1、怎样打造高效节能的数据中心王鑫议题数据中心节能性设计- 数据中心发展历程- 数据中心节能降耗的困惑- 数据中心综合节能策略数据中心新技术应用数据中心的足迹。10年前可用性管理5年前热量管理当前高效节能数据中心规划设计存在着难题我们必须改变数据中心设计、建造、运行、管理、和维护的理念和方法预算不断增加可用性期望值提高需求不断变化 服务难度增大IT 技术迅速变化功率密度增长 功率动态变化未来容量和密度的不确定性适应性要求越来越高数据中心数据中心节能降耗面临的困惑没有明确的标准确定数据中心的效率。未知的负载构成导致更新周期延长无法衡量不同数据中心间的效率差异不了解什么在耗电，可以从哪省电不了解运营决
2、策和电费之间的联系数据中心综合节能策略有效使用每一瓦电力 每一组件节能设计 节能的服务器与存储设备 刀片系统与热量智控技术 可任选的高效电源动态节能管理，能源主动管理 虚拟化技术，提高系统利用率 电源智能管理， 远程电源管理基础设施节能优化 提高设备利用率 动态智能散热技术 高效供电系统和设备 紧耦合散热技术 机架水冷却技术节能咨询与服务，节能最大化规划 绿色数据中心策略和规划 利用 CFD技术热区测绘评估 电力审计 制定环境改造计划仅从某一层次孤立解决问题的战略，只具有某一层次技术的厂商都不可能取得成功数据中心的能耗指标IT设备消耗的功率有效功耗数据输出数据中心机房IT负载数据中心输入总功率
3、 IT设备消耗的功率数据中心用电效率 DCiE =IT消耗功率输入总功率 %电力使用率 =系统输入总功率The Green Grid（绿色网格）提出电能使用效率 PUE （ Power Usage Effectiveness）数据中心基础架构效率 DCiE （ Data Center Infrastructure Efficiency）。数据中心的能耗分布0 . 0 % 2 0 . 0 % 4 0 . 0 % 6 0 . 0 % 8 0 . 0 % 1 0 0 . 0 % 1 2 0 . 0 %U P SP D UG e n e r a t o rS w i t c h g e a rD i
4、s t r i b u t i o n W i r i n gC R A CH e a t R e j e c t i o nP u m p sC h i l l e rH u m i d i f i e rL i g h t sA u x D e v i c e sI T L o a dPow e r c ons um ptio n a s % of t he IT loa d数据中心设计等级 : TIA-942 IV级实际 IT负荷量 :30%PUE=3.16其中：IT负载 =1.0供电系统 =0.17UPS (含谐波影响及治理 )=0.48空调、制冷、风扇、除湿、排热 =1.42照明及其
5、它 =0.090% 20% 40% 60% 80% 100% 120%8%1%7%52%18%5%60%2%2%13%48%线缆IT负载开关转换设备辅助设备照明除湿制冷冷风扇排热空调发电机高能源消耗数据中心输入功率分布举例影响数据中心供电效率的主要因素1） IT设备的能耗约占数据中心机房总能耗的 32%左右2）制冷的能耗约占数据中心机房总能耗的 31%左右。3）空调送风和回风系统的能耗约占数据中心机房总能耗的 9%左右。4）加湿系统的能耗约占数据中心机房总能耗的 3%左右。5） UPS供电系统的能耗约占数据中心机房总能耗的 15%左右。6）配电系统的能耗约占数据中心机房总能耗的 5%左右。7）
6、照明系统的能耗约占数据中心机房总能耗的 1%左右。8）转换开关和线缆及其它系统的能耗约占数据中心机房总能耗的 1%左右。9）机房辅助（维修和办公）设备的能耗约占数据中心机房总能耗的 2%左右。IT设备： 32%冷却系统： 43%供电系统： 22%降低数据中心能耗的三大要素一、降低 IT设备功耗二、提升供电系统效率三、提高制冷系统效率降低 IT设备功耗对数据中心节能的贡献数据中心 能耗 =IT设备 能耗 PUE电力使用率 PUE根据电力使用率定义：举例：数据中心输入总功率 =100KW假定电力使用率 PUE=3IT设备功耗 = 33KW当 IT设备功耗降低 30%（即 11KW ）时，输入总功率
7、降低到 67KW= 系统输入总功率IT设备消耗的功率降低 IT负载功耗 降低数据中心总功耗PUE不变数据中心 节能 =IT设备 节能 PUE降低 IT设备功耗的措施CPU节能研发低能耗 /性能比的芯片开关电源节能提高输入功率因数 ,提高工作效率供电系统节能采用直流供电系统，服务器节能研发虚拟运算服务器以及服务器能量管理系统，降低服务器低负荷下的功耗。提高 IT设备利用率研发 IT系统级的能量管理软件，结合云计算和虚拟运算技术，集中管理、分配数据中心的运算负荷，通过在硬件层面关闭无负荷服务器而节能当前的 CPU利用率在 20%左右，虚拟化后可提高到 80%提高供电系统效率设备利用率低 是供电系统
8、效率低的主要原因：第一： IT 实际负载低于系统设计（统计）容量（ 70%）；第二：考虑可靠性，过度规划组件，提高安全余量（ 20-25%）；第三：考虑可靠性，采用冗余配置， 2N配置时，容量降低 50%；第四：考虑适应负载的多样性、不确定性和扩容需求，规划设计时有意的扩大容量，IT设备功率计算的误区CPU 100%利用率典型工况设置 最大工况设置 铭牌功率选择高可靠的供电系统市电 1市电 2油机ATS2ATS3配电 1配电 2UPS1UPS2配电 3配电 4双电源90%机架ATS单电源10%ATS1隔离双母线供电系统 2N； 2（ N+1）最高可靠性级别： T4负载率与系统效率的对应关系效率
9、空载损耗负载率大部分数据中心工作范围10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%效率输送给负载的功率效率 =设备传送给负载的功率比率提升供电系统效率的方案预措施一、兼顾可靠性与节能性的供电系统二、选择节能的设备组件三、主动的能源管理四、选择直流供电系统数据中心供配电系统UPS系统供电系统中的薄弱环节20世纪 40年代，德国的火箭科学家 Von Braun 在 V1导弹项目中创建了最早的预测可靠性模型链的强度取决于链路中最弱的一环MTBF（小时）UPS（带静态旁路） 156362电池 1402524断路器 2502878接线端子 22993791MTBF虽然科学，但不可测量MT
10、BF与发生故障的间隔时间无关最高可靠性 N+X冗余在实际应用中， N X结构拥有最高的系统可靠性冗餘模組60 kVA 20 kVA+40 kVA 40 kVA=200 kVA 60kVA Load 40 kVA Load初始配置实际运行冗餘模組最高可用性可修复性设计21快速修复性设计 ， 有效缩短 UPS系统的维修 /维护时间， 提高系統的可用性传统 UPS叫修 DPH UPS熱插拔抽換確認損壞模組确认故障点与维修方法等候维修中心回复進行維修维修零件下单与运送热插拔最短的和可预估的修复时间 普通 UPS与 DPH系列模块化 UPS维修时间的比较普通电源系统 模块化电源系统更长且不确定的修复时间
11、 更短且可确定的修复时间经验式的故障判断 标准化的模块更换非标准化的现场维修 标准化的返场维修 模块化电源系统最大的贡献在于可以精确的计算系统修复时间，每一个环节，每一个步骤都是可以规划的。 如果不可以规划，为了避免规划中不确定因素，需要很多 额外的投资降低“再发生故障率” 5002000倍“ 随需扩容 ” 的模块化设计，使得您可以轻易地满足使用需求，又不占用宝贵的投资，避免容量的过度配置！随需扩容23 现场升级到 8个电源模块 热扩容垂直模块化from 25 to 200kW 并联扩展 4台 用 并机线轻松连接水平模块化up to 800kWSystem 1 System 3 System
12、4System 2更高的带载率全额定功率 kVA=KW. 输出功率因数 = 1 没有任何降容 (超前或滞后 ). 永久 100% kVA. 对于任何负载，没有过载风险 . 比传统 UPS有更多 的 输出功率 更高的 逆变 器 可靠性 , 可以支持任何负载满载使用在很宽的负载范围内 具備 高效率， 有效 节约能源成本 .低负载高效率25AC-AC效率 在 30%负载 量 时，效率达到 95% 在 50%或以上的负载 量 时，效率达到96% iTHD 3% 避免配置过大的发电机，以节约投资成本 Low iTHD (3%) 可以带来更好的电源质量和更少的 發 热 优化发电机 尺寸 降低初始投资成本和
13、安装成本低电流总谐波失真對 上游电网最低的污染 (iTHD 3%)主输入 端谐波失真 负载负载端谐波失真共用电池组客户利益 节省安装空间 降低电池成本 提高电池利用率 延长电池寿命数据中心供配电系统输出配电系统对供电可靠性的影响对于大部分机房管理人员来说，真正关心的是机房里的配电 对输出分路没有管理意味着随时可能发生过载宕机 增加开关需要断掉整个系统 只能忍受三相不平衡的影响传统的电源输出配电柜智能型 电源分配柜 -PDC提供 2组支持热插拔微型断路器的电力母排，每个母排可扩展安装 42个 ， 单极微型断路器，依据实际需要弹性配置。此外，电源分配柜可让机房配线更简单、易于日后整理及扩展。两组输出断路器母排各母排有独立的总保护开关配置图Source AUPSPDCPDCUPSSource B
