APC-如何确定数据中心的节能减排目标
数据中心机房的节能减排技术
数据中心机房的节能减排技术发布时间：2023-07-12T02:27:24.897Z 来源：《科技潮》2023年13期作者：王琪杨一宇张朝熙[导读] 数据中心机房运行成本中，很大一部分源于通风制冷设备的运行，这也是由于数据中心机房设备对温度的敏感性所决定的，而传统的数据中心机房在通风制冷模式上较为粗放，制冷缺乏针对性与精准性，不仅难以实现良好的制冷效果，也会造成大量的无功消耗，导致电力能源等的浪费，而局部温度过高的问题仍然存在，这些都会造成数据中心机房运行及维护成本的增加，导致资金的白白浪费。
中国移动通信集团内蒙古有限公司内蒙古呼和浩特市 010020摘要：在数据中心中，设备的耗电站整个中心的百分之五十，机房的制冷在电力消耗方面是占百分之四十的，其他的电源耗电占百分之十。
机房的制冷设备在整个中心机房中比重是非常大的，这样就使得机房的节能减排工作是非常必要的。
我国经济近年来得到了很大的发展，经济在以前的发展中是以牺牲环境作为代价的，这样就使得我国的环境遭到了严重的破坏，现在人们在经济发展的过程中对环境保护是非常重视的，这样就使得人们对能源的消耗问题也是非常重视的。
中心机房在运行中也要体现环保的要求，在对机房进行管理的时候一定要提倡技能减排。
关键词：节能减排；数据中心；技术一、数据中心机房节能减排技术应用的意义1.1能够有效降低数据中心机房运行成本数据中心机房运行成本中，很大一部分源于通风制冷设备的运行，这也是由于数据中心机房设备对温度的敏感性所决定的，而传统的数据中心机房在通风制冷模式上较为粗放，制冷缺乏针对性与精准性，不仅难以实现良好的制冷效果，也会造成大量的无功消耗，导致电力能源等的浪费，而局部温度过高的问题仍然存在，这些都会造成数据中心机房运行及维护成本的增加，导致资金的白白浪费。
采用节能减排技术，对机房进行精确制冷、定点送风，不仅能够提高通风制冷的有效性，还能大大降低无功能耗，对于节约机房运行与维护成本具有良好的效果。
数据中心机房的基本节能减排工作
数据中心机房的基本节能减排工作笔者主要围绕线缆管理、制冷系统管理和UPS(不间断电源)管理三个方面探讨一下中心机房的节能减排工作。
简单地说，中心机房的节能减排工作包括节能和环保两部分。
其中节能不仅仅是节省电能，还包括节省制冷设备消耗以及设备备份，也包括机房空间的节约。
在行业信息化建设过程中，各单位的机房建设情况不一样，并且机房中最核心设备(诸如小型机、服务器等)的选型也不尽相同。
因此，笔者主要围绕线缆管理、制冷系统管理和UPS(不间断电源)管理三个方面探讨一下中心机房的节能减排工作。
机房线缆管理——不能任由线缆如杂草般丛生线缆管理与机房的散热效力相关。
如果线缆比较混乱，设备散热就会受阻。
合理有序的布线可防止散热通道堵塞的问题，提高散热效率。
同时，合理布线能够减少维护人员的工作量，易于维护和管理。
机房布线可以采用交叉连接方式。
这种方式两侧都用永久性连接，而正面用跳线的方式连接。
采用这种方式便于维护和管理线缆。
制冷系统管理——机房不能一直“冷酷到底”合理布局机房空间可以提高机房制冷系统的工作效率。
机柜的合理摆放能够最大限度地提高空调的冷却效率，减少空调的耗电量。
冷、热空气混杂是机房中常见的现象，有时空调提供的冷气还没有进入机柜就已经变热了。
因此制冷系统效率提高的关键在于对冷热空气进行有效区分，这样才能保证机柜内部IT设备能够在正常的温度下工作，让制冷的效果更加良好。
机房可以改变以往机柜面朝同一方向摆放的做法，采用“面对面、背靠背”的机柜摆放方式。
这样符合服务器等IT设备从正面进风、从后面排风的设计，将冷、热空气分开，可避免前排机柜排出的热空气与空调的冷空气混合后再进入后排机柜，导致制冷效果减弱的问题，从而提高制冷效率。
机房内部统一的温湿度控制能够避免各空调之间出现温湿度不一致的问题。
通过机房统一的控制管理，可以避免因不同空调间温湿度差异而造成的一部分空调在制冷而另一部分在加热的现象，防止出现因操作互相抵触造成的效率低下问题。
数据中心的节能减排方案研究
数据中心的节能减排方案研究随着科技的不断进步和信息时代的到来，数据中心成为现代社会不可或缺的重要基础设施之一。
然而，随之而来的是数据中心不断膨胀的能源消耗和对环境造成的压力。
为了应对这一问题，研究数据中心的节能减排方案变得尤为重要。
在数据中心的节能减排方案研究中，首先需要分析数据中心的能源消耗情况，并确定节能减排的潜力和重点。
数据中心的能源消耗主要集中在服务器和网络设备的运行以及冷气系统的使用上。
因此，优化服务器和网络设备的能效以及提高冷气系统的效率是节能减排的关键。
为了优化服务器和网络设备的能效，可以采取以下措施。
首先，选择能效较高的服务器和网络设备，尽量减少能源的浪费。
其次，以负载均衡的方式合理配置服务器，避免资源过剩和浪费。
此外，运用虚拟化技术可以实现多个虚拟服务器在同一台物理服务器上运行，从而提高资源利用率。
最后，定期对服务器和网络设备进行维护和更新，保证其良好的工作状态，避免能源的浪费。
冷气系统在数据中心中起到降温和保持设备正常运行温度的作用。
为了提高冷气系统的效率，可以采取以下措施。
首先，设置适当的温度范围，避免过度制冷造成能源的浪费。
其次，利用冷通道和热通道的设计，将冷气直接送至需要冷却的设备上，避免冷气的浪费。
此外，采用高效的制冷设备，如液冷系统，可以提高冷气系统的效率，减少能源的消耗。
最后，定期维护冷气系统，确保其正常工作，避免能源的浪费。
除了优化服务器和网络设备的能效以及提高冷气系统的效率，还可以在数据中心的设计和布局上考虑节能减排。
例如，选择适当的建筑材料和隔热材料，减少能量的传输损耗。
另外，合理安排设备的放置和空间的利用，避免能源的浪费。
同时，充分利用自然光和自然通风等自然资源，减少人工能源的消耗。
此外，数据中心的节能减排方案还可以结合可再生能源的利用。
例如，利用太阳能发电系统和风能发电系统等可再生能源设备，为数据中心提供电力供应。
同时，可以通过能源管理系统对能源的使用进行监控和管理，实现合理分配和利用。
数据中心节能减排策略和应用
合理供电
优化供电架构和负载分配 ，避免电能浪费和设备冗 余。
数据中心散热节能
自然冷却
利用自然冷源，如水、空气等 对数据中心进行冷却，降低空
调使用能耗。
液冷技术
采用液冷技术，如水冷、蒸发冷 却等，实现数据中心高效散热。
余热回收
将数据中心产生的余热进行回收再 利用，如用于供暖、农业等。
数据中心水资源利用
分析能耗数据
通过对收集到的能耗数据进行深度分析，识别出能耗瓶颈和节能潜力，为后续的 节能措施提供决策依据。
节能减排技术经济效益评估
评估节能技术应用效果
对已实施的节能减排技术进行经济效益评估，计算投资回报 率和节能量，为后续技术选择提供参考。
考虑全生命周期成本
在评估经济效益时，需要考虑节能减排技术的全生命周期成 本，包括初始投资、运行维护成本、报废处理成本等。
冷却需求大
数据中心需要大量的冷却系统来保持适宜的温度，因此也增加了能源消耗。
节能减排的重要性
经济效益
节能减排可以降低数据中心的 运营成本，提高企业的经济效
益。
环境友好
节能减排可以减少温室气体的排 放，降低对环境的影响，实现可 持续发展。
技术创新
数据中心节能减排技术的应用可以 促进技术创新和环保产业的发展， 推动可持续发展。
余热回收
利用数据中心产生的余热 ，进行二次利用，如供暖 、发电等，实现能源的循 环利用。
数据中心节能减排政策支持
政策引导
政府应加大对数据中心节能减 排的扶持力度，制定相关政策 和标准，推动绿色数据中心建
设。
碳排放交易
建立数据中心碳排放交易市场， 通过市场手段推动数据中心降低 碳排放。
信息公开
数据中心供配电系统节能措施
数据中心供配电系统节能措施数据中心，作为新基建-数字经济的底座，是推进我国数字经济发展的算力设施和重要保障，是推动我国经济转型的重要抓手，也是构建智慧城市核心竞争力的重要载体。
2021年，国内数据中心总耗电量达到2166亿千瓦时，占社会用电量2.6%，相当于同年1.3个上海市的总社会用电量。
随着国家各级政府出台政策对数据中心能源消费强度和总量“双控”的严格要求及国家“碳达峰、碳中和”战略的提出，数据中心绿色化转型升级势在必行，高效低耗能成为数据中心行业高质量发展的必然要求。
数据中心能耗主要来源于IT设备、制冷系统、供配电系统、其他辅助用电等。
其中IT设备能耗比重最大，其次是制冷系统、供配电系统、其他辅助用电等。
以某数据中心PUE1.25为例，各系统能耗大致如下：数据中心节能降耗应从以下两个方面着手，第一是提高IT设备的利用率，节省运行设备数量，降低其能耗和发热量；第二是提高制冷和配电系统效率。
数据中心制冷系统16%的能耗比重仅次于IT设备，降低制冷系统能耗能很好的控制PUE，因此制冷系统能耗备受关注。
数据中心供配电系统损耗所占能耗约3%，如采用合理优化，也能达到节能降耗的目的。
本文对数据中心供配电系统的节能措施方案进行分析探讨。
01系统架构1、合理采用DR配电系统架构，提升系统效率，降低系统损耗GB50174-2017《数据中心设计规范》在附录“电气”中规定：A级数据中心应满足容错要求，除采用2N系统，也可采用其他避免单点故障的系统配置。
依此标准，A级数据中心电气系统可分为2N、DR、RR架构，通常来讲，设备冗余越多，系统的可靠性越高，但效率越低。
2N、DR系统架构可用性基本相同，在设计规划中选用DR系统架构较2N系统架构可以进一步提高变压器及UPS的负载率，进而降低损耗，提升系统效率。
以数据中心3个机房，单个机房IT负荷1000kW为例。
变压器采用2N架构，选用6台1250kVA变压器，每台变压器负载率约为42.5%(不考虑UPS充电功率)，选用6套2x600kVAUPS，每组UPS 负载率42.5%，效率约为95%。
APC联手CA全面优化数据中心能耗
由 于 减 少 了转 接 点 和 中 问环 节 ， 增 加 了 传 输 可 靠 性 ， 也 能 够 减 少 大 量 的 维 护 费 用 并 提 高 业 务
传输效益 。 匝
如对 本 文 内容 有任 何 观点 或评 论 ， 发Ｅ— 请 ｍａＩ ｉ 至
使 光 通 信 网 络 发 展 具 有 更 大 的 灵
活性
警 ，业 务 不通 。
・华 为 和 中 兴 厂 商 约 定 双 方
都将 Ｊ １字 节 设 置 成 ｌ， 中 兴 设 备 Ｊ ｌ字 节 失 配 ， 业 务 下 插 全 １，华 为
以往 在 连 通 不 同厂 商 的光 通
信 设 备 时 ， 要 求 同 一 传 输 线 路 必 须 采 用 同 一 厂 商 的 设 备 ， 如 果 不 能 满 足 ， 则 必 须 在 不 同 厂 商 的 光 设 备 之 间 增 加 点 到 点 的 光 设 备 才 能 进 行 传 输 通 信 。 如
４ 效 果 分 析
（１）ＳＤ Ｈ 的 光 口 对 接 技 术 具 有 普 遍 适 用 性
此 项 技 术 操 作 十 分 方 便 ， 对 任 何 不 同 厂 商 的 光 口 对 接 均 可 推
ＡＰＣ 联 手 ＣＡ 全 面 优 化 数 据 中 心 能 耗
ＡＰＣ 与 ＣＡ公 司 将 联 手 向 企 业 客 户 提 供 全 集 成 的 解 决 方 案 组
约一套 Ｓ ＤＨ 设 备 的 费 用 。 另 外 ，
达 到 对 接 正 常 ， 以 提 高 系 统 的 传
输 性 能 ， 也 可 让 主 站 传 输 设 备 的 网 元 时 钟 跟 踪 支 路 板 上 的 输 入 信 号 。 ・对 接 时 如 果 Ｊ 】、 ｃ２字 节 使 用 缺 省 设 置 ， 会 有 Ｈ Ｐ—ＴＩ 和 Ｍ ＨＰ ＬＭ 告 警 ， 一 般 该 告 警 不 会 影 Ｓ 响 业 务 ，但 在 连 接 华 为 Ｓ ＤＨ 与 中
数据中心绿色节能措施
数据中心绿色节能措施随着信息技术的发展和互联网的普及，数据中心的能源消耗逐渐增加，成为环境保护的一个重要关注领域。
为了减少数据中心对能源的依赖，提高节能减排水平，数据中心需要采取一系列的绿色节能措施。
首先，数据中心可以优化设备的配置和布局，以提高能源利用效率。
这包括合理规划机柜的位置、设备的排列方式等，以减少能源在传输和冷却过程中的浪费。
此外，数据中心还可以采用高效能的服务器、存储设备和网络设备，以提高能源利用率。
其次，数据中心可以采用节能的冷却方式，如利用自然冷却、风冷或水冷等技术替代传统的机械冷却系统。
这些技术能够有效降低冷却系统的能源消耗，减少温室气体的排放。
此外，数据中心还可以使用节能的照明系统和智能控制技术，以降低非计算设备的能源消耗。
第三，数据中心还可以采用虚拟化技术和云计算技术，以提高服务器的利用率。
通过合理规划和管理虚拟服务器的资源，减少物理服务器的使用数量，从而降低能源消耗。
同时，云计算技术可以实现资源的共享和统一管理，进一步提高能源利用效率。
第四，数据中心可以采用能源回收技术，如余热回收、废热利用等，以减少能源的浪费。
余热回收技术可以将服务器和设备产生的余热用于供暖、热水等方面，实现能源的双重利用。
废热利用技术可以将冷却系统产生的废热用于发电或供热，进一步提高能源利用效率。
此外，数据中心还可以采用绿色供应链管理，通过与供应商合作，选择能源效率较高的设备和材料，减少环境污染。
同时，数据中心还可以加强对员工的培训和意识教育，提高他们对节能减排的认识和重视程度。
综上所述，数据中心可以通过优化设备配置和布局、采用节能冷却方式、虚拟化和云计算技术、能源回收技术、绿色供应链管理以及员工培训等多种手段来实施绿色节能措施。
通过这些措施，数据中心可以提高能源利用效率，降低能源消耗和碳排放，为环境保护做出贡献。
同时，绿色节能措施也可以帮助数据中心降低能源成本，提高经济效益。
数据中心节能减排策略和应用
02 数据中心硬件设 备节能减排
服务器设备节能减排
总结词：合理布局、智能散热、动态调整、绿色能源
详细描述
1. 合理布局：对服务器设备进行合理布局，以实现更好的散热和 能源利用效率。
2. 智能散热：采用智能散热系统，如液冷技术，以更有效地 控制服务器设备的温度和湿度，降低能耗。
3. 动态调整：根据服务器设备的负载情况和业务需求，动态 调整服务器的功率和性能，实现节能减排。
主要包括数据中心的服务器、存储、网络等设备的电力消耗，以及为这些设备提 供所需的冷却、照明、供电等配套设施的能耗。
为何需要数据中心节能减排
数据中心是信息社会的核心基础设施，随着云计算、大数据 、人工智能等技术的快速发展，数据中心的规模不断扩大， 能源消耗也不断增加。
节能减排对于降低数据中心运营成本、提高设备运行效率、 减少对环境的影响等方面具有重要意义。
实施绿色计算
优化数据中心的结构设计，采用模块化、 标准化等技术手段，提高设备的运行效率 和数据中心的运营效率。
建立能源管理平台
采用云计算、大数据等技术手段，优化数 据处理和存储方式，减少设备的能源消耗 和环境影响。
建立数据中心的能源管理平台，实时监测 数据中心的能源消耗情况，及时采取措施 进行优化和管理。
4. 绿色能源：使用更环保、高效的服务器设备，如采用更 高效的CPU和更合理的内存配置，以降低能耗。
存储设备节能减排
总结词：集中管理、高效存储、数据压缩、绿色能源
1. 集中管理：对存储设备进行集中管理，以提高存储设 备的利用效率和能源利用效率。
3. 数据压缩：对存储数据进行压缩，以减少存储设备的 容量需求和能源消耗。
详细描述
2. 高效存储：采用更高效的存储设备和技术，如SSD 固态硬盘、分层存储等源：使用更环保、高效的存储设备和技术， 如采用更高效的电源和散热系统，以降低能耗。
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PUE
PUE
设立切合实际的期望值
理解
理解PUE
PUE的测量，分析工具和流程
提升PUE最佳方法
Victor Avelar先生
施耐德电气美国电力转换公司数据中心科学中心
高级研究分析师
高级究分析师
Steven Carlini先生
施耐德电气美国电力转换公司数据中心全球解决方案
部高级总监
PUE赛马
典型的数据中心
极端的PUE目标
●Google 1.12
信息来源…
PUE 报告…
●微软“数据实验室”1.24
112●微软第4代数据中心（PUE 目标）1.12●大型数据中心的 1.08106就是我们
高级设计师 1.06
1.046
要做的！
让我们看看他们是怎样实现的….
5个关键的PUE 概念
什么是PUE 合适的期望?
PUE ●PUE 以数学为基础
●它可以通过合理的方式和标准公式计算获得
12●PUE 的比较是困难的
有效的PUE 比较是严格依赖于共同的术语和假设来进行的
●真正的PUE 应该包含大楼基础系统中被数据中心使用的部分
大楼共用的这部分经常被忽略，而这些是需要公平的分配到数据中心运行中去。
●冗余使PUE 变得更糟余电源和制冷系统能降低因为余造成负载率降低34冗余电源和制冷系统能降低
PUE ，因为冗余造成负载率降低。
●你的电费账单和效率（PUE ）不是一回事
两者是反比例关系，你可以合理的做出设计上的决定5
两者是例关系你做设计决定
公平比较不要忽视隐含的电气损失公平比较，不要忽视隐含的电气损失
“细节上难操作”
=
简单故事
PUE 代表多少额外的能耗支出被用于电源、制冷
设备的损耗
和其他保护IT设备的损耗。
PUE值越低越好，1最完美。
整个故事
但是
●包含些什么? (入是什么,出是什么?)
●年均值还是实时值?
你需要问一些问
题……
年均值是实时值
●负载率是多少？(负载率降低PUE值会降低)
●处在什么地理位置? (例如, 有”自然冷却”)
请确保是“公平”比较
PUE 1.05? … 计算一下这些数字
1兆瓦数据中心输能耗
1 兆瓦数据中心，100%负载
?
PUE
1.05=
1050
1000
输入能耗(
IT负载能耗
)
PUE 1.05 50 千瓦物理基础设施损耗
如何才能使能耗损失降低到只有50千瓦?
分阶段阐述
目标:
50 kW损耗
520kW
全载（最好）
520 kW
11
分阶段阐述
TARGET:
50 kW损耗
330 kW
330kW
1
分阶段阐述
目标:
50 kW损耗
220 kW
220kW
1
分阶段阐述
目标:
50 kW损耗
140kW
140 kW
全载（最好）
1.14
11 MW
分阶段阐述
目标:
50 kW损耗
50kW
50 kW
全载（最好）
1.05
PUE < 1.10, 对于位于普通地点的普通的数据中心，在常规预算下是不现实的
很大程度上，这些公司举例的目的是强化PUE 的印象，但是他们拥•特殊地理位置的选择(可以采用自然冷却)有你没有的设备和资源：
•采用故障容错的系统（这样设备故障就不会造成影响)
没有UPS
•非标准服务器(例如, 符合NEBS 电信级）可以接受更恶劣简朴的条件
很少或者没有功率冗余全部自然冷却还有…
•需要非常大的预算，来进行特别设计，满足绿色倡议
没有空调风扇
这些极端的策略很难适合于典型的企业数据中这些极端的策略很难适合于典型的企业数据中心
让我们看看标准算法
行业正在取得进展 …
● 数据中心能效是一个棘手的问题，尚未建 立标准 ● PUE标准正在制定之中 ● APC 158号白皮书讨论了PUE标准计算的持 续努力和成果。
#158 数据中心 能效计算 标准方法
标准计算确保您公平比对
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最大的问题:
什么是入, 什么是出?
在PUE计算中，制冷子系统有时会被忘却
当共用大楼制冷统时能耗必须按照数据中心的实际使用比例分担
数据中心各子系统
冷却塔池加热器 在 PUE 计算中经 常漏算的部分 水处理 管道结冰保护 空气压缩机 冷凝水泵
摘自APC白皮书158页 表1
在 PUE 计算公式中, 他们是属于？
IT 负载? 物理基础设施? 不包含?
√ √ √ √ √ √ √ √
空气处理/净化空气能量 加热器 井泵
遗漏这些就会造成 PUE计算错误
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PUE vs 电费
请勿将PUE作为唯一度量标准！
它可能无法达表达所有问题
数据中心设计更新
电费 较好 (降低)
因为服务器容量的优化利 用
PUE 较差
(提高)
除非精简电源和冷却机以适 应较低的IT负荷 *
虚拟化 / 整合
较差 服务器入口温度升高
(提高) 若服务器风扇耗电功率 的增加超过因温度升高 带来的冷却系统功率 降低
较好
(降低) 因为冷却系统效率更高
注意 “因果关系”
APC白皮书118虚拟化对效率的影响
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APC白皮书138入口温度升高对效率的影响
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效率仪表板
WEB界面
通过应用程序接口(API) 便于实现与第 三方网页的集成
能源效率计算
当前和历史的PUE值是基于现有IT负荷
的实际情况为基础的
各子系统的能量损失
洞察子系统的能耗损失和成本详情，了解 那个子系统花费最高
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Ai ir-cooled ch hiller Ch hilled water pum mp CR RAH Sw witchgear Pr rimary au uxiliaries Li ighting Ge enerator Cr ritical power di ist. Cr ritical au uxiliaries UP PS
各子系统能源费用的分项数字
Cost (USD)
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BMS系统:数据中心主屏幕显示 监测、控制、整体能源使用和 测 控制 整体能源使用和PUE
数据中心平面图
制冷设备
数据中心管道
加湿装置 加热装置 CRACs (计算机房空调系统) 综合HVAC、控制、杂项、基础设施区 IT设备 UPS损失 变压器及PDU损耗 照明 /主机房 开关设备及发电设备损失 泵装置(专用于数据中心CRAC装置)
PID整定
报告
Square D 专门小组
Kw
安全
V i 专门小组 Veris
Veris 历史
Veris 历史
综述
PUE 计算:
157.3 (total) ÷ 88.3 (IT) = 1.78
4
3
2
1
PUE =
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1.779
数据中心效率计算器 电源和冷却装置对能源成本的影响
在线获得该工具的“动态版” tool
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Go
比较现实的 PUE 预估
平均值将会变得更好 最差的将会大大改善
4
3
PUE
2
你的数据中心在哪呢？
最差 普通 最佳
1 2008
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2010
2013
2018
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“混合”
战略
采用模块化建设模式，满足每个IT 系统的优先需求
•高密度模块
示例: 6000 平方英尺数据中心
•低成本模块
•高可用性模块(如：由
额外冗余系统支持)
PUE 宣传vs. 实际期望
全面了解PUE 一览表
9●认识PUE ●极低的PUE 已变得越来越普遍，但许多是基于不完整数据，大部分不适合您的数据中心
利在线权衡效率提高的投资回率
•利用在线工具权衡效率提高方面的投资回报率●什么是入什么是出极大的影响PUE 值，记得总是“苹果与苹果比较”●PUE 不是你关注的唯一焦点–不要忘了电费！
●选择你的PUE 测量策略●手动vs. 自动
●vs.9低精确度vs. 高精确度
●子系统分项数据
●考虑您的选择，进行PUE 改进9●行级制冷
●高效率可扩展的电源和制冷系统
●效率分析及容量管理工具
模
●可扩展/模块化增长●混合密度数据中心
问题?
对本演示文档有任何问题或评论？
DCSC@ -施耐德电气数据中心科学中心。