据中心能耗指标 1. PUE PUE ( Power Usage Effectiveness，电能利用效率)是国内外数据中心普遍接受和采用的一 种衡量数据中心基础设施能效的综合指标，其计算公式为： PUE = P Total / P IT 其中，P Total 为数据中心总耗电，P IT 为数据中心中IT 设备耗电。 PUE 的实际含义，指的是计算在提供给数据中心的总电能中，有多少电能是真正应用到 IT 设备上。数据中心机房的PUE 值越大，则表示制冷和供电等数据中心配套基础设施所消耗的电能越大。2. pPUE pPUE(Partial Power Usage Effectiveness,局部PUE)是数据中心PUE概念的延伸，用于对数据中心的局部区域或设备的能效进行评估和分析。在采用pPUE 指标进行数据中心能效评测时,首先根据需要从数据中心中划分出不同的分区。其计算公式为： pPUE1= (N1+I1) / I1 其中, N1+I1 为1 区的总能耗, I1 为1 区的IT 设备能耗。 局部PUE 用于反映数据中心的部分设备或区域的能效情况,其数值可能大于或小于整体 PUE,要提高整个数据中心的能源效率，一般要首先提升pPUE值较大的部分区域的能效。 3. CLF/PLF CLF( Cooling Load Factor)称为制冷负载系数，PLF( Power Load Factor)称为供电负载系数)。CLF 定义为数据中心中制冷设备耗电与IT 设备耗电的比值；PLF 定义为数据中心中供配电系统耗电与IT 设备耗电的比值。 CLF 和PLF 是PUE 的补充和深化,通过分别计算这两个指标,可以进一步深入分析制冷系统和供配电系统的能源效率。 4. RER RER( Renewable Energy Ratio，可再生能源利用率)是用于衡量数据中心利用可再生能源的情况,以促进太阳能、风能、水能等可再生,无碳排放或极少碳排放的能源利用的指标。 一般情况下, RER 是指在自然界中可以循环再生的能源, 主要包括太阳能、风能、水能、生物质能、地热能和海洋能等。 专用空调系统能耗评估与分析 冷源的效率 能耗分析：
数据中心节能方案分析
数据中心节能方案 分析
数据中心节能方案分析 数据中心的能耗问题已越来越成为人们所关注，绿色数据中心的呼声越来越高。由于数据中心涉及的专业很多，研究者往往只从本专业出发，而没有考虑与其它专业的配合问题。随着信息技术的发展，数据中心的节能手段也在不断的更新和提高，当前主要使用的节能手段有以下几个方面。 1.1冷热通道隔离技术 经过多年的实践和理论证明，在一个设计不合理的数据中心内，60%的空调机冷送风由于气流组织的不合理而被浪费了。传统的开放式热通道结构数据中心面临着两大气流管理难题：冷热空气相混合现象和空调冷送风的浪费现象。这两种现象大大降低了空调制冷的效率。其中，冷热空气相混合现象指的是由设备产生的热空气和空调机的冷送风相混合从而提高了设备的进风温度；空调冷送风的浪费现象则指的是从空调机的冷送风并未进入设备,并对设备冷却而直接回流到空调机的现象。冷热空气混合现象也是导致数据中心温度不一致的主要原因，而且这种现象也大大降低了数据中心空调的制冷效率和制冷能力。如何解决这两种现象，其实最简单的方式就是机柜面对面摆放形成冷风通道，背靠背摆
放形成热风通道，这样会有效的降低冷热空气混流，减低空调使用效率。如下图所示： 冷热通道完全隔离 隔离冷通道或者隔离热通道哪种方式更好呢？这两种方式都将空调的冷送风和热回风隔离开来，并使空调机回风温度提高以此来提高空调的制冷效率，区别主要是可扩展性，散热管理和工作环境的适宜性。 隔离冷通道的可扩展性主要是受地板下送风和如何将地板下冷风送入多个隔离冷通道的制约。很多人认为只要当空调机的出风量能满足设备的散热风量即可，可是她们忽略了高架地板下冷送风对于多个隔离通道的压力降和空间的限制。相反的隔离热通道则是使用整个数据中心作为冷风区域来解决这个问题，正因为这样扩大冷通道的空间。隔离热通道相比于隔离冷通道有着更多空调冗余性能，多出的热通道空间将会在空调系统出现故障时能多出几分钟的宝贵维修时间。而且随着服务器设备的散热能力的提高，服务器所需的散热风量将会大大的减少。现在很多服务器的热风的出风温度可到达到55℃。隔离冷通道的未被隔离部分空间的温度将会比传统数据中心大大的提高，这将增加了数据中心工
基于绿色数据中心节能建设分析
基于绿色数据中心节能建设分析 发表时间：2016-11-09T15:21:54.870Z 来源：《基层建设》2016年16期作者：刘宝新 [导读] 摘要：绿色数据中心是指运用虚拟化、云计算、节能等新技术，实现最大化的能源效率和最小化的环境影响，满足数据中心安全标准，并具有自我管理能力的智能数据中心。绿色数据中心应具备可视、可控、可管理的特征，能实现数据中心故障的快速恢复和数据动态迁移。同时，智能化技术的应用减少了人工干预，避免了人为误操作，提高了系统的安全性和可靠性。本文针对绿色数据中心节能建设进行了探析。 北京国信网通科技有限公司北京市 100085 摘要：绿色数据中心是指运用虚拟化、云计算、节能等新技术，实现最大化的能源效率和最小化的环境影响，满足数据中心安全标准，并具有自我管理能力的智能数据中心。绿色数据中心应具备可视、可控、可管理的特征，能实现数据中心故障的快速恢复和数据动态迁移。同时，智能化技术的应用减少了人工干预，避免了人为误操作，提高了系统的安全性和可靠性。本文针对绿色数据中心节能建设进行了探析。 关键词：绿色；数据中心；节能建设 1绿色数据中心节能指标分析 目前，衡量数据中心是否绿色的主要量化指标是采用绿色网格组织(GreenGrid)制定的能效比指标，又称为PUE(PowerUsageEfficiency)。 PUE=[TotalFacilityοfPower(设备总能耗)ITEquipmentPower(IT设备总能耗)×100%]=1+[空调能耗IT设备能耗]+[通风能耗IT设备能耗]+[配电能耗IT设备能耗]+[UPS能耗IT设备能耗]+[照明能耗IT设备能耗]+…… PUE反映了数据中心总能耗和计算、存储、网络等IT设备能耗的比值。PUE值大于1，其数值越小，说明能源利用率越高。目前，国外先进的数据中心的PUE值能达到1.5～1.8，而我国的数据中心的PUE值为2～3，说明仅有33%～50%的电能用在了IT设备运行上，50%～66%的电能消耗在空调、配电等设备上。 2建设绿色数据中心应遵循的原则 2.1突出绿色环保，科学拟制方案：绿色数据中心建设要结合数据存储使用需求，根据信息采集、传输、处理和分发的具体使用需求，以及IT设备的具体特点，围绕绿色环保对数据中心的供电方式、UPS电源容量、制冷方式、照明、风路、水路、电路、管网、主要IT设备的选型等方面进行综合考虑，进行统一规划设计，并逐项细化，寻求最高效益。 2.2突出节能高效，合理配置资源：首先要突出保障重点。根据实际和存放数据的重要程度，可将数据中心划分为高密区、中密区和低密区，重点对高密区的电源、通风、制冷设备采取多种技术措施，制订多种配置应用方案。其次要便于系统扩容。根据信息化建设的发展特点，基础设施需求会呈现非线性爆炸性增长趋势，所以在数据中心的规划建设中，要充分考虑选址合理、系统容量易于扩展。 2.3突出稳定可靠，提高重组能力：不能稳定可靠运行的数据中心是无用的数据中心，因此设计数据中心一定要在提高其重组再生能力方面下功夫。硬件设施方面，在电源引接上，要有两个以上不同方向的路由线路；在UPS配置上，要采取多组互联方式，保证每个PDU单元、每个机柜的接电排、每个设备的电源输入端子上，都有两路以上独立UPS电源引接；在风机、制冷及配线上要进行N+1备份，对重要的保障区域要实现1+1备份。软件配置方面，运用云计算及虚拟化技术，将故障的网络、计算、存储等设备的应用随时自动平滑迁移到其他网络、计算、存储设备上，保证业务的不间断运行，提高系统重组能力。 2.4突出安全智能，提高管控水平：在外围监控上，要设立安全隔离区，建立由电子围栏、红外探测、夜视监控、自动报警、门禁系统等组织的综合外围监控系统，以提高安保等级。在区域设置上，区分维护区、设备区、控制区，将数据中心规划为不同的安全防护等级，采取多种身份认证措施和不同的防护手段，对核心控制区要设置以生物特征识别为基础的身份认证系统，严格人员进出管理；对核心设备区要设置气体消防，保证设备安全。在防电磁泄露上，对电源线、信号线等要采用屏蔽电缆，避雷装置和电缆屏蔽层应接地，对核心设备区要加装电磁屏蔽设施，保证设备安全可靠；在智能管理上，对数据中心的周边安全、内部温(湿)度等环境参数，对风、机、电、水相关配套系统运行指标，对计算、存储、网络设备负载运行状态，要能做到实时感知、直观呈现、智能处理，提高运维管理效率。 3建设绿色数据中心应关注的问题 3.1减少IT设备能耗：根据能耗结构和能耗路径图，IT设备每减少能耗1W，数据中心将整体减少能耗2.84W。在保证效率的前提下，降低IT设备的能耗是一个最有效的方法。从实现技术上看，主要有两种方法：一是采用高效低耗的核心部件。受加工工艺和技术水平的影响，不同供应商提供的CPU等核心处理器在能耗上存在20%～40%的差异，要尽量采用节能产品。二是采用工作效率较高的新型服务器，如用刀片式服务器取代机架式或塔式服务器，设备可节能20%～30%。 3.2采用虚拟化技术：采用虚拟化技术对现有服务器、存储设备进行整合，在不增加硬件投入成本的情况下，将所有的服务器、存储设备虚拟成一个公用的资源池，统一灵活调配，提供服务，在提高性能的同时减少物理服务器、存储设备的数量，减少电力、制冷和场地成本。在服务器方面，传统服务器平均CPU利用率一般为7%～15%，经虚拟化整合后，CPU利用率能提高到60%～70%，还能实现虚拟服务自动迁移、数据存储整体读写速率、系统鲁棒性和高可用性的提高。 4.3提高制冷效率：机房空调对数据中心的安全稳定运行起保障作用，空调耗电量在数据中心的总耗能中约占50％，已经超过了IT设备本身的耗电成本。提高制冷效率，主要从两个方面入手：①使用精密空调替代普通空调。同功率的普通空调和精密空调产生同样的制冷量，前者耗电量是后者的两倍。②规划好机房内冷热气流通道，避免交叉。传统的机房空调直接对机柜吹风或采用下送风方式，送(回)风路径不合理，应采用冷热气流通道隔离技术，科学设计机房各要素布局，缩短冷气流的运行距离，实现精确定点的冷能量投送，以减小能量消耗，提高空调制冷效率。 3.4减少供电模式转换：交流直流转换过程中的热损耗是数据中心隐性耗电的“大户”，能耗高达20%～30%。在传统供电方式下，为UPS 充电，要将外部交流电源转换为直流为电池充电；使用UPS电源时，要将UPS电池直流转换为交流，为IT设备电源模块供电；IT设备工作时，由于CPU等耗电设备是直流供电，IT设备电源模块要将外部交流转换为直流。在条件允许的情况下，尽量使用直流供电的服务器，通过直流电源供电方式，减少交流和直流电源逆变的次数，以提高电能应用效率。 3.5加强运维管理：通过精确智能的运维管理工具，实时监控和分析各种IT设备负载情况，及时发现、处理、维修、停用异常的IT设
数据中心能耗分析
数据中心能耗分析 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
数据中心能耗实例分析前言：本文着重分析了影响数据中心能耗的因素，从数据中心的空调、UPS、运维等方面对其能耗进行了综合分析。本文认为影响数据中心能耗的关键因素是空调系统，并以2个数据中心的空调系统为例，结合作者在数据中心建设和运维中的经验，提出了数据中心节能的建议。 一、数据中心节能的必要性 近年国内大型数据中心的建设呈现快速增长的趋势，金融、通信、石化、电力等大型国企、政府机构纷纷建设自己的数据中心及灾备中心。随着物联网、云计算及移动互联概念的推出，大批资金投资到商业IDC的建设中。数据中心对电力供应产生了巨大的影响，已经成为一个高耗能的产业。在北京数据中心较集中的几个地区，其电力供应都出现饱和的问题，已无法再支撑新的数据中心。目前某些数据中心移至西北等煤炭基地，利用当地电力供应充足、电价低的优势也不失为一个明智的选择。 随着数据中心的不断变大，绿色节能数据中心已经由概念走向实际。越来越多的数据中心在建设时将PUE值列为一个关键指标，追求更低的PUE值，建设绿色节能数据中心已经成为业内共识。例如，微软公司建在都柏林的数据中心其PUE值为。据最新报道Google公司现在已经有部分数据中心的PUE降低到。而我们国内的PUE平均值基本在~，中小规模机房的PUE值更高，大都在以上。我们在数据中心绿色节能设计方面与国外还存在很大差距，其设计思想及理念非常值得我们借鉴。
根据对国内数据中心的调查统计，对于未采用显着节能措施的数据中心，面积为1000平方米的机房，其每年的用电量基本都在500多万kWH左右。因此对于新建的大型数据中心，节能的必要性十分重要。 从各大数据中心对电力的需求来看，数据中心已经成为重要的高耗能产业而非“无烟工业”，建设绿色、节能的数据中心急需从概念走向实际。 二、影响数据中心能耗的因素 数据中心的能耗问题涉及到多个方面，主要因素当然是空调制冷系统，但UPS、机房装修、照明等因素同样影响着数据中心的能耗，甚至变压器、母线等选型也影响着能耗。例如，对UPS而言，根据IT设备的实际负荷选择合理的UPS 容量，避免因UPS效率过低而产生较大的自身损耗。同时，选择更加节能的高频UPS、优化UPS拓扑结构都可起到节能的效果。 1、UPS对数据中心能耗的影响 UPS主机的自身损耗是影响数据中心能耗的一项重要因素。提高UPS的工作效率,可以为数据中心节省一大笔电费。下图为某大型UPS主机的效率曲线。从该曲线中可以看出，当UPS负荷超过30%时UPS的效率才接近90%。很多数据中心在投运初期IT负荷较少，在相当长的时间内负荷不足20%。在此情况下UPS的效率仅仅为80%左右，UPS的损耗非常大。因此，在UPS配置中尽量选择多机并联模式，避免大容量UPS单机运行模式。例如，可以用两台300kVA UPS并联运行的模式代替一台600kVA UPS单机运行模式。其优点在于IT负荷较少时只将一台300kVA UPS投入运行，另一台UPS不工作，待IT负荷增加后再投入运行。这种UPS配置方案及运行模式可以提高UPS效率，降低机房能耗。 2、供配电系统对数据中心能耗的影响
数据中心能耗现状与节能方向的探索与研究
2019.04 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2~2.5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60~70%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1.6~1.7[1]。 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。 (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[2]。 (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,并保证使用作者简介：胡进贤(1987-),女,硕士,研究方向:数据中心机房、大数据、智慧城市的研究;谷国栋(1974-),男,硕士,院长,研究方向:大数据、智慧城市、云计算、数据机房等。收稿日期：2019-01-14 数据中心能耗现状与节能方向的探索与研究 胡进贤，周起如，谷国栋 （深圳市赛为智能股份有限公司大数据研究院，广东深圳518057） 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，探索了在数据中心运行中有效实现绿色能耗的方法。 关键词:数据中心；高能耗；节能减排；能效指标 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 表2数据中心机房IT 设备分类表 表3数据中心机房制冷设备分类表 1% 24% 30% 45% 制冷设备IT 设备供配电系统照明等其他设备 序号类型 具体设备 1服务器类机架式、刀片式(含机框)或塔式等服务器2存储类磁盘阵列、SAN (Storage Area Network,存储区域网络) 交换机等存储设备,以及磁带库、虚拟带库等备份设备3网络类 交换机、路由器以及防火墙、VPN (Virtual Private Net?work,虚拟专用网络)、负载均衡等各类专用网络设备 4 IT 支撑类主要包括用户运行维护的监控管理等设备 现有机房多数能耗分配状况标准机房能耗分配IT 设备及网络通信设备:30% IT 设备及网络通信设备:50% 空调的制冷系统: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% 序号类型 具体设备 1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 新风系统类送风、回风风扇、加/除湿设备、风阀等 93
浅析数据中心空调节能技术
浅析数据中心空调节能技术 发表时间：2019-11-26T14:28:17.667Z 来源：《中国西部科技》2019年第24期作者：谢灯钢[导读] 随着经济和信息技术的快速发展，介绍了数据中心运行环境及空调系统的特点，分别从利用自然冷源、优化气流组织、采用新型末端、采用变频设备、智能化群控管理五个方面对数据中心空调节能进行分析，为实现绿色数据中心空调系统节能提供一定的参考和建议。 引言 随着电子信息技术的飞速发展，数据中心单机柜功率密度越来越高，从3kW、4kW、6kW，甚至发展到10kW以上，还可能更高，耗电巨大，发热量更加集中，机房局部过热现象增多，机房内单位面积空调冷负荷急剧增加，由此引来的主设备运行故障和能耗逐年上升，甚至成为了制约通信业务发展的一大瓶颈。目前国内调查数据显示：IT设备能耗约占总能耗的50%，空调能耗约占40%，供电能耗约占 10%。所以空调系统的节能是数据中心的节能核心，是降低数据中心能耗的重要途径，是数据中心节能最大潜力所在。 1绿色节能设计在数据中心规划中的应用概述 1.1绿色节能设计在数据中心规划中应用的目标 如何在确保数据中心中的数据高度安全和高度可靠的前提下，最大限度地减少数据中心建设和运行低效和无效投入，打造高效、安全、节能的数据中心，是绿色节能设计在数据中心规划中应用的主要目标。而为了保证这一目标的有效实现，就需要采用虚拟化的技术来对服务器的架构进行优化，在增加服务器运行效率的基础上，减少数据中心服务器的数量，降低数据中心的设备、系统能耗，使整个数据中心的系统的运行、维护和管理变得更加节能、高效。当然，除了对服务器进行设计规划以外，还要遵循模块化的设计理念，对机房空间、电源设备、制冷系统等进行绿色节能的规划考虑，使整个数据中心的绿色节能效益达到最大化。 1.2绿色节能设计在数据中心规划中应用的原则 绿色节能设计在数据中心规划中的应用是一项技术性、过程性和长期性的内容，除了要准确把握应用的目标以外，还要注重应用原则的遵循，以确保数据中心规划的科学性。 2数据中心环境条件 数据中心中IT设备均是处于全年不间断运行中，对于运行环境（温度、湿度和空气洁净度）要求非常严格。一般数据中心内温度保持在24℃左右，湿度控制在40%-60%范围内，洁净度等级要求比较高，《数据中心设计规范》GB50174－2017规定，A级和B级主机房的含尘浓度，在静态条件下测试，每升空气大于或者等于0.5μm的尘埃数应少于18000粒。 3数据中心空调的特点 数据中心空调不同于常规的舒适性空调，主要有以下几个特点：（1）热负荷强度高，设备散热量大，散湿量小。（2）显热比高。（3）大风量，小焓差。（4）恒温恒湿控制。（5）全年供冷运行。（6）可靠性高。 4数据中心的ＲAS指标 数据中心近年来在我国的发展和建设相当迅速，全国各地建成的不同规模和不同等级的数据机房也不计其数。数据中心的建设对于ＲAS要求非常高———可靠性(Ｒeliability)、可用性(Availability)和可服务性(Serviceability)。由于IT设备空调制冷系统造成的宕机，会引起服务的局部瘫痪和中断。国外某调研机构曾有一组数字说明不同行业关键业务中断带来的金钱损失:大型数据中心的服务器宕机1min，平均会使运输业损失15万美元，银行业损失27万美元，通信业损失35万美元，制造业损失42万美元，证券业损失45万美元……这直接从经济效益的角度解释了稳定性和可靠性对数据中心多么的重要。数据中心为了达到ＲAS的高标准，配备的很多设备和线路(包括空调系统)都设计有冗余，而这不仅带来投资、占地的加大，也造成了技术实施、运行管理的复杂性。 5数据中心的能效指标 5.1能耗分析 目前，数据中心能耗考察指标PUE的概念已深入人心，但是如何根据项目本身特点，有效降低PUE，不同的数据中心项目的建设措施却是各有千秋。众所周知，数据中心PUE降低的关键在于空调能耗的降低，而如何经济有效地降低其能耗，研究和推广数据中心的绿色空调技术就显得十分重要。数据中心空调的特点:由于数据中心的发热量很大，且要求在特定一个允许的温湿度范围内长期连续运行，因此能适合其使用的空调系统要求可靠性高(一般设计都有N+1或N+2的冗余备机)、制冷量大、小温差和大风量。一般说来，大型数据中心的IT负荷从开始到满载也需要较长的时间(可能好几年)。由于受到室外全年气温变化的影响，以及IT负载的能耗和网络访问量或运行状态相关。比如，游戏服务器在早上的负载和能耗都比较低，但在晚上就比较高;视频服务器在遇到重大事件时的负载和能耗就比较高。数据中心虚拟化的发展，使得数据中心IT设备在不同时间和不同空间上的运行发热量都是变化的，因此数据中心的空调设计和运营，必须与之相适应。 5.2空调冷源系统形式 数据中心的常规空调冷源系统形式主要有:(1)风冷型机房空调。较适用于中、小型数据中心，以及严寒或寒冷地区或者缺水地区。(2)水冷型机房空调。较适用于非严寒或寒冷地区的大、中型数据中心，但不大适合缺水地区。(3)风冷/水冷的双冷源型精密空调。结合了水冷制冷效率高以及风冷无需担心结冻的风险，增强了地域的适应性，但也相应增加了设备投资及运行费用。(4)下送风上回风的IT机房空调气流组织形式;精密空调常规的送风方式有多种，典型的气流组织包括“下送风上回风”和“上送风下回风”。下送风上回风的方式有几方面明显的优势:下送风方式，可将强、弱电线缆在机架上方分层铺设，地板下不走线，仅作通风用途，既保障了机房防火的安全，又保障了冷风远程传送的顺畅;上送风下回风的气流组织不适用于高发热量IDC，相比之下制冷效率较低下。(5)水冷机房空调主机结合开放式冷却塔与板式换热器在过渡季节及冬季供冷。(6)闭式冷却塔供冷(严寒、寒冷地区循环接至采用防冻液)的机房空调系统。后面两种实际是较常见的，利用“水侧免费制冷”的一种方式(冷源系统仅循环水泵耗电)。当室外空气湿球温度在4℃以下时可以满足完全自然冷却(此时无需额外启动制冷设备高耗能的压缩机)，在湿球温度4-10℃之间可是实现部分自然冷却。在北京，一年内平均有5个月左右可以实现完全自然冷却，有2个月左右可以实现部分自然冷却，节能效果会非常明显的。 结语 绿色节能设计应用到数据中心规划之中既是现代化数据中心建设中的一项基本要求，也是数据中心数据处理能力科学化发挥的前提和基础。在当前注重成本与效益相匹配的数据中心规划理念的影响下，除了要考虑实际的需要以外，还要从成本节约的方面入手探索更加绿色节能的设计措施，以优化数据中心的规划建设。
世界500强数据中心机房节能方案
微软(上海) 数据中心机房节能解决方案 ?全球唯一基于I D C绿色节能的物联网应用平台 ?2+8（2项成果，8大核心技术突破） ?已获8项技术专利、10项软件著作权 ?制冷能源节约高达60% ?效率提高200% ?N A T o p I n t e r n a t i o n a l.D e c.2013
优化效果现状分析优化方案合作模式案例学习
100200300400500600700869.4万 289.95节能效果： PUE 值从2.36下降至1.5， 每年将减少制冷电费支出115.89万元， 五年总节约579.45万的电费， 节约2,343吨标煤， 减排5,782吨CO2， 约合119亩森林。 优化前 五年原所需制冷电费 优化后 五年现所需制冷电费 优化效果——节能效果
5010015020025030012 3 优化前 IT 负荷 优化后 IT 可增容负荷 2倍容量增加 优化效果——经济效益 经济效益： 优化后，不增加基础设施，IDC 可以增加二倍的IT 负荷，即可增加二倍的经济收入；同时能源节约的绝对值也相应提高。 155KW 310KW 450KW 优化后 IT 可增容负荷
优化效果现状分析 优化方案合作模式案例学习
现状分析： 建筑面积：230.4 平方米 机柜：115台，前后网孔门， 地板：活动地板，下送风， 地板高度400mm, 空间阻碍物少 精密空调: ASD1500CW 146KW(显冷) 5台(4+1) UPS: Hipulse 400KVA 1台 + 300KVA 1台 风道：机柜采用自然冷热通道分隔模式 机房温度： 22o C ， 机房湿度：50% 机房现状