关于IDC数据中心机房配套节能措施探讨

简写，是评价数据中心能源效率的指标， 其计算公式：PUE=数据中心的总用电量 /IT设备的总用电量。PUE值越接近于1， 表示一个数据中心的绿色化程度越高）
一定的功率下，性能越高。要考
量整个IDC机房的能效，需再考 评价指标
虑配套设备的能耗。 ）
➢ EER （ Energy Efficiency
Ratio的简写，即能效比。是实
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制冷系统节能
科学气流组织措施
➢ 机房下送风、上回风方式组织气流，已达成共识 ➢ 将冷、热气流分开，避免在机柜顶部形成冷、热气流短路的情况
冷气流封闭
➢ 地板下送风+半封闭机柜方式 ➢ 地板下送风+封闭冷通道方式
半封闭机柜方式
➢ 半封闭机柜前侧有300mm 左右冷通道，冷空气被封 闭在这个空间，与外界没 有气流交换
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制冷系统节能
冷冻水机组
➢ 全年能效比最高。 ➢ 更方便使用自然冷源。 ➢ 蓄冷设备成本低，可提高机房可用性 ➢ 目前市场上冷冻水机组的能效比可达6.0，考虑 20%冷量冗余，即此部分制冷因子可达1.2/6=0.2
➢对土建要求高，需在土建设计阶段就考虑。
风冷冷水机组和直 接膨胀式机组
➢ 对土建要求较低。
➢可靠性没有工频UPS高。 ➢无隔离变压器，控制算法复杂，过载能力低。
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供电系统节能
三、单机容量越大的UPS
➢ 以IT总负荷为1700kW的某IDC机房为例
名称
楼层低压 配电柜 UPS主机 输出配电
屏
电池开关 箱
数 单价 投资 占地 量 （万元） （万元） （㎡）
4 45
180
14 40
560
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制冷系统节能
地板下送风+半封 闭机柜方式
半封闭机柜特点
➢ 单机柜功耗超过4.5kW时，半封闭机柜的通风量不足，需增加主动送风装置 ➢ 主动送风装置可增大进风量，可相应增大单机柜功耗，目前工程中可实现单
机柜7.5kW
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制冷系统节能
地板下送风+封闭 冷通道方式
封闭冷通道特点
➢能效比不是最高的。 ➢其它辅助设备成本较高。
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制冷系统节能
类别 可靠性 能效 可扩容性 灵活性 漏水隐患
风冷直膨式
风冷冷水式
系统完全独立，没有单点故障。
必须采用主机备份和双管路系统来保证
可靠性。
全年平均能效比较低，约为2.7~3.1，可采用自然 全年平均能效较高，约3.4，可以设计
冷源方法提高全年能效比。
占地面积
室外机组占地面积 94㎡
总计
348万元
项目
风冷直膨式
日 常 操 作 维 护 按2人倒班，年薪5 --
管理
万元计算
年运维
无
--
机组电费
电费按1元/度计算 326万元
总计
336万元
风冷冷水式 3台400kW螺杆机
143万元
213万元
30万元
连接水管保温及阀件及机组、冷 76万元
冻水泵安装费用等。
14
7
14 3.5
98
454
49
名称
楼层低压 配电柜 UPS主机
输出配电 屏
电池开关 箱
蓄电池 56 4.8
268.8
合计
1155.8
蓄电池 合计
数 单价 投资 占地 量 （万元）（万元）（㎡）
4 45 180 18 35 630
18 7
126 598
18 3
54
54 4.8 259.2 1249.2
➢ 机柜在与地板下底座固定安装时， 尽量不切割地板，而是采用图示方 法将机柜与底座固定，增加密封性
➢ 密封冷通道的材料需要有良好的密 封性，泄漏到外部空间的冷气越少， 节能率越高。
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制冷系统节能
科学合理组织机房内气流对PUE值制冷因子的贡献
➢ 整个机房将不再是“先冷环境再冷设备”的制冷模式，而是“直接冷却 设备”。
现计算功能有效的电力消耗与
维持整个数据中心正常运行而
消耗的电力之比。 ）
各种评价指标各有各的优势，各有各的局限性。本文以PUE值作为评价指标
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概述
以变压器输出断路器处为数据中心输入总能耗，IDC机房 PUE值计算公式如下：
PUE （（12））（3）（ （42） ）（5） a b c
➢ 其中：（1）：数据中心输入总能耗 （2）：IT设备总能耗 （3）：UPS输入侧能耗 （4）：空调系统输入侧能耗 （5）：辅助能耗
追求PUE值之外应该注意的
➢ 在建设绿色IDC的过程中，不能只追求PUE值尽量低，在此之外应从节 省投资，节省机房面积，提高服务器自身能效等角度考虑。
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PUE值辅助因子修正
➢ 由于机房照明不是长时间开启，只是在有人操作时才会开启，所以修正 辅助因子为0.052。
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总结
综上所述，各种节能措施汇总见表
供电 制冷 辅助
项目
因子 因子 因子 备注
高压直流
1.031
高频UPS
1.053
工频UPS
1.075
单机容量越大，占地面积越小
冷冻水机组
0.2
➢ 机柜面对面，背靠背安装 ➢ 冷通道尺寸根据需要设计，适用于单机柜功耗较大场合 ➢ 有更广泛的适用性，并且可支持3.5kW～7.5kW的升级使用
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制冷系统节能
封闭冷通道方案时有几个细节 需要注意
➢ 冷通道内开孔地板可根据需要选择 不同开孔率的地板，最高可达50%
➢ 机柜的前后门开孔率尽可能高，目 前可达70%的开孔率
关于IDC数据中心机房配套 节能措施探讨
概述
IDC市场容量巨大，业务前景广阔，已经处在市场生命周期 中的成长期和成熟期
遇到问题
机房配套成本 不断追加，造
提高功率密度，减少机房数量及土建 投资
价高昂
建设绿色节能 IDC是解决之道
飙升的能源价格造 成的运营成本增高， 已影响到IDC业务的
采用节能技术，提高能源利用效率， 降低运营成本，提高盈利能力
➢ 左上表为400kVA单机UPS建设情况，由上表为300kVA单机UPS建设情况 ➢ 相同的供电容量及后备时间保障，400kVA UPS方案比300kVA UPS方案总投
资减少7.5%，占地面积减少24% ➢ 若可以选用600kVA、800kVA容量UPS，将更加减少占地面积投资
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制冷系统节能
据统计，空调系统耗电已占整个机房耗电的50%，因此空调 系统的节能是非常重要的部分
制冷系统节能有以下两个途径
➢ 提高空调机组本身的能效比 ➢ 科学组织气流，提高冷源利用率（与机柜系统紧密结合，以整体的概念
优化整个机房的气流组织）
用于IDC机房的空调类型
➢ 冷冻水机组 ➢ 风冷冷水机组 ➢ 风冷直接膨胀式机组 ➢ 自然冷源
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辅助系统节能
辅助系统
➢ 机房照明功率密度控制在15W/㎡，以500㎡机房，IT功耗800kW的IDC 为例，照明功耗为7.5kW，照明因子为7.5/800=0.01。
线路损耗
➢ 为减少线路损耗，尽量将电源设备靠近负荷中心，供电线路的损耗按照 供电功率的5%估算，线路损耗因子为0.05。
➢ a为供电因子，b为制冷因子，c为辅助因子。PUE值是三个因子之和。
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配套节能措施
供电系统
机房有效电力消耗是IT设备的耗电， 尽量减少电源转换、电力配送环节的 消耗将实现节能
机房配套
制冷系统
机房需求的冷量是固定的，尽量提高 制冷设备的能效比，减少制冷设备的 电功耗将实现节能
机柜及辅 助系统
IT设备的发热量是一定，尽量提高IT 设备对冷源的利用率，减少冷量需求 将实现节能
需要土建设计支持
风冷冷冻水空调
0.353
适用于一部分机房
风冷直膨空调
0.444
传统空调
适用于单机柜4.5kW以下，可加
半封闭机柜
0
装主动进风装置改良
封闭冷通道
0
适用于单机柜4.5kW～7.5kW
没有气流组织
0.127
传统建设方式，冷通道不封闭
通用
0.052
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总结
PUE值的优势
➢ PUE值的考量可量化 ➢ 其组成部分较易测取，而其它能效指标的部分因子不易测取 ➢ PUE值各部分含义清晰明确
➢ 通过将PUE值分解成多个因子之和，而每个因子都代表某系统能效的形 式来描述PUE的构成及各种不同措施带来的影响。在各个配套系统中选 择适合的节能技术，组合起来就是整个IDC机房配套节能体系，其对 PUE值的影响也可直观的体现出来。。
本文PUE值都是理论上的计算得来，将来需通过机房内挂表 实测，继续完善
➢ 以某IDC机房为例，面积1500㎡，IT设备功耗1700kW，冷通道封闭后 可认为建筑冷负荷0.12kW/㎡可以不再考虑，即180kW，考虑20%冷量 冗余，则不封闭冷通道时此部分制冷因子为1.2×180/1700=0.106，封 闭冷通道后，可认为此部分制冷因子为0。
PUE值制冷因子的计算
➢ PUE值中制冷因子综合考虑空调本身能效与气流组织形式。 ➢ 具体一个机房的PUE制冷因子应该是这两部分的和。
盈利水平
高能耗对环境、 社会造成恶劣
影响
通过节能减排措施的实施，来履行企 业社会责任
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概述
➢ PUE （ Power Usage Effectiveness的
➢ sWap （服务器性能评价指标， 其计算公式为：Performance/ （Space*Watts）。其数值越高， 则表示了服务器在一定空间内和
从以上三种节能思路探讨机房配套设备节能
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供电系统节能
一、高压直流
➢ 高压直流系统由于减少了逆变环节，其转换效率 可在97%以上。 ➢ 其供电因子为1.031，比工频UPS降低0.022。
➢对服务器有特殊要求，适用性不高。 ➢没有形成统一的行业标准，推广难度大。
二、高频UPS
➢ 在某些场合，特别是传统IDC领域，选择UPS供电 ➢ 高频UPS转换效率最高可到95% 。 ➢ 其供电因子为1.053，比工频UPS降低0.022。
PUE值有不科学的地方
➢ 没有考虑服务器本身的能效 ➢ 没有考虑机房利用率
PUE值分类
➢ 瞬时PUE，公式中各部分为某一时间瞬时值 ➢ 周期PUE，公式中各部分为一段时间内平均值
全年统计平均PUE值，减少不确定因素及季节性因素的影响， 作为机房评价指标比较准确。
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结束语
PUE值的分解
险，需严格设计并不断检验部件可靠性。
建筑外部条件 室外机占地面积大。
室外机一体化设计，占地面积小。
投资
系统总投资较高，但是可以分期投资，分期实施。系统投资一般
维护
系统简单，维护要求低。
系统简单，不需要专人维护。
系统的适应性 系统管路长度有一定限制，一般，室外机与室内 管长不受限制，对建筑外观，场地集中
占室外空地面积
100㎡
462万元
风冷冷水式
按2人倒班，年薪5万 10万元
元计算
无
--
COP 按 2.5 计 算 ， 电 288万元
费按0.7元/度计算
298万元
投资额上看，风冷冷水机组投资较高，但运维费用更低，可3年左右收回超 出风冷直膨空调部分投资。
风冷直膨式机组能效比2.7，考虑20%冷量冗余，此部分制冷因子为 1.2/2.7=0.444。风冷冷水式机组能效比3.4，考虑20%冷量冗余，此部分制 冷因子为1.2/3.4=0.353。
在冬季利用自然冷源，提高全年能效比。
增加机组即可实现扩容，需注意预留室外机安装 增加相应机组即可实现轻松扩容。需考
空间。
虑室外机组承重。
灵活，几乎不受限制的无缝对接
可实现灵活部署，后期部署同前响小，容易避免 冷冻水管进入机房，存在水浸机房的风
和控制。
机的连管长度控制在50米以内。
等方面规划有要求的工程。
补水
除加湿器补水外，其他不涉及补水
冷冻水封闭循环，正常无需补水，加湿
器需补水
蓄冷设计
需增加UPS投资，停电时由UPS给空调供电，达 蓄冷水箱即可满足要求，安装方便，且
到停电时的制冷效果
投资少
综合
简单、可靠，在扩容性等方面其有不可比拟的优 外机占地面积较小，成本投入小，可实
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辅助系统节能
辅助系统
➢ 辅助系统包含了机房照明 ➢ 供电系统的线路损耗等
照明
➢ 为了控制机房PUE值，机房照明的照度按照机房性质进行设计，在满足 使用的情况下尽量减少每平方米的照明功率
➢ 照度标准值： ➢ IT机房：500Lx； ➢ 电力、电池室：200Lx； ➢ 空调机房：100Lx； ➢ 发电机房: 200Lx； ➢ 走廊：50 Lx。
势，低密，小规模数据中心最为常用。室外机占 现简单扩容，外机集中部署，方便运维
地面积大，不适合大面积高密机房部署。
管理。适合中小型中低密机房部署。
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制冷系统节能
项目
风冷直膨式
制冷主机及水泵 无
--
水塔控制等
100kW机组
298万元
蓄冷水箱
无
--
管材及其他安装 连接铜管及保温，连 86万元
费用
管安装人工费用等