1、Tainet Communications System Corp.,LtdIDC機房能耗節投資分析及節能解決方案北京拓迅科技有限公司2010-8-24 目錄1.IDC機房能耗分析與節能技術31.1、IDC能耗分析31.2、節能技術分析52.智能風冷系統解決方案62.1、方案概述62.2、工作原理72.3、產品介紹92.4、優勢與特色103.投資與案例分析133.1、投資項目說明133.2、大興信息中心機房改造投資分析143.3、銅牛IDC機房改造投資分析分析163.4、中國計算所機房改造投資分析183.5、賽爾網絡機房改造投資分析201. IDC機房能耗分析與節能技術隨著電子信息系統機房IT

2、設備高度的集成化，其能源效率偏差以及機房散熱量日漸增高的現象開始受到了各界強烈關注。伴隨著我國低碳經濟的到來，各個行業針對節能減排的需求與日俱增，對于各數據中心機房尤其突出，如何在業務量不斷增加的情況在下，能夠更有效的降低能耗成為我們研究的一個課題。1.1、 IDC能耗分析1.1、1. 能耗的評比標準PUE（Power Usage Effectiveness）PUE=數據中心機房總能耗IT設備能耗基準是2，越接近1表明能效水平越好，既意味著單位能耗使用在業務上的效率越高。據有關方面統計，我國現運行的機房PUE值多數是在3.0以上，遠超出能效邏輯所闡述的標準機房基準數值。這表明現有機房的能量約有

3、6070%都消耗到空調冷卻設施上了。而Google美國公司的數據中心PUE年平均值可以達到1.21，美國Hp的新一代數據中心體驗中心機房夏季PUE值可以達到1.61.7。足以見到我們的數據中心機房之能源利用效率與世界水平的差異程度。1.1、2. IDC標準能耗分配圖現有機房多數能耗分配狀況標準機房能耗分配l IT設備及網絡通信設備：30%l IT設備及網絡通信設備：50%l 空調的通風及加濕系統：14%l 空調的通風及加濕系統：12%l 空調的制冷系統：36%l 空調的制冷系統：25%l 變壓器/UPS供電系統：18%l 變壓器/UPS供電系統：10%l 照明設施：2%l 照明設施：3%據美國

4、電力轉換公司最近的統計數據顯示，數據中心的冷卻成本大約占總能源賬單的50%。根據國際正常運行時間協會Uptime Institute的統計，由于數據中心機房內氣流不適當，用于冷卻的冷空氣有60%都浪費了；數據中心的過度冷卻（overcooling）差不多達到實際需求的2倍，目前多數IDC機房存在過度冷卻問題，相應的機房空調機組耗能也比設計工況增加耗電50%以上，最終造成機房居高不下的高額運行費用。故此如何優化數據中心冷卻是排在第一位的最有價值的綠色計劃！1.2、 節能技術分析1.2、1. 節能技術的原則針對現有機房的節能改造，要充分考慮到如何利用現有資源，而非全面替換的原則，達到最好的能耗利用

5、率，即提高PUE值。并且要考慮投資回報率和長遠投資保護。1.2、2. 節能技術的基本方法通過上節的數據分析，我們不難得出提高現有機房的能耗利用率主要在于如何解決如下兩個方面問題：l 為了解決機房局部熱點，提高制冷量，所造成的機房過度冷卻，導致制冷能耗的增加與浪費l 由于運行負載率過低，從而造成電源整體效率降低，帶來了供電系統的電能損耗增加。解決附載率過低的問題，相對較為復雜，且各地情況不同，不易解決。另外從整體能耗分析得出，此部分損耗并非最大的部分。如何提高制冷效率，有效避免機房過渡冷卻的問題是比較實際可行的，這將是我們關注的重點，并提出相應的解決方案。采取方式：方法一：更換現有高能耗制冷系統

6、，采用更為先進的高效制冷系統。方法二：利用現有制冷系統，針對熱點進行定點冷卻，降低整體冷卻系統的能耗。上述兩種發法，不難看出第一種工程浩大、投資過高、收效未必理想，故我們將在重點放在第二種方法上，下述章節將就此方案進行討論。2. 智能風冷系統解決方案由于現代電子信息系統機房中的空調負荷主要來自于計算機主機設備、外部輔助設備的發熱量，其大約占到機房空調總負荷的8097%；而在服務器、存儲、網絡等主設備中服務器的份額又大約占到設備散熱量的80%。所以隨著服務器集成密度的持續增高，服務器機柜設備區就成為了機房內主要的熱島區域。如何解決好這些熱島區域的冷卻散熱系統成為我們研究的課題。2.1、 方案概述

7、從機房基礎架構而言，電子信息系統機房新的國家標準電子信息系統機房設計規范GB 50174-2008規定：當機柜或機架高度大于1.8m、設備熱密度大、設備發熱量大的電子信息系統機房宜采用下送風空調系統。而下送風空調系統機房建設物理環境的具體架構是將抗靜電活動地板下空間作為空調系統的送風靜壓箱，空調機組由通風地板向機柜、設備等熱負荷送風?？墒菣C房內空調冷卻系統的送風按照流體力學伯努利原理所陳述的氣流特性 “風速大的壓力小”，受此特性制約的空氣流會呈現靠近空調機組的通風地板出風量較小；又由于機房空調系統的靠近空調機組的前部通風地板已然輸送出了一定的風量，后部的通風地板的送風量即會顯現有所減少；而到了

8、地板末端又會因為伯努利原理風速小的壓力大之特性，導致地板下送風風壓的增加，使得此區域內的通風地板輸送風量卻增大了；因為現有數據中心機房面積為了規模效應而愈建越大，一般安置的機房空調機組的方式是臨近機房四周墻壁包圍著IT主設備送風冷卻，由此會出現在抗靜電地板下產生風壓相抵、通風地板送風量減小的現象。從以上分析可見將抗靜電活動地板作為空調系統送風靜壓箱進行設計時，其參數選定的誤差可能會很大，導致機房投入運行時各個區域通風地板實際送風量的差異會十分明顯、各塊截然不同。現有的機房架構最終讓區域里高熱密度設備負荷的散熱狀況日漸惡化，主設備運行的安全性、可靠性及機房整體能耗表現得差強人意下圖表示了機房中的

9、熱島效應，傳統冷卻方式是提高制冷量，造成機房過冷的環境，以解決此問題，從而造成能耗的浪費。 2.2、 工作原理針對上述數據中心機房能效現狀，我們提出具體的解決方案是：首先，通過對整個數據中心的紅外溫度熱場分布以及氣流流動情況，準確找出問題點以便用來改善數據中心的熱效率。幫助用戶建立他們數據中心精確的模型，提出數據中心地板室溫以及返回天花板靜壓模型的能力，在溫度調節設置時從4個CRAC邊界條件中選擇設定，并通過CFD方法能夠得到流動和熱傳遞的耦合解，用以正確說明氣體流動和熱的交換；根據得到的PDU具體熱負荷來提供數據中心的詳細分析報告。其次，在送回風不暢的機房區域施行將原先的通風地板更換為智能風

10、冷設備，以輔助下送風機房空調的送風效果。由于現有電子信息系統機房的氣流組織現狀十分復雜，導致主機房高熱密度負荷不能及時被空調機組所冷卻，所以須在主機房高負荷服務器機柜前方更換專用的智能風冷設備（智能風冷設備送風量可高達4000m3/h、送風風壓達65Pa，可提供約25kw的制冷量，能滿足現有刀片服務器等高熱密度負荷滿配、滿載運行的微環境需求工況）；還可通過集約探測分布式群控智能風冷設備，高效節能整體地解決機房服務器機柜冷卻難題。進而，再通過上述控制系統的上位機平臺實行調整機房空調的溫濕度設置參數，使之設定在2025/4055%Rh的合理范圍內，讓機房空調機組系統達到既滿足機房設備冷卻所需；又避

11、免出現機房過度冷卻的效果。在應用以上步驟的前提下；再對機房空調系統采用聯控運行的模式，以達到最優散熱效果的情況以及避免出現空調機組功效抵消的狀況；最終可以實現提高數據中心的能源利用效率、節約機房散熱之冷卻系統的電耗。經優化改造后的機房其PUE值類比可達到Hp公司的動態智能散熱解決方案(Dynamic Smart Cooling)之降低數據中心散熱成本40%的同級別水平。2.3、 產品介紹本項應用技術所采用的智能風冷設備樣式如上圖所示配用了紅外探測控制可調速風冷系統，結合一體化強化全鋼防靜電地板（每塊地板承重均布負荷>1400kg）的機架至少可以滿足4KW（即標準19機柜能夠滿足輸入功率4

12、KVA，或者是能夠裝載下20個標稱200W的1U服務器）熱負荷的散熱；如配用特殊定制高風量風機的通風地板可滿足最大25KW/機架 熱負荷的散熱需求，足以解決諸如刀片服務器、或虛擬化應用等類型的高熱密度負荷進入機房場地后的局部熱點問題；進而可解決機房整體能耗飚高等系列難題。由于具體施行過程中的機房改造應用環節十分簡單、快捷，其關鍵步驟是采用模塊化的紅外測控智能風冷設備替換高熱密度負荷機柜前方的原有防靜電地板即可。智能風冷設備型號與技術規格：紅外測控標準型智能型紅外壓差測控高流量全能型型號 HCCT-200/4-S5HCCT-200/4-F7外形尺寸（mm）600*600*180H600*600*

13、180H送風總量3200M3/h4000M3/h輸出冷量10KW25KW送風風壓25Pa65Pa額定電壓220v/50Hz220v/50Hz額定功率230W410W額定電流09A19A外觀顏色淺白面板/黑色機箱2.4、 優勢與特色2.4、1. 智能風冷設備系統特點：l 模塊化設計，可以任意放置，使用靈活，可以針對改造項目和新增加的服務器單獨設置l 配合一體化高強度防靜電地板提供高流量風口，送風效率100%，冷熱風短路率0%（在機柜進氣口端面形成冷風幕）l 空調選型可完全根據服務器冷量選配，無需放大設計余量l 可采用智能風冷設備群控系統，可與IT機柜的進風口紅外溫度+機柜PDU耗電量+芯片SPE

14、C利用效率控制系統聯動l 可以根據IT設備及服務器運行情況，從0-100%分段調節輸送的風量及風壓，送風風壓保證25%功率段的運行即可滿足IT機柜頂部的冷卻，可滿足虛擬機和刀片服務器滿配載應用l 在冷通道上使用，減少冷通道尺寸和占地面積，增加裝機密度和機柜有效利用面積；節約機房建設面積及業主投資l 提高機房送風準確度及送風效率，能效比節約顯著，真正做到定點送風。l 通過智能風冷設備群控系統聯動機房空調機組，可滿足按需開啟的功能，達到智能化節能運行，可令空調機組運行數量減半，機房耗電下降2045%l 冗余設計的高效長壽風機，并有超溫停機、報警功能l 每臺總風量>4000m /h，送風風壓高

15、于65Pa，開啟部分風機即可滿足機柜上部冷卻需求l 單臺重量<30kg，方便搬移2.4、2. 紅外/風壓測控智能風冷設備突出特點l 采用標準地板尺寸600x600x175mm，而且智能風冷設備對地板架設最低高度要求僅180mm（此亦包括了地板下吸氣空間），可滿足絕大多數現有下送風機房的環境應用和改造；l 單/雙向可調角度百葉風口，可滿足冷通道內兩側分布的機柜雙向4590º送風；l 對原有機柜無需進行任何改裝和接觸（機柜背面無需安置排風感溫探頭），安全可靠，移動靈活方便，適合于新建和已運行的項目以及應用的臨時調整需求；l 簡潔機柜進風口紅外溫度+送風溫度探測控制模式，參數采集無誤

16、，冷卻迅速；可控制IT機柜進氣口的氣流溫度保證在22±2之內。l 配備德國原裝紅外送風溫度傳感器，均裝在高通風率一體化地板風口的內部l 可實現集中監控的電腦控制器，具備RS485聯網監控接口l 完備的報警功能，配備消防、遠程緊急關斷接入點l 配備照明型開關及保險，保證風機地板供電、維修關斷時對UPS電源無浪涌、對網絡無閃斷等干擾l 配有完備的防靜電地板工作地與機組保護地絕緣隔離的措施l 板面可選配標準全鋼和不同高度木地板以及面板花紋、顏色等規格的產品。3. 投資與案例分析針對上述系統，提供如下案例進行分析，以供參考和更好的了解投資回報的效果。3.1、 投資項目說明3.1、1. 機房改

17、造項目流程圖3.1、2. 投資項目說明項目總投資 = 前期機房勘查 + 專業熱成像分析 + 產品采購及施工在總投資過程中，前期勘查是必要的，所有改造方案均根據勘查結果制定，至于專業熱成像分析則視情況而定，此部分費用較高，適合高端客戶，需要非常精準的知道每寸空間的熱流量，才考慮投資此項目。3.2、 大興信息中心機房改造投資分析3.2、1. 概況大興信息中心機房屬于小規模機房，僅有兩臺空調系統，機房設備擺放密度相對較低。經勘測共計有2個熱島效應區域，采用智能風冷設備替換原有通風地板，取得滿意效果。3.2、2. 節能量與節能效益分析改造前能耗數據2臺空調機組運行數據功耗(kw)全年運行時間(h)年耗

18、電量（kw.h，度）年運行費用（元）制冷量（預設標準工況：室內24/50%Rh，最高制冷功耗65.2kw）278,760236,520189,216.00改造后能耗數據1臺空調機組運行數據功耗(kw)全年運行時間(h)年耗電量（kw.h，度）年運行費用（元）總制冷量（標準工況：室內24/50%Rh，最高制冷功耗32.6kw）13.58,760118,26094,608.00智能風冷設備 x 40.23x5=0.8287608,059.206,447. 36 全年機房冷卻系統總能耗費用：101,055.36較改造前節約能耗費用：88,160.64如上數據基于預設情況分析，其中空調系統采用普通工況

19、設定值，實際工況全年因季節不同，有所差異，故采用固定靜態工況統計數值應小于實際能耗情況。另，智能風冷系統設備的功耗統計是依照全年最大功耗情況統計，實際功耗應遠小于統計數值。預計全年節電量110,200.08kwh、節能率46.5%、節電費8.8余萬元3.2、3. 投資回報分析改造前后年節約能耗費用88,160.64改造費用(機房勘測分析、智能風冷設備、改造施工)113,200.00年投資回報率ROI88,160.64÷113,200.00=77.8%靜態投資回收1 ÷ 77.8% = 1.28年注：電價暫按0.8元/度計算3.3、 銅牛IDC機房改造投資分析分析3.3、1.

20、 概況銅牛IDC機房屬于較大規模機房，共有八臺空調系統，機房設備擺放密度相對較高。經勘測共計有7個熱島效應區域，采用智能風冷設備替換原有通風地板取得良好效果。3.3、2. 節能量與節能效益分析改造前能耗數據8臺空調機組運行數據功耗(kw)全年運行時間(h)年耗電量（kw.h，度）年運行費用（元）制冷量（預設標準工況：室內24/50%Rh，最高制冷功耗=594kw）193.488,7601,694,884.801,355,907.84改造后能耗數據4臺空調機組運行數據功耗(kw)全年運行時間(h)年耗電量（kw.h，度）年運行費用（元）總制冷量（標準工況：室內24/50%Rh，最高制冷功耗461

21、kw）96.748,760847,442.40677,953.92智能風冷設備 x 300.23x25=5.75876050,37040,296.00 全年機房冷卻系統總能耗費用：718,249.92較改造前節約能耗費用：637,657.92如上數據基于預設情況分析，其中空調系統采用普通工況設定值，實際工況全年因季節不同，有所差異，故采用固定靜態工況統計數值應小于實際能耗情況。另，智能風冷系統設備的功耗統計是依照全年最大功耗情況統計，實際功耗應小于統計數值。預計全年節電量797,072.40kwh、節能率47%、節電費63萬余元3.3、3. 投資回報分析改造前后年節約能耗費用637,657.9

22、2改造費用(機房勘測分析、智能風冷設備、改造施工)713,500.00年投資回報率ROI637,657.92÷713,500.00=89.3%靜態投資回收1 ÷89.3% = 1.11年3.4、 中國計算所機房改造投資分析3.4、1. 概況中國計算所機房屬于中型規模機房，共有六臺空調系統，機房結構特殊，建設較早。經勘查必須保留4臺空調系統的運作，在主要的熱島效應區域和風阻點采用智能風冷設備替換原有通風地板，收到良好效果。3.4、2. 節能量與節能效益分析改造前能耗數據6臺空調機組運行數據功耗(kw)全年運行時間(h)年耗電量（kw.h，度）年運行費用（元）制冷量（預設標準工

23、況：室內24/50%Rh，最高制冷功耗=610.2kw）170.48,7601,492,704.041,194,163.20改造后能耗數據4臺空調機組運行數據功耗(kw)全年運行時間(h)年耗電量（kw.h，度）年運行費用（元）總制冷量（標準工況：室內24/50%Rh，最高制冷功耗406.8kw）108.18,760946,956.00757,564.80智能風冷設備 x 300.23x24=5.5876048,18038,544.00 全年機房冷卻系統總能耗費用：796,108.80較改造前節約能耗費用：398,054.40如上數據基于預設情況分析，其中空調系統采用普通工況設定值，實際工況全年因季節不同，有所差異，故采用固定靜態工況統計數值應小于實際能耗情況。另，智能風冷系統設備的功耗統計是依照全年最大功耗情況統計，實際功耗應小于統計數值。預計全年節電量497,568.04kwh、節能率33%、節電費39萬余元3.4、3. 投資回報分析改造前后年節約能耗費用398,054.40改造費用(機房勘測分析、智能風冷設備、改造施工)684,000.00年投資回報率ROI398,054.40÷684,000.00=58.2%靜態投資回收1 ÷