数据中心电源使用率与能耗分析

朱奇峰

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

1 概述

作为一种高能耗的产业，数据中心不仅给使用者带来很大压力，也给社会能源消耗造成很大的负担。因此，相关人员在建立数据中心时会充分考虑电能的利用率，并将其作为检验数据中心能耗的重要指标，而如何有效降低电能利用率已然成为业内关注的重点。最新出台的《数据中心设计规范》GB50174-2017中对数据中心电能和水的利用率的检测和计算进行了严格的规定，也有大批企业在实际工作中将数据中心电能利用率的节能问题作为考核重点，在当前数据中心的建设和运行维护中，电能的利用率已成为重要的参考指标[1]。

2 能耗分析

2.1 IT设备能耗

在数据中心中，IT设备是最为关键的部分，因而IT设备的能耗也是数据中心能耗的重要组成部分。相关资料显示，IT设备的能耗几乎占据整个数据中心能耗的一半，且主要集中在服务器、交换器、路由和存储设备上，其中服务器系统能耗占据IT设备总能耗的50%，存储系统大约占据35%，通信设备则大约占据15%。

2.2 其他非IT设备能耗

传统数据中心的能源几乎都消耗在电源设备、冷却设备和照明设施上，其中空调占比最大。此外，UPS主机的自身损耗是数据中心能耗不可忽视的一项重要构成。

3 数据中心能耗现状

近年来，各类数据中心都在不断扩容和整合，新建数据中心的容量是过去的数倍，且在城区之外出现相当规模的数据中心园区，其容量更是达到前所未有的数量级别，这些都带动了数据中心能耗的快速增长。

从单位GDP能耗上看，数据中心属于高载能、低污染、资本及技术密集型的现代信息产业，其承载的IT系统所产生和带动的行业产值达到几十倍甚至数百倍，因而能源利用率相对较高。以2015年为例，某数据中心（IDC）万元GDP能耗为0.245 t标煤，是全市万元GDP能耗均值0.338 t标煤的72.5%[2]。但由于数据中心建设面积日益扩大且耗能较为集中，同时又是所有信息的承载结点，其用能状况受到多方密切关注[3]。

从重点耗能部位看，数据中心主要由IT设备及软件、制冷系统和供配电系统三部分构成。其中IT系统和软件是数据中心的核心部件，需借助空调和供电设备的辅助系统有效保证其正常运行。在数据中心中，IT设备24小时不停止运行，不仅自身需要耗费大量的电能，还需要制冷系统帮助其除去散发的大量热量。此外，需要配电系统为其不间断供电。在2015年该市数据中心用能中，IT设备及软件能耗占45.6%，其次是空调能耗，占37.1%，而供配电系统能耗占比为14.6%。

4 基于绿色节能的数据控制中心体系

4.1 服务器虚拟化节能技术体系

在高性能服务器部署虚拟技术软件的同时，要对其进行集中分化处理，尤其是对物理服务器的分割和处理，需保证独立的虚拟主机能满足实际需求，并整合管控标准和运行体系，确保应用体系充分发挥各个模块的优势作用。其中，办公自动化项目、科技管理项目和人事管理项目都是较为基本的项目体系，应有效整合相关部署体系，将其分布在不同虚拟主机体系中，在完善业务隔离效果的同时，为后续虚拟处理以及管理软件分析提供保障。

4.2 机房制冷节能技术体系

一般而言，冷区和热区主要借助玻璃墙进行隔离处理，保证冷空气和热空气之间形成正常的流通和交互，为后续整个区域布置空间结构提供保障。如需借助有效的措施完善制冷方案，可设定冷风区域的基本温度，将其控制在26°左右，同时缩短空调设备制冷风道的长度，保证冷风有效处理设备，在适应性提升的同时，完善节能目标。

4.3 低能耗处理器节能体系

在整合服务器管理工作开展进程中，应整合低能耗处理效果，确保处理更加有效，且能满足实际数据体系运行需求。对于2U服务器，保证普通CPU设备功耗为95 W、低功耗CPU设备功耗为60 W。而对于4U服务器，则普通CPU设备功耗为130 W、低功耗CPU设备功耗为95 W。

在此基础上，利用Intel低功耗处理器实施系统化处理，有效优化功耗参数，在减少热量的同时，确保设备从根本上满足散热要求，减少服务器的基本功耗，满足转数运行需求，整合低能耗处理效果，保证节电水平适用于实际运行参数体系。

4.4 UPS自身节能体系

在建构数据控制中心体系的过程中，要重视UPS自身运行结构，在完善管控效果的基础上，保障其运行体系和IT设备负载适配效果高效，在采用高频开关进行整流处理的同时，完善功率因数的纠正和处理工作，确保高频机能有效控制变压器，不仅整合资源，也减轻整个设备的基础性重量。此外，完善设备参数能提高其实际运行效率，为后续节能环保管理工作的全面开展提供保障。

5 数据中心能耗管控途径

5.1 技术管控途径

（1）强化数据中心节能基础研究。组建数据中心能效研究实验室，开展前沿技术研究与推广，立足于节能技术验证、节能产品评价和节能评级，培养和挖掘先进适用的节能技术。

（2）推广先进适用的节能技术。针对数据中心各项节能技术进行系统评价，从整体性和全局性出发解决节能问题。针对数据中心节能产业链条，应用不同的节能技术和和选项执行有效规划。此外通过推广使用一些节能效果良好并且经济实用的成熟节能技术，可以切实提升全市数据中心能效水平。

5.2 标准管控途径

（1）加快数据中心节能标准体系建设速度。通过完善现有设计标准和能耗限额标准，形成具有指导意义的数据中心绿色节能设计标准体系，为提高能效提供指标评价和有效参考。通用数据中心节能运维标准可以指导当前已运行的数据中心步入正确且高效的运营。

（2）研究建立数据中心能效评估体系。通过对数据中心的节能标准、规范以及工具的研究和分析，可形成一个完整的数据中心能效评估系统，并在此基础之上建立明确的节能目标，有效推动节能工作的积极开展。例如，在美国，很多数据中心都有评估工具，且这些工具大多与数据中心保持对应，也有针对数据中心某个系统和数据中心具体设备的，方便管理者了解数据中心各个方面的能效水平，明确差距和潜力，找准节能发展方向。

5.3 机制管控途径

（1）建立健全能耗计量统计系统。完善数据中心能耗分项计量，规范开展分项计量工作，做到单独计量IT设备系统电耗和空调系统电耗，并提高数据中心能耗统计数据的质量。同时，充分运用现代信息技术，尽快建立安全高效的能耗数据一体化的能源统计信息系统。

（2）设立数据中心能耗管控平台。针对北京市已建、新建、改扩建、节能改造的数据中心安装整体能耗监测软件，并与国家数据中心能耗管控平台相对接，以便实时掌握市内数据中心能耗情况，同时也要制定相应的政策和监管措施。运用能耗管控平台定期开展数据中心能效评价和监测，大规模的数据中心需每年进行例行性的能效评价，并由第三方专业机构实施安全性排查，提出能效提升建议。

5.4 市场管控途径

（1）继续开展节能改造试点。重点在于公共机构领域应继续推进数据中心节能改造试点工作，依靠政府力量促进数据中心节能产品和技术市场的形成，进一步增强全社会的示范带动作用，并鼓励企业采用合同能源管理方式开展数据中心节能改造。

（2）规范数据中心节能改造流程。针对当前数据中心节能改造市场，设立标准化和规范化的工作流程，明确监管机构、节能改造公司、第三方核查机构以及数据中心用户等链条的分工与权责，保证节能改造进程顺利推进并得到后续指导。

（3）建立数据中心节能改造企业信息库。通过建立企业信息库，可联动监管平台，及时发布各项节能政策与专项补贴，指导企业应用新技术与新产品并了解节能效益。在开展改造后，应记录实际情况和运行效果，积累工作经验。

6 结 论

在对数据中心建设项目进行系统化升级过程中，应从节能环保的绿色发展理念出发，建立健全可靠的系统体系，确保其能为常规化管理工作的开展提供保障，实现数据管理工作的可持续发展。