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1、数据中心数据中心 PUEPUE 分析及节能措施初探分析及节能措施初探在云计算、大数据的催生下，巨型数据中心如雨后春笋，遍地开花，随之而来的是电资源的瓶颈，要求我们尽可能提升数据中心的能源效率。PUE 可作为能源效率衡量工具，调整能耗关键点，优化系统趋向合理配置。标签：数据中心节能;PUE 分析数据中心是实现数据信息的集中处理、存储、传输、交换、管理等业务的服务平台。从物理层次看，数据中心主要由 IT 设备、配电系统和空调系统 3 部分构成。IT 设备是实现数据中心功能的核心部分，配电和空调系统则用以保障 IT设备系统的正常运行。其中，配电系统用于直流、交流转换，并确保为 IT 设备提供可靠、高
2、质量的电源;空调系统保障 IT 设备在正常的温度和湿度下工作。绿色数据中心是在传统的数据中心架构基础上，通过先进的技术和方案以达到最高能效以及最低的环境影响。若要达到绿色数据中心的标准，除了要应用高效节能的 IT 设备外，通过一系列节能措施降低空调系统和配电系统的能耗也极为关键。业内常用 PUE（Power Usage Effectiveness）作为数据中心的能效指标来评价数据中心是否高效。1 PUE 定义PUE：能量使用效率 Power Usage EffectivenessPUEIT 设备能耗包括所有相关的 IT 设备的负荷，如计算设备、存储设备、网络设备，也包括辅助设备如 KVM 转换
3、器、监视器和工作站等。全部设备能耗包括以下所有支持 IT 设备运行的设备能耗：（1）供配电、照明设备，如发电机、变压器、开关柜、配电箱、列头柜、UPS、电池、灯具等。（2）空调设备，如冷水机组、机房精密空调、直接蒸发制冷设备、新风空调设备、水泵和冷却塔等。（3）计算设备、网络设备、存储设备。同等情况下（如数据中心等级、负载率、地理位置、规模相当），PUE 数值越低意味数据中心能源效率越高、越节能。目前国内外已建成的机房的 PUE 数值大致在 1.42.2 之间。对于 IT 企业来讲，只有建设低能耗的机房，才能更好地满足不断增长的计算、传输和存储的需求，才能降低能耗成本，减少整个企业的建设成本和
4、运行成本，使企业保持竞争力，以迎接更多的商业需求和挑战。2 PUE 因子其中：CLF 制冷能效因子 Cooling Load Factor代表单位功率 IT 负载上消耗的制冷用电量PLF 电力能效因子 Power Load Factor代表单位功率 IT 负载上供电系统的损耗PUE 是一个趋向于 1 的值，越接近 1，说明数据中心全部电量基本全部供应给 IT 设备，此数据中心电能利用率最高。图 1：PUE 影响因素分析图如下：图 1 PUE 影响因素分析图3 数据中心能耗分析图 2 数据中心各系统能耗占比（图示资料来源：EYP Missions Critical Facilities Inc.
5、）IT 能耗是数据中心的根源。影响 IT 能耗的因素主要有：IT 设备性能，设备利用率（虚拟化、服务器整合能大幅提升设备利用率），供电效率等。散热系统能耗是除 IT 系统外能耗的最大能耗，通常由风扇能耗（空气流动耗能）和空调制冷系统能耗组成。数据中心运行过程中，风扇能耗主要取决于机房内部的气流组织，即风扇与 IT 机柜的位置，如远端送风（下送风空调或上送风空调）、机柜周围送风（列间空调或吊顶空调）、机柜内送/排风（前板送风或后门排风）。制冷系统能耗受负载率、机房环境温湿度、室外环境温湿度影响较大。供电系统能耗通常由电源保护设备（如UPS、HVDC、直流电源）、变压器、配电柜、线缆等能耗组成，电
6、源保护设备的能耗占比达 70%。电源保护设备的能耗主要取决于设备能源效率和负载率。照明等能耗在数据中心的占比很少，通常与数据中心的建筑面积相关，通过选用节能灯具、选择性开闭照明的方法节能。数据中心能源效率的提升，最重要的是散热系统，其次是电源保护设备。4 降低 PUE 的方法4.1 采用模块化理念，尽量达到IT 设备满负载，配套设施满载运转，提高能效利用率。4.2 可考虑的节能措施，包括：（1）控制设备能效比：控制空调、电源、照明设备能效比，尽量少输入，多产出。如：提高冷水机组 COP 值、提高冷却塔冷却效率、提高水泵能效、降低 UPS 损耗、变压器损耗等。（2）变频设备的采用：通过变频，随负
7、载量调节设备转速，从而降低电耗。如：变频离心冷水机组、变频水泵、冷却塔风扇变频等。（3）采用节能设计，如自然冷却、新风引入、照明分路设计等，减少设备开启时间，降低全年电量输入。（4）能源管理系统的建立：运营中对能耗监测、分析、调整，使得根据运行状况，调整能耗比例到最合理状态。4.3 降低 PUE，空调系统是关键国内大型数据中心，一般采用水冷架构为数据中心散热，结构如下图：（1）公式计算CLF注释：D-耗电量，Q-制冷量;DIT-IT耗电量;Q 建筑-建筑冷负荷（2）影响因素及采用措施根据以上公式，要降低 CLF，应采用以下方法及措施序号 方法 措施1 降低冷水机组功耗提高冷水机组 COP 值
8、冬季自然冷却、变频冷水机组2 降低 Q 建筑（面积冷负荷）减少建筑围护冷负荷、减少照明冷负荷、选用节能灯具、选择性开闭照明、减少人员冷负荷，无人值守机房3 提高 IT 设备电功耗 提高 IT 设备负载率，模块化部署4 降低水泵电功耗 水泵变频5 降低冷却塔电功耗 冷却塔风扇变频6 降低空调末端电功耗（提高换热效率）1、优化气流组织冷热分区封闭冷通道、封闭热通道2、降低空调耗电EC 风机独立加湿群控系统送风地板3、高密度解决方案精确近端制冷：背板冷门，列间制冷末端制冷设备耗电低7 降低新风机组电功耗 新风预处理，保持室内正压隔离型热交换器等8 降低补水设备电功耗 补水泵变频（3）系统制冷因子数5 结束语近年来随着 IT 技术的大发展，越来越多的数据中心在全国各地拔地而起，数据中心高度集成和高耗能的特点，促使节能分析和研究的深度和广度逐步加强，越来越多的节能设计方案得到应用的，越来越多的节能产品得到推广。降低数据中心 PUE 值、实现数据中心的节能运行，具有重要的现实意义。