數據中心電源使用率與能耗分析

朱奇峰

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 概述

作為一種高能耗的產業，數據中心不僅給使用者帶來很大壓力，也給社會能源消耗造成很大的負擔。因此，相關人員在建立數據中心時會充分考慮電能的利用率，并將其作為檢驗數據中心能耗的重要指標，而如何有效降低電能利用率已然成為業內關注的重點。最新出臺的《數據中心設計規范》GB50174-2017中對數據中心電能和水的利用率的檢測和計算進行了嚴格的規定，也有大批企業在實際工作中將數據中心電能利用率的節能問題作為考核重點，在當前數據中心的建設和運行維護中，電能的利用率已成為重要的參考指標[1]。

2 能耗分析

2.1 IT設備能耗

在數據中心中，IT設備是最為關鍵的部分，因而IT設備的能耗也是數據中心能耗的重要組成部分。相關資料顯示，IT設備的能耗幾乎占據整個數據中心能耗的一半，且主要集中在服務器、交換器、路由和存儲設備上，其中服務器系統能耗占據IT設備總能耗的50%，存儲系統大約占據35%，通信設備則大約占據15%。

2.2 其他非IT設備能耗

傳統數據中心的能源幾乎都消耗在電源設備、冷卻設備和照明設施上，其中空調占比最大。此外，UPS主機的自身損耗是數據中心能耗不可忽視的一項重要構成。

3 數據中心能耗現狀

近年來，各類數據中心都在不斷擴容和整合，新建數據中心的容量是過去的數倍，且在城區之外出現相當規模的數據中心園區，其容量更是達到前所未有的數量級別，這些都帶動了數據中心能耗的快速增長。

從單位GDP能耗上看，數據中心屬于高載能、低污染、資本及技術密集型的現代信息產業，其承載的IT系統所產生和帶動的行業產值達到幾十倍甚至數百倍，因而能源利用率相對較高。以2015年為例，某數據中心（IDC）萬元GDP能耗為0.245 t標煤，是全市萬元GDP能耗均值0.338 t標煤的72.5%[2]。但由于數據中心建設面積日益擴大且耗能較為集中，同時又是所有信息的承載結點，其用能狀況受到多方密切關注[3]。

從重點耗能部位看，數據中心主要由IT設備及軟件、制冷系統和供配電系統三部分構成。其中IT系統和軟件是數據中心的核心部件，需借助空調和供電設備的輔助系統有效保證其正常運行。在數據中心中，IT設備24小時不停止運行，不僅自身需要耗費大量的電能，還需要制冷系統幫助其除去散發的大量熱量。此外，需要配電系統為其不間斷供電。在2015年該市數據中心用能中，IT設備及軟件能耗占45.6%，其次是空調能耗，占37.1%，而供配電系統能耗占比為14.6%。

4 基于綠色節能的數據控制中心體系

4.1 服務器虛擬化節能技術體系

在高性能服務器部署虛擬技術軟件的同時，要對其進行集中分化處理，尤其是對物理服務器的分割和處理，需保證獨立的虛擬主機能滿足實際需求，并整合管控標準和運行體系，確保應用體系充分發揮各個模塊的優勢作用。其中，辦公自動化項目、科技管理項目和人事管理項目都是較為基本的項目體系，應有效整合相關部署體系，將其分布在不同虛擬主機體系中，在完善業務隔離效果的同時，為后續虛擬處理以及管理軟件分析提供保障。

4.2 機房制冷節能技術體系

一般而言，冷區和熱區主要借助玻璃墻進行隔離處理，保證冷空氣和熱空氣之間形成正常的流通和交互，為后續整個區域布置空間結構提供保障。如需借助有效的措施完善制冷方案，可設定冷風區域的基本溫度，將其控制在26°左右，同時縮短空調設備制冷風道的長度，保證冷風有效處理設備，在適應性提升的同時，完善節能目標。

4.3 低能耗處理器節能體系

在整合服務器管理工作開展進程中，應整合低能耗處理效果，確保處理更加有效，且能滿足實際數據體系運行需求。對于2U服務器，保證普通CPU設備功耗為95 W、低功耗CPU設備功耗為60 W。而對于4U服務器，則普通CPU設備功耗為130 W、低功耗CPU設備功耗為95 W。

在此基礎上，利用Intel低功耗處理器實施系統化處理，有效優化功耗參數，在減少熱量的同時，確保設備從根本上滿足散熱要求，減少服務器的基本功耗，滿足轉數運行需求，整合低能耗處理效果，保證節電水平適用于實際運行參數體系。

4.4 UPS自身節能體系

在建構數據控制中心體系的過程中，要重視UPS自身運行結構，在完善管控效果的基礎上，保障其運行體系和IT設備負載適配效果高效，在采用高頻開關進行整流處理的同時，完善功率因數的糾正和處理工作，確保高頻機能有效控制變壓器，不僅整合資源，也減輕整個設備的基礎性重量。此外，完善設備參數能提高其實際運行效率，為后續節能環保管理工作的全面開展提供保障。

5 數據中心能耗管控途徑

5.1 技術管控途徑

（1）強化數據中心節能基礎研究。組建數據中心能效研究實驗室，開展前沿技術研究與推廣，立足于節能技術驗證、節能產品評價和節能評級，培養和挖掘先進適用的節能技術。

（2）推廣先進適用的節能技術。針對數據中心各項節能技術進行系統評價，從整體性和全局性出發解決節能問題。針對數據中心節能產業鏈條，應用不同的節能技術和和選項執行有效規劃。此外通過推廣使用一些節能效果良好并且經濟實用的成熟節能技術，可以切實提升全市數據中心能效水平。

5.2 標準管控途徑

（1）加快數據中心節能標準體系建設速度。通過完善現有設計標準和能耗限額標準，形成具有指導意義的數據中心綠色節能設計標準體系，為提高能效提供指標評價和有效參考。通用數據中心節能運維標準可以指導當前已運行的數據中心步入正確且高效的運營。

（2）研究建立數據中心能效評估體系。通過對數據中心的節能標準、規范以及工具的研究和分析，可形成一個完整的數據中心能效評估系統，并在此基礎之上建立明確的節能目標，有效推動節能工作的積極開展。例如，在美國，很多數據中心都有評估工具，且這些工具大多與數據中心保持對應，也有針對數據中心某個系統和數據中心具體設備的，方便管理者了解數據中心各個方面的能效水平，明確差距和潛力，找準節能發展方向。

5.3 機制管控途徑

（1）建立健全能耗計量統計系統。完善數據中心能耗分項計量，規范開展分項計量工作，做到單獨計量IT設備系統電耗和空調系統電耗，并提高數據中心能耗統計數據的質量。同時，充分運用現代信息技術，盡快建立安全高效的能耗數據一體化的能源統計信息系統。

（2）設立數據中心能耗管控平臺。針對北京市已建、新建、改擴建、節能改造的數據中心安裝整體能耗監測軟件，并與國家數據中心能耗管控平臺相對接，以便實時掌握市內數據中心能耗情況，同時也要制定相應的政策和監管措施。運用能耗管控平臺定期開展數據中心能效評價和監測，大規模的數據中心需每年進行例行性的能效評價，并由第三方專業機構實施安全性排查，提出能效提升建議。

5.4 市場管控途徑

（1）繼續開展節能改造試點。重點在于公共機構領域應繼續推進數據中心節能改造試點工作，依靠政府力量促進數據中心節能產品和技術市場的形成，進一步增強全社會的示范帶動作用，并鼓勵企業采用合同能源管理方式開展數據中心節能改造。

（2）規范數據中心節能改造流程。針對當前數據中心節能改造市場，設立標準化和規范化的工作流程，明確監管機構、節能改造公司、第三方核查機構以及數據中心用戶等鏈條的分工與權責，保證節能改造進程順利推進并得到后續指導。

（3）建立數據中心節能改造企業信息庫。通過建立企業信息庫，可聯動監管平臺，及時發布各項節能政策與專項補貼，指導企業應用新技術與新產品并了解節能效益。在開展改造后，應記錄實際情況和運行效果，積累工作經驗。

6 結 論

在對數據中心建設項目進行系統化升級過程中，應從節能環保的綠色發展理念出發，建立健全可靠的系統體系，確保其能為常規化管理工作的開展提供保障，實現數據管理工作的可持續發展。