數(shù)據(jù)中心已在企業(yè)扮演不可缺席的角色，如何在相同可靠性的架構(gòu)下降低建置及營(yíng)運(yùn)成本，將有效提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　本文將針對(duì)數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)設(shè)施有耗電的設(shè)備進(jìn)行探討，如何規(guī)劃可以滿足IT設(shè)備初期需求并可擴(kuò)充的架構(gòu)，且降低整體用電量的案例，從PUE的量測(cè)得到改善評(píng)估，討論從節(jié)能角度評(píng)估ROI的可行性。

　　一 數(shù)據(jù)中心耗電設(shè)備

　　數(shù)據(jù)中心服務(wù)的房客簡(jiǎn)單說(shuō)有服務(wù)器、儲(chǔ)存設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備等，為滿足這些設(shè)備不中斷的服務(wù)必須于電力及空調(diào)設(shè)備，在規(guī)劃有冗余功能的系統(tǒng)將會(huì)降低設(shè)備使用率，導(dǎo)致設(shè)備的效率降低及耗電增加。

　　Green Grid提供評(píng)估系統(tǒng)效能的量測(cè)方法PUE(Power Usage Effectiveness)，PUE定義如下：

　　PUE=數(shù)據(jù)中心總用電 / IT設(shè)備用電

　　其中IT設(shè)備用電包括所有的IT設(shè)備的負(fù)載，如服務(wù)器、儲(chǔ)存和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，甚至輔助設(shè)備如KVM、顯示器、工業(yè)計(jì)算機(jī)用于監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)中心。

　　數(shù)據(jù)中心總用電包括支持IT設(shè)備負(fù)載條件的用電，如：

　　?電力系統(tǒng):如UPS、配電及開關(guān)、電池和配電損失。

　　?空調(diào)系統(tǒng)：如冰水機(jī)組、機(jī)房空調(diào)機(jī)(CRAC,CRAH)、水泵及冷卻水塔等。

　　?服務(wù)器、儲(chǔ)存設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

　　?其他雜項(xiàng)設(shè)備，如數(shù)據(jù)中心照明負(fù)載、監(jiān)控門禁系統(tǒng)及消防系統(tǒng)。

　　圖1 數(shù)據(jù)中心PUE量測(cè)位置

　　相對(duì)的各系統(tǒng)的可靠性及電力系統(tǒng)量測(cè)位置會(huì)對(duì)PUE有不同的結(jié)果，因此IT設(shè)備用電量測(cè)位置有三處，分為UPS的輸出、PDU(配電設(shè)備)的輸出及IT設(shè)備的實(shí)際用電如圖1標(biāo)示說(shuō)明，提供給使用者量測(cè)依據(jù)，作為能源使用效率評(píng)估的比較基準(zhǔn)，此三種量測(cè)在量側(cè)位置及取樣時(shí)間有差異，但這三種PUE量測(cè)均可以為下列改變作來(lái)評(píng)估依據(jù)：

　　?是否有機(jī)會(huì)提高數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營(yíng)效率。

　　?如何建置比較有競(jìng)爭(zhēng)力的數(shù)據(jù)中心。

　　?隨時(shí)間提高數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)及營(yíng)運(yùn)效能。

　　?是否可以利用額外的IT設(shè)備的資源。

　　我們將使用此PUE定義中的第二類PDU輸出為量測(cè)位置(舊機(jī)房因數(shù)據(jù)采集困難將使用UPS輸出為計(jì)算基礎(chǔ))，作為我們新機(jī)房能源使用狀況的評(píng)估依據(jù)。

　　二 數(shù)據(jù)中心新建及改善計(jì)劃

　　A.既有機(jī)房狀況

　　舊大樓內(nèi)的機(jī)房已經(jīng)使用超過(guò)10年，IT設(shè)備增加造成電力容量由原本的冗余架構(gòu)變?yōu)閿U(kuò)容使用，可靠性已經(jīng)明顯下降，日積月累的機(jī)柜內(nèi)線纜，也影響到機(jī)柜內(nèi)散熱及可用性如下圖2-1。加上傳統(tǒng)老舊的空間配置規(guī)劃，未能于機(jī)房?jī)?nèi)有適當(dāng)?shù)臍饬?，?dǎo)致冷熱風(fēng)混合，降低了空調(diào)的效率如圖2-2。同時(shí)，舊機(jī)房亦無(wú)環(huán)境及基礎(chǔ)設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng)，消防系統(tǒng)也非機(jī)房專用，僅僅提供手持滅火器，已經(jīng)不能滿足營(yíng)運(yùn)要求。舊機(jī)房使用狀況說(shuō)明如下：

　　1. 總用電約70,730W

　　2. 既設(shè)有20的服務(wù)器柜及3個(gè)網(wǎng)絡(luò)柜

　　3. 使用面積約193米平方公尺

　　4. 使用人數(shù)約2600人

　　圖2-1 機(jī)房的歷史包袱

　　圖2-2 機(jī)房?jī)?nèi)空間規(guī)劃不當(dāng)，無(wú)法有效散熱，空間使用率也低

　　圖2-3 TIA 942建議Tier2及Tier 4架構(gòu)

　　B.改善目標(biāo)及計(jì)劃

　　很幸運(yùn)我們有機(jī)會(huì)參與規(guī)劃建置新機(jī)房或于舊大樓改善舊機(jī)房的討論，透過(guò)與機(jī)房管理者匯整的IT設(shè)備數(shù)量及未來(lái)5年預(yù)估成長(zhǎng)所會(huì)增加的設(shè)備數(shù)量，來(lái)估算機(jī)房的使用面積需求(機(jī)柜數(shù)量)、用電量、空調(diào)制冷量及環(huán)境管理等基礎(chǔ)設(shè)施。

　　當(dāng)然以使用者的第一反應(yīng)會(huì)希望全部選擇最高等級(jí)的設(shè)計(jì)方案，但費(fèi)用要最低，可以想象這種事情似乎很難發(fā)生在現(xiàn)實(shí)的社會(huì)里，因此與使用者開會(huì)討論，確認(rèn)下列主要需求：

　　1. 系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)應(yīng)TIA 942的需求Tier 2

　　2. 中高密度運(yùn)用(最大12 Kva/Rack)

　　3. 機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施管理管理系統(tǒng)

　　4. 節(jié)能要求(PUE1<1.5)

　　5. 極早期及主動(dòng)消防系統(tǒng)

　　6. 冷熱通道規(guī)劃

　　7. 機(jī)房用電量需可以成長(zhǎng)50%，機(jī)柜空間需有30%的擴(kuò)充能力。

　　8. 人員進(jìn)出機(jī)房需分流，方便管理及施工

　　在充分了解需求將其轉(zhuǎn)變成實(shí)體的設(shè)備量，并且善加運(yùn)用環(huán)境規(guī)劃節(jié)能計(jì)劃，經(jīng)過(guò)計(jì)算及討論確認(rèn)下列事項(xiàng)可以達(dá)成：

　　1. 22個(gè)服務(wù)器柜及8個(gè)網(wǎng)絡(luò)柜

　　2. UPS容量初期需要90Kva以上，可以成長(zhǎng)到135Kva，并且為N+X的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　3. 空間規(guī)劃為主機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)區(qū)、電力室、操作室及儲(chǔ)存室等

　　4. 冷信道120公分以上，熱通道90公分以上

　　5. 整體環(huán)境將有1/3(從歷史數(shù)據(jù)上有121天)的時(shí)間氣溫低于15℃，可以結(jié)合熱交換器進(jìn)行節(jié)能。

　　6. 建立兩套冰水系統(tǒng)的交替運(yùn)行，并透過(guò)水冷及氣冷不同的系統(tǒng)，避免停水的困擾。再者運(yùn)用夜間室外溫度較低之特性，于夜間運(yùn)行氣冷冰水系統(tǒng)，日間運(yùn)行水冷冰機(jī)系統(tǒng)，如室外環(huán)境氣溫低于冰水回水溫度(目前設(shè)定2℃溫度差以上)，亦可使用熱交換氣作為部分降溫，在由冰水機(jī)系統(tǒng)作送水溫度(7.2℃)的控制。

　　7. 室外溫度低于15℃時(shí)，可以依室內(nèi)的發(fā)熱量作到自然冷卻，如發(fā)熱量過(guò)大或太集中，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)冰水機(jī)系統(tǒng)補(bǔ)足制冷需求。

　　將上述的概念，于規(guī)劃圖紙上依設(shè)備擺放、樓高狀況及動(dòng)線規(guī)劃出平面圖，轉(zhuǎn)成3D的圖像將可以讓用戶更清楚整體布置，如下圖3-1及3-2。

　　圖3-1 與建物相關(guān)3D規(guī)劃圖

　　圖3-2 機(jī)房配置3D規(guī)劃圖

　　如此的規(guī)劃是否可以在可靠性不妥善的狀況下，做到節(jié)能的要求，我們依規(guī)劃使用的產(chǎn)品及解決方案的特性，計(jì)算此機(jī)房于運(yùn)行的狀況下可能的PUE值，如下表3-1，因此機(jī)房并非于樓頂層，且直接與外墻接觸的部份已經(jīng)規(guī)劃為維修信道，環(huán)境熱負(fù)荷量將影響有限，位置選擇也供獻(xiàn)部分節(jié)能。

　　表3-1 機(jī)房能源使用效率概算(PUE)

　　從設(shè)計(jì)確認(rèn)到工程完工的施工期約50天，完工照片如下圖3-3至圖3-6。

　　圖3-3 服務(wù)器機(jī)房(冷通道)

　　圖3-4 服務(wù)器機(jī)房(熱信道及熱信道封閉)

　　圖3-5 網(wǎng)絡(luò)機(jī)房(使規(guī)劃冷通道封閉)

　　圖3-6 室外設(shè)備配置，包括氣冷及水冷冰機(jī)及熱交換器等設(shè)備

　　C.目標(biāo)檢驗(yàn)

　　針對(duì)幾項(xiàng)達(dá)成的目前說(shuō)明如下：

　　C-1電力可靠性滿足Tier 2

　　UPS系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，最大可以擴(kuò)容到200Kva/Kw(Pf=1)，初期可以做到N+X的冗余，UPS的控制器、電力模塊、靜態(tài)旁路開關(guān)等均為熱抽換設(shè)計(jì)，大大降低系統(tǒng)修復(fù)時(shí)間，且電力模塊亦內(nèi)建有控制器的功能，UPS具有多個(gè)控制器的設(shè)計(jì)，達(dá)到于控制器也冗余的功能，如UPS需進(jìn)行修復(fù)，在修復(fù)過(guò)程亦可以為UPS保護(hù)輸出，可說(shuō)是做到MTTR(Mean Time To Recover)趨近于0的概念。

　　UPS輸出設(shè)計(jì)為雙回路供電，避免人員操作錯(cuò)誤及開辟故障所造成的斷電問(wèn)題，也滿足IT設(shè)備需要雙電源供電的需求。日后如要將電力系統(tǒng)更新為從UPS到IT設(shè)備雙路供電，僅需將其中一路配電柜(PDC:Power Distribution Cabinet)電源改接到新的UPS輸出即可達(dá)成。

　　機(jī)柜內(nèi)配電亦采用模塊化概念，單一配電設(shè)備PDU(Power Distribution Unit)可以提供6.6 KVA的容量，于每一機(jī)柜內(nèi)配置兩只安裝于后方兩測(cè)，達(dá)到雙電源供電。如需要提供更高的機(jī)柜用電密度，每一機(jī)柜設(shè)計(jì)有多達(dá)4只PDU可供安裝，又不會(huì)占用機(jī)柜內(nèi)安裝IT設(shè)備的U數(shù)空間(目前設(shè)計(jì)的機(jī)柜為42U高)，達(dá)到垂直擴(kuò)容節(jié)省機(jī)房空間。

　　C-2機(jī)房能源使用效率PUE的改善

　　舊機(jī)房在負(fù)載幾乎滿載的情況下，總用電量約為70.7 KW，PUE約為1.85。于新機(jī)房啟用后總用電下降為53.0 KW，新機(jī)房PUE為1.41(2012.10~2013.2平均值)，整體機(jī)房節(jié)能約23.7%，但就基礎(chǔ)設(shè)置的節(jié)能來(lái)看節(jié)能比例就快接近50%，有顯著的改善效率。

　　于今年二月再針對(duì)送水系統(tǒng)增加變頻功能，三月份量測(cè)到的PUE值也進(jìn)一步改善到1.34。

　　C-3空間或占地面積的改善

　　如何降低機(jī)房所占面積以及基礎(chǔ)設(shè)施所占的比例?對(duì)于部分機(jī)房用戶來(lái)說(shuō)，面積根本不是問(wèn)題，但對(duì)于那些位于商業(yè)區(qū)的數(shù)據(jù)中心機(jī)房和舊機(jī)房的擴(kuò)容改造，或者是辦公室改建為機(jī)房的用戶來(lái)說(shuō)，所需的面積將會(huì)是個(gè)令人頭痛的問(wèn)題，這里所談的占用面積將包括服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、監(jiān)控室及儲(chǔ)存測(cè)試區(qū)、輸入出配電柜及UPS系統(tǒng)及空調(diào)系統(tǒng)等。

　　此案舊機(jī)房總共使用193米平方的室內(nèi)空間，新機(jī)房在扣除來(lái)賓參訪走道，實(shí)際的機(jī)房面積為164米平方的室內(nèi)空間，在考慮未來(lái)擴(kuò)容需求之下，做到15%的面積節(jié)省。減少機(jī)房的占地面積，同時(shí)也降低機(jī)房裝修成本、配電及配管的工程費(fèi)用、消防系統(tǒng)及氣體成本，每月的空間使用費(fèi)用也有29米平方的減少(約8.9坪)。

　　此建置過(guò)程中其他成效有：

　　1.機(jī)房基礎(chǔ)設(shè)施管理管理系統(tǒng)，成果如下圖4-1及4-2所示

　　2.極早期及主動(dòng)消防系統(tǒng)

　　3.冷熱通道規(guī)劃

　　4.未來(lái)擴(kuò)充能力及線纜管理功能

　　5.將整體機(jī)房分成4大區(qū)，服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、電力及操作展示區(qū)，達(dá)成人員分流及管理要求。

　　6.采用高達(dá)96%效率的UPS，于低載30%負(fù)荷就可以達(dá)到90%的效率。

　　7.建置緊急排熱系統(tǒng)，于市電停電情況下，能偵測(cè)冰水溫度及熱信道的溫度狀況，自動(dòng)啟動(dòng)排熱功能，延長(zhǎng)機(jī)房因停電無(wú)空調(diào)導(dǎo)致熱當(dāng)機(jī)的時(shí)間。

　　圖4-1 環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)(1)

　　圖4-2環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)(2)

　　三 結(jié)論

　　于建置機(jī)房前充分的討論并設(shè)定目標(biāo)，透過(guò)專業(yè)人員及選用適當(dāng)產(chǎn)品，可以達(dá)到對(duì)高可靠、節(jié)能、日后擴(kuò)充、可管理性及維修性等要求。

　　采用節(jié)能產(chǎn)品會(huì)提高建置成本，但相對(duì)的可以降低日后的營(yíng)運(yùn)成本(電費(fèi)、面積成本、消防系統(tǒng)及管理費(fèi)用等)，本案電費(fèi)節(jié)省約可以于1.5~2年的時(shí)間內(nèi)將建置差額回收，機(jī)房使用十年以上來(lái)看，確實(shí)是值得投資。

（轉(zhuǎn)載）