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安科瑞電氣股份有限公司
中級(jí)會(huì)員 | 第9年

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云平臺(tái)
電量傳感器
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數(shù)據(jù)中心

淺析數(shù)據(jù)中心能耗現(xiàn)狀與節(jié)能方向的研究

時(shí)間:2023/2/22閱讀:1538
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摘要:數(shù)據(jù)中心具有能耗密集、能耗高的標(biāo)簽,因此能耗問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)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(wèn)題,我們應(yīng)該從能耗的構(gòu)成入手,分析和闡述數(shù)據(jù)中心能耗的節(jié)能技術(shù)和措施,探索有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心運(yùn)行綠色能耗的方法。

 

關(guān)鍵字:數(shù)據(jù)中心;高能耗;節(jié)能減排;能效指標(biāo)

引言

  近幾年來(lái),我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速,信息化建設(shè)不斷加強(qiáng),在這種情況下,數(shù)據(jù)中心的發(fā)展已經(jīng)到了一個(gè)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(wèn)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(wèn)題

  數(shù)據(jù)中心有高能耗標(biāo)簽,是綠色節(jié)能實(shí)現(xiàn)的重點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)和記載,目前國(guó)內(nèi)機(jī)房運(yùn)行的電能利用效率基本在2~2.5范圍內(nèi),大大超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)機(jī)房的基準(zhǔn)值。這一現(xiàn)象表明,在機(jī)房運(yùn)行過(guò)程中,大約60~70%的總能耗使用了空調(diào)冷卻等設(shè)施(表1)。然而,谷歌公司的數(shù)據(jù)中心機(jī)房平均每年的電能利用效率為1.21,美國(guó)Hp的新一代數(shù)據(jù)中心體驗(yàn)中心機(jī)房的夏季PUE值可達(dá)1~7.6.6。

1.png

表1數(shù)據(jù)中心機(jī)房標(biāo)準(zhǔn)能耗分配表

11.png

圖1現(xiàn)有機(jī)房數(shù)據(jù)中心的能耗構(gòu)成


二數(shù)據(jù)中心耗能設(shè)備組成

  (1)數(shù)據(jù)中心機(jī)房IT設(shè)備種類(lèi)繁多,主要用于運(yùn)行數(shù)據(jù)中心使用的應(yīng)用系統(tǒng)。如表2所示。

 

2.png

 

表2數(shù)據(jù)中心機(jī)房IT設(shè)備分類(lèi)表

  (2)制冷設(shè)備:為了控制機(jī)房環(huán)境的溫度和濕度,保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn),如表3所示。

3.png

表3數(shù)據(jù)中心機(jī)房制冷設(shè)備分類(lèi)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(shè)備的正常運(yùn)行提供電壓和電流,保證使用過(guò)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(jī)、不間斷電源、電池、機(jī)柜配電單元等設(shè)備組成。

三是影響機(jī)房能源效率的主要問(wèn)題

  (1)機(jī)房冷卻效率低,機(jī)房的設(shè)計(jì)和布局會(huì)對(duì)溫度場(chǎng)和氣流組織產(chǎn)生很大影響,但冷卻資源沒(méi)有得到有效利用。圖2顯示了一個(gè)機(jī)房的熱島效應(yīng)。為了解決這個(gè)問(wèn)題,大多數(shù)機(jī)房實(shí)際上是在浪費(fèi)更多的能源。

 

圖2.png

 

圖2機(jī)房熱島


  (2)IT設(shè)備的電能利用率低,IT設(shè)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(wù)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(jì)算和處理。

四是節(jié)能分析評(píng)估指標(biāo)模型

1電能利用效率(PUE)

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

參數(shù).png

  其中,TotalFacilityPower是指數(shù)據(jù)中心的總能耗,ITEquipmentPower是指IT設(shè)備在數(shù)據(jù)機(jī)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(gè)指標(biāo),主要是評(píng)估和分析機(jī)房局部區(qū)域的能耗和效率,即局部PUE。

3制冷負(fù)載系數(shù)和供電負(fù)載系數(shù)。

  CLFF是這里提到的制冷負(fù)載系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng):它是數(shù)據(jù)中心制冷設(shè)備的功耗與IT設(shè)備的功耗之比。另一個(gè)供電負(fù)載系數(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)PLFF:它是數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)的功耗與IT設(shè)備的功耗之比。制冷負(fù)載系統(tǒng)和供電負(fù)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(yáng)能、風(fēng)能、水能、生物能和海洋能源。

五探索5個(gè)節(jié)能方向

1數(shù)據(jù)中心建設(shè)推薦經(jīng)濟(jì)PUE。

 

曲線.png

 

圖表3PUE曲線

  如圖3所示。由于可用性要求和TCO要求較低,國(guó)內(nèi)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(gè)方向

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

  (2)空調(diào)設(shè)備節(jié)能

  在節(jié)能方面,選擇空調(diào)系統(tǒng)綜合解決方案,對(duì)提高數(shù)據(jù)中心機(jī)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(guò)對(duì)能耗數(shù)據(jù)的分析,提高了主要能耗設(shè)備的能耗效率。

  (1)多層次、多維能耗分析

  (2)利用聚類(lèi)算法進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)節(jié)能

  (3)分析能耗數(shù)據(jù),從能耗預(yù)測(cè)模擬、能耗報(bào)警、能耗動(dòng)態(tài)優(yōu)化三個(gè)方面考慮能耗標(biāo)準(zhǔn)模型,建立能耗標(biāo)準(zhǔn)模型。

六安科瑞能耗統(tǒng)計(jì)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(cè)管理系統(tǒng),實(shí)時(shí)測(cè)量建筑各種能源消耗設(shè)備的能源消耗數(shù)據(jù),統(tǒng)計(jì)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(jīng)濟(jì)指標(biāo)和績(jī)效考核指標(biāo),發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費(fèi),提高人們積極節(jié)能意識(shí)。

① 構(gòu)建數(shù)據(jù)中心智能能源管理系統(tǒng)的基本框架,實(shí)時(shí)監(jiān)控各用能環(huán)節(jié);

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

③ 區(qū)域能效比:實(shí)現(xiàn)建筑單位區(qū)域能耗對(duì)比,方便能耗評(píng)估;

④ 同期能效比:實(shí)現(xiàn)同年、同期、同區(qū)域能耗對(duì)比,便于節(jié)能數(shù)據(jù)分析;

⑤ 能源消耗評(píng)估管理:按照能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、指導(dǎo)值分析單位面積能源消耗和人均能源消耗指標(biāo);

⑥ 能源消耗競(jìng)爭(zhēng)排名:比較各功能區(qū)域的能源消耗,實(shí)現(xiàn)能源消耗排名,增強(qiáng)員工的節(jié)能意識(shí);

⑦ 綜合分析、統(tǒng)計(jì)、打印和查詢(xún)能源消耗的使用數(shù)據(jù),根據(jù)能源消耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的需要,可以選擇不同風(fēng)格的報(bào)表打印。為能源消耗運(yùn)營(yíng)管理部門(mén)提供可靠依據(jù);

⑧ 能源消耗數(shù)據(jù)采集,隨時(shí)查詢(xún),根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,監(jiān)測(cè)異常能源消耗,報(bào)警能源智能儀器故障,提高系統(tǒng)信息化和自動(dòng)化水平。

2平臺(tái)部署硬件選擇

七結(jié)語(yǔ)

  對(duì)數(shù)據(jù)中心相關(guān)研究的進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。IT設(shè)備和制冷設(shè)備的能耗是數(shù)據(jù)中心機(jī)房的高能耗設(shè)備,也是數(shù)據(jù)中心高能耗的關(guān)鍵因素。如何優(yōu)化需要更多的研究。已經(jīng)進(jìn)行的和正在進(jìn)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(lái)實(shí)現(xiàn)綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心機(jī)房做出了貢獻(xiàn)。


 

[參考文獻(xiàn)]

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[6]2022.5版安科瑞企業(yè)微網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).

作者簡(jiǎn)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(guān)產(chǎn)品的研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。

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