如何利用節(jié)能解決方案打造綠色數(shù)據(jù)中心

項(xiàng)目背景

在企業(yè)既有的辦公空間改建數(shù)據(jù)中心，對數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)工程師而言是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。空間大小、樓層高度、對外窗戶的有無和數(shù)量，都會產(chǎn)生極大的影響。耗費(fèi)數(shù)據(jù)中心幾乎一半電源的空調(diào)系統(tǒng)，更是影響機(jī)房是否節(jié)能的關(guān)鍵因素。

臺達(dá)電子的臺北總部原有兩個(gè)數(shù)據(jù)中心，分處兩棟辦公大樓。新的數(shù)據(jù)中心改建項(xiàng)目計(jì)劃將兩者合而為一，達(dá)到資源集中化和系統(tǒng)整合，更可擁有高可靠度、環(huán)保、及模塊化設(shè)計(jì)下的超高擴(kuò)充性。

臺達(dá)電子作為一家在世界各地都有銷售網(wǎng)點(diǎn)、生產(chǎn)設(shè)備及研發(fā)中心的跨國企業(yè)，需要擁有高度“計(jì)算機(jī)化”的系統(tǒng)以有效處理全球業(yè)務(wù)。為保護(hù)企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）、電子郵件服務(wù)器、網(wǎng)頁服務(wù)器、及其他各種應(yīng)用程序服務(wù)器等各種重要系統(tǒng)及 IT 應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施的可靠度是最高優(yōu)先的考慮因素。

此外，可能更重要的是，臺達(dá)電子決心基于“Smarter, Greener, Together 共創(chuàng)智能綠生活”的理念，打造一個(gè)年平均電源使用效率（PUE）低于 1.43 的新機(jī)房，以符合Green Grid聯(lián)盟所定義機(jī)房效率的黃金級標(biāo)準(zhǔn)。

項(xiàng)目方案

新建成的數(shù)據(jù)中心占地約230平方米，分為冷通道封閉區(qū)A／B及熱通道封閉區(qū)C／D，共有63套機(jī)柜，計(jì)劃在5年內(nèi)達(dá)到240-280kW 的IT設(shè)備容量。另有獨(dú)立房間儲放兩套UPS及多組電池柜。用于顯示臺達(dá)InfraSuite Manager數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)、IT設(shè)備使用率、及實(shí)時(shí)視訊監(jiān)控的2x3 LCD 液晶面板電視墻，可實(shí)時(shí)、充分的對數(shù)據(jù)中心能耗進(jìn)行監(jiān)控并管理機(jī)房設(shè)備。

針對新數(shù)據(jù)中心的改造，臺達(dá)從空調(diào)系統(tǒng)、電源、機(jī)柜、環(huán)境管理系統(tǒng)四大方面入手，具體方案包括：

一、空調(diào)系統(tǒng)

諸多因素使得兩個(gè)舊機(jī)房每年耗費(fèi)大量電力。舊數(shù)據(jù)中心的PUE值高達(dá) 2.01，即每 1kW 的 IT 設(shè)備功率消耗，需要等量的非 IT 功率消耗來冷卻。新的數(shù)據(jù)中心為大幅提高能效達(dá)成 PUE 1.43 以下的目標(biāo)，臺達(dá)采取下列六大對策：

1.   1. 冷／熱通道封閉及 RowCool 系列機(jī)柜式精密空調(diào)的應(yīng)用

冷／熱通道封閉設(shè)計(jì)方案，可避免冷熱空氣混合，提高冷卻效率。搭配貼近熱源的臺達(dá)RowCool系列機(jī)柜式精密空調(diào)的應(yīng)用，可以有效移除熱點(diǎn)，避免IT設(shè)備過熱導(dǎo)致宕機(jī)。

2. 冷凍水式空調(diào)系統(tǒng)

3. 變頻 HVAC（高壓直流）系統(tǒng)

RowCool系列機(jī)柜式精密空調(diào)的連續(xù)可調(diào)式風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，及水量控制有助于大幅節(jié)能，風(fēng)扇速度降低一成，估計(jì)可節(jié)能27%。RowCool 系統(tǒng)中直流風(fēng)扇及室外機(jī)組皆采用變頻技術(shù)。冷卻水塔的風(fēng)扇采用可變氣流量控制，冰水主機(jī)和冷凝水泵浦則采用可變水流量控制。

4. 自然冷卻Free Cooling（空氣側(cè)及水側(cè)）

臺灣臺北市的天候狀況下，一年里有46%的時(shí)間可采用自然冷卻。溫度低于25℃時(shí)，空氣側(cè)自然冷卻自動啟動，將外部冷空氣導(dǎo)入機(jī)房，并將 RowCool機(jī)組、泵浦、冷卻水塔及冰水機(jī)組關(guān)機(jī)。溫度低于15℃時(shí)，水側(cè)熱交換器及冷卻水塔自然冷卻系統(tǒng)啟動，機(jī)房冰水機(jī)組則關(guān)機(jī)降低能耗。

5. 數(shù)據(jù)中心與大樓冰水主機(jī)智能同步

臺達(dá)電子的臺北總部大樓獲認(rèn)證為“鉆石級綠建筑”，能耗較一般辦公大樓低58%。大樓本身配備兩套冰水主機(jī)系統(tǒng)：

數(shù)據(jù)中心冰水機(jī)組日間關(guān)機(jī)，使用大樓高效率冰水主機(jī)。夜間數(shù)據(jù)中心冰水主機(jī)開機(jī)，為數(shù)據(jù)中心提供冷氣。數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)與大樓空調(diào)系統(tǒng)智能同步，將節(jié)能效果發(fā)揮到極致。

6. 最佳機(jī)房溫度設(shè)定

按國際標(biāo)準(zhǔn)的建議值，數(shù)據(jù)中心溫度變化范圍在18~27℃及20~25℃之間。數(shù)據(jù)中心溫度一般雖然設(shè)定在符合建議范圍的18~20℃之間，但仍有改善空間。

粗略估計(jì)，數(shù)據(jù)中心溫度每升高一度可帶來2~3%的節(jié)能。依此規(guī)則，如把冷信道的溫度從18~20℃提高到 25℃，數(shù)據(jù)中心可節(jié)能10~14%。此外，RowCool系列機(jī)柜式精密空調(diào)的入水溫度也可提高進(jìn)一步節(jié)能，通常的做法是將冰水入水溫度設(shè)定在7℃，如果提高到 13℃，數(shù)據(jù)中心可節(jié)能20%。

除空調(diào)系統(tǒng)外，臺達(dá)數(shù)據(jù)中心整體基礎(chǔ)設(shè)施解決方案還應(yīng)用到高效率電源系統(tǒng)、模塊化機(jī)柜及數(shù)據(jù)中心環(huán)境管理系統(tǒng)，使整個(gè)數(shù)據(jù)中心各方面都達(dá)到綠色節(jié)能。

二、UPS電源系統(tǒng)

數(shù)據(jù)中心對可靠度、效率及擴(kuò)充性的要求，對UPS電源系統(tǒng)是極大的挑戰(zhàn)。新數(shù)據(jù)中心所采用的臺達(dá)Modulon DPH 系列 UPS，是新一代全模塊化、可熱插入、AC-AC 效率達(dá)96% 的高性能UPS，其熱插入電源模塊可支持?jǐn)?shù)據(jù)中心從中長期的無縫升級。臺達(dá)的 PDC 及 PDU 也采用模塊化設(shè)計(jì)，例如，其輸出斷路器可熱插入、兩組配電盤各可擴(kuò)充達(dá) 42 組斷路器。PDC 及 PDU具備優(yōu)異的電源保護(hù)及監(jiān)控能力，其彈性及擴(kuò)充性可配合實(shí)際的配電需求。

三、機(jī)柜及配件

氣流管理對于配備中高功率密度機(jī)柜的機(jī)房極為重要。臺達(dá)電子的臺北總部新機(jī)房長期規(guī)劃機(jī)柜功率密度可達(dá)10~15kVA。模塊化機(jī)柜的開孔率達(dá)70%以上，可滿足高密度IT機(jī)房的需求。機(jī)柜具有高承載力，靜態(tài)承重達(dá)1420kg或動態(tài)承重達(dá)1000kg，不占太多寶貴的機(jī)房空間。

四、環(huán)境管理系統(tǒng)

臺達(dá)數(shù)據(jù)中心管理系統(tǒng)（DCIM）系統(tǒng)的 InfraSuite Manager，整合各種設(shè)施及 IT 設(shè)備于單一平臺。環(huán)境監(jiān)測器(EnviroProbe)搭配中央監(jiān)測站(EnviroStation)可以對能源、電力系統(tǒng)、空調(diào)、環(huán)境、保全、資產(chǎn)、服務(wù)器監(jiān)控等各種裝置，進(jìn)行無縫、實(shí)時(shí)及完整的管理。PUE歷史紀(jì)錄可協(xié)助 IT 管理人員，分析及了解機(jī)房電源使用的效率。

項(xiàng)目總結(jié)

這座采用多種綠色空調(diào)、電源、機(jī)柜解決方案的節(jié)能數(shù)據(jù)中心已經(jīng)改造完成并正式投入使用，可望達(dá)成以下節(jié)能效益：  

• PUE優(yōu)化：PUE 值從 2.01 改善到 1.44(2014 年 7 到 10 月)，估計(jì)可達(dá)成黃金級數(shù)據(jù)中心的目標(biāo)。在冬季氣候下，PUE 將因自然冷卻而進(jìn)一步提高。
• 節(jié)能：與兩座舊數(shù)據(jù)中心的能耗相比，新數(shù)據(jù)中心的總能耗將降低30%。
• 節(jié)省空間：臺達(dá)電子臺北總部的數(shù)據(jù)中心所占用的總空間從300平方米(兩座舊數(shù)據(jù)中心分別為170平米及130平米)縮減到230平米，減少23%。