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如何利用节能解决方案打造绿色数据中心

作者:IT168出处:论坛2015-03-19 21:31

  在企业既有的办公空间改建数据中心,对数据中心设计工程师而言是一项艰巨的任务。空间大小、楼层高度、对外窗户的有无和数量,都会产生极大的影响。耗费数据中心几乎一半电源的空调系统,更是影响机房是否节能的关键因素。

  台达电子的台北总部原有两个数据中心,分处两栋办公大楼。新的数据中心改建项目计划将两者合而为一,达到资源集中化和系统整合,更可拥有高可靠度、环保、及模块化设计下的超高扩充性。

  台达电子作为一家在世界各地都有销售网点、生产设备及研发中心的跨国企业,需要拥有高度“计算机化”的系统以有效处理全球业务。为保护企业资源规划(ERP)、电子邮件服务器、网页服务器、及其他各种应用程序服务器等各种重要系统及 IT 应用,数据中心基础设施的可靠度是最高优先的考虑因素。

  此外,可能更重要的是,台达电子决心基于“Smarter, Greener, Together 共创智能绿生活”的理念,打造一个年平均电源使用效率(PUE)低于 1.43 的新机房,以符合Green Grid联盟所定义机房效率的黄金级标准。

  项目方案

  新建成的数据中心占地约230平方米,分为冷通道封闭区A/B及热通道封闭区C/D,共有63套机柜,计划在5年内达到240-280kW 的IT设备容量。另有独立房间储放两套UPS及多组电池柜。用于显示台达InfraSuite Manager数据中心基础设施管理系统、IT设备使用率、及实时视讯监控的2x3 LCD 液晶面板电视墙,可实时、充分的对数据中心能耗进行监控并管理机房设备。

  针对新数据中心的改造,台达从空调系统、电源、机柜、环境管理系统四大方面入手,具体方案包括:

  一、空调系统

  诸多因素使得两个旧机房每年耗费大量电力。旧数据中心的PUE值高达 2.01,即每 1kW 的 IT 设备功率消耗,需要等量的非 IT 功率消耗来冷却。新的数据中心为大幅提高能效达成 PUE 1.43 以下的目标,台达采取下列六大对策:

  问题 影响 对策

  1 缺乏冷/热通道封闭 由于冷热混风,必须设定较低的温度 冷/热通道封闭

  2 传统的气冷式空调 冷却效率偏低 高效率水冷系统

  3 缺乏可变气流量及可变水流量系统 即使在低负载也使用高风扇转速 变频HVAC

  4 缺少自然冷却 春、秋或冬季无法使用外部冷空气 使用自然冷却

  (气侧及水水侧皆有)

  5 未与大楼空调系统同步 未使用大楼空调系统获得较佳能效 机房与大楼空调系统智能同步

  6 机房及冷却水温度偏低 电力需求提高 提高温度

  1.冷/热通道封闭及 RowCool 系列机柜式精密空调的应用

  冷/热通道封闭设计方案,可避免冷热空气混合,提高冷却效率。搭配贴近热源的台达RowCool系列机柜式精密空调的应用,可以有效移除热点,避免IT设备过热导致宕机。

  2.冷冻水式空调系统

  相较于传统气冷式空调系统,冷冻水式空调系统可节能三成,以 40RT(冷冻吨)的系统为例,能耗可从 1.25kW/RT 降到0.89kW/RT。

  系统 气冷 水冷

  能耗 1.25kW/RT 0.89kW/RT(减少-30%)

  3.变频 HVAC(高压直流)系统

  RowCool系列机柜式精密空调的连续可调式风扇转速,及水量控制有助于大幅节能,风扇速度降低一成,估计可节能27%。RowCool 系统中直流风扇及室外机组皆采用变频技术。冷却水塔的风扇采用可变气流量控制,冰水主机和冷凝水泵浦则采用可变水流量控制。

  4.自然冷却Free Cooling(空气侧及水侧)

  台湾台北市的天候状况下,一年里有46%的时间可采用自然冷却。温度低于25℃时,空气侧自然冷却自动启动,将外部冷空气导入机房,并将 RowCool机组、泵浦、冷却水塔及冰水机组关机。温度低于15℃时,水侧热交换器及冷却水塔自然冷却系统启动,机房冰水机组则关机降低能耗。

  5.数据中心与大楼冰水主机智能同步

  台达电子的台北总部大楼获认证为“钻石级绿建筑”,能耗较一般办公大楼低58%。大楼本身配备两套冰水主机系统:

  容量 效率 冷却范围 作业时段

  大楼冰水机组 高 高 办公区 日间

  数据中心冰水机组 低 低 机房区 夜间

  数据中心冰水机组日间关机,使用大楼高效率冰水主机。夜间数据中心冰水主机开机,为数据中心提供冷气。数据中心空调系统与大楼空调系统智能同步,将节能效果发挥到极致。

  6.最佳机房温度设定

  按国际标准的建议值,数据中心温度变化范围在18~27℃及20~25℃之间。数据中心温度一般虽然设定在符合建议范围的18~20℃之间,但仍有改善空间。

  国际标准 温度范围理想值

  TIA-942 20 ~ 25 ℃

  ASHRAE TC 9.9 18 ~ 27 ℃

  NBES 18 ~ 27 ℃

  粗略估计,数据中心温度每升高一度可带来2~3%的节能。依此规则,如把冷信道的温度从18~20℃ 提高到 25℃,数据中心可节能10~14%。此外,RowCool系列机柜式精密空调的入水温度也可提高进一步节能,通常的做法是将冰水入水温度设定在7℃,如果提高到 13℃,数据中心可节能20%。

  除空调系统外,台达数据中心整体基础设施解决方案还应用到高效率电源系统、模块化机柜及数据中心环境管理系统,使整个数据中心各方面都达到绿色节能。

  二、UPS电源系统

  数据中心对可靠度、效率及扩充性的要求,对UPS电源系统是极大的挑战。新数据中心所采用的台达Modulon DPH 系列 UPS,是新一代全模块化、可热插入、AC-AC 效率达96% 的高性能UPS,其热插入电源模块可支持数据中心从中长期的无缝升级。台达的 PDC 及 PDU 也采用模块化设计,例如,其输出断路器可热插入、两组配电盘各可扩充达 42 组断路器。PDC 及 PDU具备优异的电源保护及监控能力,其弹性及扩充性可配合实际的配电需求。

  三、机柜及配件

  气流管理对于配备中高功率密度机柜的机房极为重要。台达电子的台北总部新机房长期规划机柜功率密度可达10~15kVA。模块化机柜的开孔率达70%以上,可满足高密度IT机房的需求。机柜具有高承载力,静态承重达1420kg或动态承重达1000kg,不占太多宝贵的机房空间。

  四、环境管理系统

  台达数据中心管理系统(DCIM)系统的 InfraSuite Manager,整合各种设施及 IT 设备于单一平台。环境监测器(EnviroProbe)搭配中央监测站(EnviroStation)可以对能源、电力系统、空调、环境、保全、资产、服务器监控等各种装置,进行无缝、实时及完整的管理。PUE历史纪录可协助 IT 管理人员,分析及了解机房电源使用的效率。

  项目总结

  这座采用多种绿色空调、电源、机柜解决方案的节能数据中心已经改造完成并正式投入使用,可望达成以下节能效益:

  PUE优化:PUE 值从 2.01 改善到 1.44(2014 年 7 到 10 月),估计可达成黄金级数据中心的目标。在冬季气候下,PUE 将因自然冷却而进一步提高。

  节能:与两座旧数据中心的能耗相比,新数据中心的总能耗将降低30%。

  节省空间:台达电子台北总部的数据中心所占用的总空间从300平方米(两座旧数据中心分别为170平米及130平米)缩减到230平米,减少23%。

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关键词:节能解决方案,绿色数据中心,绿色节能

责任编辑:杨爽

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