谈数据中心在节能工作中遇到的问题

　　当前，数据中心节能降耗工作仍存在一些问题，本文对这些问题进行整理，供大家参考。能耗测量是当前数据中心节能降耗工作的重心，在测量方法上应严格的按照PUE的定义规定的内容（范围）进行测量，不科学的容量规划设计严重地影响了数据中心的能效，在使用机架功率密度规划数据中心总容量和供电制冷方案时，应参考平均机架功率密度和最大机架功率密度。

　　当前，节能已成为数据中心规划设计和运行的最重要的工作之一，这其中包括节能技术和方案研究、节能设备研究、各部门和行业节能指标的制定、节能测量标准的研究和制定，还有行业舆论的推进等，但在数据中心节能降耗工作中仍存在两大问题。

　　数据中心节能降耗缺乏指导性的标准。包括缺乏科学的能耗测量方法、缺乏节能规划设计和节能技术改造的数字依据、缺乏节能规划、设计和节能技术改造的评估和验收标准。

　　总体规划设计的缺欠严重地影响了节能规划指标的实现。在数据中心规划设计中充斥了各种各样的传统观念、误导和误解、不科学的设计方法、不规范不科学的用电容量统计方法等，使预期的节能降耗指标难以实现。

　　能耗测量是当前数据中心节能降耗工作的重心，当前能效规划和测量中普遍存在的问题包含：

　　1、IT设备的能耗测量不全面、不准确；

　　2、数据中心总输入功率测量不全面、不准确；

　　3、偷换概念，以子系统的能耗比例代替整个数据中心的能耗指标PUE；

　　4、以主观臆断的数据规划系统能耗指标。

　　观点与建议

　　第一，测量方法应严格的按照PUE的定义规定的内容（范围）进行测量。

　　测量内容（范围）要全面

　　IT设备能耗：要测量出实际运行能耗数据，要测量IT设备输入点的数据，如果取UPS输出的数据，就要考虑配电效率；

　　数据中心总输入功率：输入能源有三部分：主供电电网、发电机、非主供电电网（由个别设备引入）。太阳能、风能等再生能源，最终都以输入到数据中心的电能表示，所有的测量数据都要折算到变压器高压输入端。

　　IT供电系能耗：要测量从高压输入到机架PDU的所有设备和环节，包括变压器、各级配电开关、线缆传输、UPS、列头柜、机架PDU等环节。

　　空调制冷系统的能耗：要从高压输入到各种设备的输入端，包括变压器、各级配电开关、冷水机组、冷却塔、水泵、电动节门、水处理、干冷器、空调制冷、湿度调节、新风系统等。

　　其它设备能耗：包括消防、安防、环境动力监控、机房照明等。

　　测量的时间性

　　考虑IT设备负荷的动态特性和机房室外环境的影响，要注意测量的时间性、连续性、同时性和数据的稳定性。

　　第二，不要与供电和空调制冷负载系数 CLF和PLF混淆。

　　为了推广节能新技术和新产品，以便对节能改造和新技术新产品应用的效果作出定量的分析和评估，在业内推出整个系统的节能指标PUE的同时，又定义了IT设备供配电负载系数 PLF（ Power Load Factor）和空调制冷负载系数 CLF（Cooling Load Factor）两个指标，分别描述供电和制冷两个系统的能耗状态和节能效果。

　　PLF（Power Load Factor）= PPower / PIT

　　CLF （Cooling Load Factor）= PCooling / PIT

　　于是，有的数据中心规划设计集成商和新技术新产品提供商，就以CLF 或PLF代替PUE，这种混淆概念的做法对数据中心节能改造的工作是不利的。

　　第三，根据效率测试要求和测试条件，选择对应的效率测试：实时效率测试和实际效率测试。

　　1）实时效率测试：主要用于节能研究，包括基础设施规划设计方案能效水平、节能设计和节能改造的节能效果、节能设备应用的节能效果等。这种测试以系统、子系统和设备的实时测试数据为依据，测试结果受各种因素的影响，包括IT系统工作状态、测试时间、测试季节、各种数据测试的同时性等。

　　2）实际效率测试：主要用于评估数据中心的能效水平，这种测试以系统在一个时间段内（例如一年）运行的实际用电数据为主，这些数据主要来自系统配置的有功电度计量显示装置。

　　第四，不同规模不同供电制冷方案的PUE没有可比性，实时效率测试与实际效率测试数据没有可比性，PUE值小到多少为最佳却没有相关的标准可循，不同规模不同可用性等级的数据中心的PUE是不同的。

　　在《ANSI/TIA –942-2005数据中心通信基础设施标准》中规定了四个等级。影响供电系统效率的主要因素是设备利用率，在供电设备和负载率相同的情况下，随着从等级I到等级IV冗余程度的提高，PLF（PUE）肯定会随之增大。

　　“等级I”为基本型，没有冗余的组成部分，如果没有配置UPS，PLF值可降到0.05（只有变压器、配电和线缆的损耗）。如果配置了UPS，而UPS输出容量利用率可高达60%，此时UPS效率可达90%，但同时谐波造成的传输损耗加大0.02，结果整个系统的 PLF值增加到0.17.

　　“等级II”的数据中心中的关键设备（UPS）采用了部件冗余配置（N+1）。此时UPS输出容量利用率降到30%，UPS效率降低到≤85%，再加上谐波造成的传输损耗加大0.02，则PLF值增加到0.22.

　　“等级III”是同时可维修系统，“等级IV”是故障容错系统，以“等级IV”为例，供电系统肯定是2N（双总线系统），UPS以及其它所有供电设备的容量利用率都再次降低，与“等级II”相比，PLF值会增加到≥0.25.

　　不科学的容量规划设计严重地影响了数据中心的能效

　　设备容量利用率低下是数据中心基础设施能效低的最主要的原因，但数据中心的绝大多数问题都起源于规划设计，基础设施能效低下是传统设计造成的。规划设计决定着数据中心的性质、商业需求目标、规模，近期和远期升级扩展计划、可用性级别、能源效率预期目标。它指导和规定了数据中心建设的整个过程，实际上对设备选型、施工安装和运行维护等都做了严格明确的规定。所以，确定数据中心的建设规模需要考虑以下问题：

　　1）目前业务需求和未来一定时期内的扩展需求，根据大多数企业的运营经验，至少要保证数据中心有5年的扩展能力；

　　2）充分考虑企业的经济规模，即项目投入与预计产出比是否处于最优状态、资源和资金的使用是否高效。

　　3）确定拟建规模的可行性，重点考虑资源状况是否满足拟建规模的要求，主要包括场地空间、能源供应、项目资金状况等方面；

　　4） 充分考虑企业所在行业的现状、发展趋势和行业特点；

　　5）对于改造项目，在保持项目可用性和可靠性的前提下，应充分考虑原有设备和设施的有效利用。

　　节能取决于规划设计，如果规划设计做的不好，则会影响节能。当前确定数据中心功率总容量的方法存在一些误区，如根据主管臆断确定新建数据中心建筑规模，根据规划主机房面积确定可安装的IT机架数目，凭主观臆断确定机架平均功率容量（4KW或5KW），通过计算IT设备供电总容量来确定供电和制冷系统方案和规模。

　　如果以每个机架4KW或5KW作为最基本的元素进行总容量和规模的规划设计依据，可能满足不了可能存在的更高功率密度机架（例如8KW、12KW）的配电和制冷的要求，特别是制冷系统方案设计，可能根本无法满足高密度机架正常运行的要求。也因此极大的扩大了基础设施规模，不仅增大了一次性投入成本和运行成本，还会因为基础设施容量利用率过渡低下，使数据中心在整个生命周期内都在很低的效率下运行，规划设计的能效指标预期值根本无法实现。

　　这便导致了很多新建的数据中心在运行三年后，设备利用率还低于10%，PUE值却大于3，再加上供电和制冷规划设计的缺欠和错误，可能在数据中心的整个生命周期内，都无法或者根本没有条件扩展到规划设计满负荷，花了10000平米的建设投资，建的可能是6000平米的数据中心。

　　在使用机架功率密度规划数据中心总容量和供电制冷方案时，应参考平均机架功率密度和最大机架功率密度，最大机架功率密度用来规划设计制冷和配电方案，平均机架功率密度用来计算主机房乃至整个数据中心的总容量。用计算出的机架平均功率密度来判断是否是高密度数据中心，其实机架平均功率密度2-3KW就算是高密度数据中心。

　　机架功率密度的实际分布情况参考：

　　●低功率密度机架：<1KW，平均0.4W，占机架总数的10%；

　　●一般功率密度机架：1-3KW，平均1.5W，占机架总数的40%；

　　●高功率密度机架：2-5KW，平均3W，占机架总数的40%

　　●特高功率密度机架：8-20KW，平均12KW，占机架总数的10%.