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如何利用節能解決方案打造綠色數據中心

http://m.sharifulalam.com 2015-03-04 13:32 來源:臺達集團

項目背景

在企業既有的辦公空間改建數據中心,對數據中心設計工程師而言是一項艱巨的任務。空間大小、樓層高度、對外窗戶的有無和數量,都會產生極大的影響。耗費數據中心幾乎一半電源的空調系統,更是影響機房是否節能的關鍵因素。

臺達電子的臺北總部原有兩個數據中心,分處兩棟辦公大樓。新的數據中心改建項目計劃將兩者合而為一,達到資源集中化和系統整合,更可擁有高可靠度、環保、及模塊化設計下的超高擴充性。

臺達電子作為一家在世界各地都有銷售網點、生產設備及研發中心的跨國企業,需要擁有高度“計算機化”的系統以有效處理全球業務。為保護企業資源規劃(ERP)、電子郵件服務器、網頁服務器、及其他各種應用程序服務器等各種重要系統及 IT 應用,數據中心基礎設施的可靠度是最高優先的考慮因素。

此外,可能更重要的是,臺達電子決心基于“Smarter, Greener, Together 共創智能綠生活”的理念,打造一個年平均電源使用效率(PUE)低于 1.43 的新機房,以符合Green Grid聯盟所定義機房效率的黃金級標準。

項目方案

新建成的數據中心占地約230平方米,分為冷通道封閉區A/B及熱通道封閉區C/D,共有63套機柜,計劃在5年內達到240-280kW 的IT設備容量。另有獨立房間儲放兩套UPS及多組電池柜。用于顯示臺達InfraSuite Manager數據中心基礎設施管理系統、IT設備使用率、及實時視訊監控的2x3 LCD 液晶面板電視墻,可實時、充分的對數據中心能耗進行監控并管理機房設備。

針對新數據中心的改造,臺達從空調系統、電源、機柜、環境管理系統四大方面入手,具體方案包括:

一、空調系統

諸多因素使得兩個舊機房每年耗費大量電力。舊數據中心的PUE值高達 2.01,即每 1kW 的 IT 設備功率消耗,需要等量的非 IT 功率消耗來冷卻。新的數據中心為大幅提高能效達成 PUE 1.43 以下的目標,臺達采取下列六大對策:

問題

影響

對策

1

缺乏冷/熱通道封閉

由于冷熱混風,必須設定較低的溫度

冷/熱通道封閉

2

傳統的氣冷式空調

冷卻效率偏低

高效率水冷系統

3

缺乏可變氣流量及可變水流量系統

即使在低負載也使用高風扇轉速

變頻HVAC

4

缺少自然冷卻

春、秋或冬季無法使用外部冷空氣

使用自然冷卻

(氣側及水水側皆有)

5

未與大樓空調系統同步

未使用大樓空調系統獲得較佳能效

機房與大樓空調系統智能同步

6

機房及冷卻水溫度偏低

電力需求提高

提高溫度

  1. /熱通道封閉及 RowCool 系列機柜式精密空調的應用

冷/熱通道封閉設計方案,可避免冷熱空氣混合,提高冷卻效率。搭配貼近熱源的臺達RowCool系列機柜式精密空調的應用,可以有效移除熱點,避免IT設備過熱導致宕機。

  1. 冷凍水式空調系統

相較于傳統氣冷式空調系統,冷凍水式空調系統可節能三成,以 40RT(冷凍噸)的系統為例,能耗可從 1.25kW/RT 降到0.89kW/RT。

系統

氣冷

水冷

能耗

1.25kW/RT

0.89kW/RT(減少-30%)

  1. 變頻 HVAC(高壓直流)系統

RowCool系列機柜式精密空調的連續可調式風扇轉速,及水量控制有助于大幅節能,風扇速度降低一成,估計可節能27%。RowCool 系統中直流風扇及室外機組皆采用變頻技術。冷卻水塔的風扇采用可變氣流量控制,冰水主機和冷凝水泵浦則采用可變水流量控制。

  1. 自然冷卻Free Cooling(空氣側及水側)

臺灣臺北市的天候狀況下,一年里有46%的時間可采用自然冷卻。溫度低于25℃時,空氣側自然冷卻自動啟動,將外部冷空氣導入機房,并將 RowCool機組、泵浦、冷卻水塔及冰水機組關機。溫度低于15℃時,水側熱交換器及冷卻水塔自然冷卻系統啟動,機房冰水機組則關機降低能耗。

  1. 數據中心與大樓冰水主機智能同步

臺達電子的臺北總部大樓獲認證為“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系統:

容量

效率

冷卻范圍

作業時段

大樓冰水機組

辦公區

日間

數據中心冰水機組

機房區

夜間

數據中心冰水機組日間關機,使用大樓高效率冰水主機。夜間數據中心冰水主機開機,為數據中心提供冷氣。數據中心空調系統與大樓空調系統智能同步,將節能效果發揮到極致。

  1. 最佳機房溫度設定

按國際標準的建議值,數據中心溫度變化范圍在18~27℃及20~25℃之間。數據中心溫度一般雖然設定在符合建議范圍的18~20℃之間,但仍有改善空間。

國際標準

溫度范圍理想值

TIA-942

20 ~ 25 ℃

ASHRAE TC 9.9

18 ~ 27 ℃

NBES

18 ~ 27 ℃

粗略估計,數據中心溫度每升高一度可帶來2~3%的節能。依此規則,如把冷信道的溫度從18~20℃ 提高到 25℃,數據中心可節能10~14%。此外,RowCool系列機柜式精密空調的入水溫度也可提高進一步節能,通常的做法是將冰水入水溫度設定在7℃,如果提高到 13℃,數據中心可節能20%。

除空調系統外,臺達數據中心整體基礎設施解決方案還應用到高效率電源系統、模塊化機柜及數據中心環境管理系統,使整個數據中心各方面都達到綠色節能。

二、UPS電源系統

數據中心對可靠度、效率及擴充性的要求,對UPS電源系統是極大的挑戰。新數據中心所采用的臺達Modulon DPH 系列 UPS,是新一代全模塊化、可熱插入、AC-AC 效率達96% 的高性能UPS,其熱插入電源模塊可支持數據中心從中長期的無縫升級。臺達的 PDC 及 PDU 也采用模塊化設計,例如,其輸出斷路器可熱插入、兩組配電盤各可擴充達 42 組斷路器。PDC 及 PDU具備優異的電源保護及監控能力,其彈性及擴充性可配合實際的配電需求。

三、機柜及配件

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

四、環境管理系統

臺達數據中心管理系統(DCIM)系統的 InfraSuite Manager,整合各種設施及 IT 設備于單一平臺。環境監測器(EnviroProbe)搭配中央監測站(EnviroStation)可以對能源、電力系統、空調、環境、保全、資產、服務器監控等各種裝置,進行無縫、實時及完整的管理。PUE歷史紀錄可協助 IT 管理人員,分析及了解機房電源使用的效率。

項目總結

這座采用多種綠色空調、電源、機柜解決方案的節能數據中心已經改造完成并正式投入使用,可望達成以下節能效益:

  • PUE優化:PUE 值從 2.01 改善到 1.44(2014 年 7 到 10 月),估計可達成黃金級數據中心的目標。在冬季氣候下,PUE 將因自然冷卻而進一步提高。
  • 節能:與兩座舊數據中心的能耗相比,新數據中心的總能耗將降低30%。
  • 節省空間:臺達電子臺北總部的數據中心所占用的總空間從300平方米(兩座舊數據中心分別為170平米及130平米)縮減到230平米,減少23%。
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