淺析數據中心能耗現狀與節能方向的研究

更新時間：2023-02-23 　點擊次數： 830次

摘要：數據中心擁有能量密集和高耗能的標簽，因此，能耗問題也越來越引起人們的關注。現階段數據中心的高速發展，降低能耗也變得非常重要。為了解決這個能耗高的問題，從能耗的組成入手，去分析和闡述數據中心能耗的節能技術和措施，探索在數據中心運行中有效實現綠色能耗的方法。

關鍵詞：數據中心；高能耗；節能減排；能效指標

0引言

近年來，我國經濟快速發展，信息化的建設也在不斷加大，在這種形勢下，數據中心的發展是到了急速發展的階段。伴隨著數據中心的快速發展，高能耗的問題顯得尤為突出。因此，對于如何降低數據中心能耗的研究具有非常重要的意義。

1數據中心能耗現狀和問題

數據中心有著高能耗的標簽，是實現綠色節能所要特別關注的重點。據資料上統計和記載，目前，在國內機房運行的電能利用效率基本在2~2.5范圍內，這個數值大幅度超出標準機房的基準數值。這個現象說明在機房運行的過程中，總能耗中約有60~70%都用到了空調冷卻等設施上了(表1)，但是，Google公司的數據中心機房電能利用效率年平均值達到1.21，美國Hp的新一代數據中心體驗中心機房夏季PUE值可以達到1.6~1.7。

表1數據中心機房標準能耗分配表

圖1 現有機房數據中心的能耗組成

現階段較為核心問題出現在數據中心的高能耗，且高能耗導致的成本費用超出整個機房的運營維護的50%費用。而現階段對能源的需求也不斷地增長。如圖1所示。

2數據中心耗能設備組成

(1)數據中心機房中IT設備的品種很多，主要用于數據中心中所用到的應用系統的運營。如表2所示。

表2 數據中心機房IT設備分類表

（2）制冷設備：為控制機房環境的溫度和濕度，確保設備的正常運行，如表3所示。

表3數據中心機房制冷設備分類表

(3)供配電系統：供配電系統主要是為數據中心各類設備的正常運行提供使用的電壓和電流，并保證使用過程的安全和可靠。供配電系統通常由變壓器、配電柜、發電機、不間斷電源、電池、機柜配電單元等設備組成。

(4)其他設備：主要包括照明、視頻安防、消防設備以及相關機房環境監控系統等。

3影響機房能源效率的主要問題

(1)機房冷卻效率低，機房的設計與布局對溫度場和氣流組織會產生較大的影響，而冷卻資源沒有得到有效的利用，圖2中顯示了一個機房的熱島效應。為了解決這個問題，絕大多數的機房采取提高制冷量，實際卻導致了更多的能耗浪費。

圖2機房的熱島

(2)IT設備電能利用率低，在完成同等工作量的情況下，IT設備消耗了過多的電能。另外，服務器的大部分電能消耗在外圍配件上，只有一小部分電能用在計算和處理方面等。

4節能分析的評估指標模型

4.1電能利用效率(PUE)

廣泛而普遍用到的PUE（電能利用效率）是由美國GreenGrid提出的PUE（Power Usage Effectiveness）這個參數如下所示：

其中，TotalFacilityPower是指數據中心的總能耗，ITEquipmentPower是指數據機房中IT設備耗能。

4.2局部電能利用效率(PartialPUE，局部電能利用效率)

另外一個指標，主要是對機房局部區域進行能耗和效率的評估和分析，即局部PUE。局部PUE主要用于體現機房內部的重要的部分設備或部分區域的耗能情況，它的值與整體的PUE比較起來，可能大也可能小。即分區監測和統計。因此，為了提高機房的耗能效率，可從局部出發，先提升局部的能耗即：提升pPUE值。這個指標參數適合場合如集裝箱、微模塊數據中心等。

4.3制冷負載系數和供電負載系數

這里提到的制冷負載系統簡稱CLF：為數據中心中制冷設備耗電與IT設備耗電的比值。另一個供電負載系數簡稱PLF：為數據中心中供配電系統耗電與IT設備耗電的比值。制冷負載系統和供電負載系數可看成電能利用效率的深化部分。通過這兩個指標又可進一步分析耗能情況。可作為輔助分析能耗情況。因此，為了提高電能的有效利用率，GreenGrid也提出了相應的修正：

即PUE=CLF(Cooling Load Factor)+PLF(Power Load Factor)+1（式2）

4.4可再生能源使用率RER(Renewable Energy Ratio)

這里所提到的可再生能源使用率（RER）：為可再生能源供電與數據中心總耗電的比值。這里提到的可再生能源主要包括太陽能、風能、水能、生物能和海洋能等。可再生能源不僅環保而且資源多且分布也很廣泛，是未來發展方向。可再生能源的使用率可用在平衡數據中心利用可再生能源的情況，從而實現節能環保。

5節能方向的探索

5.1數據中心建設推薦采用的經濟性PUE