新世代綠色機房 出至機電現場技術雙月刊第59期- 和品公司著 | 2012-06-20 |









新世代綠色機房



前言



    近年國際間環保意識抬頭,致使世界各國紛紛積極的開始重視綠色、環保、節能等議題,然而綠能、減碳的概念倡議10多年,直到近幾年,在氣候迥異、油價破百美元,以及媒體持續報導下,才讓全球開始重視能源即將使用殆盡的真相。2011日本大海嘯導致核能危機,全日本開始實行節電大作戰,也致使大家了解節電的重要!

     IT產業目前是台灣的重要產業,不管是直接、間接研發或製造在全世界都占有舉足輕重的分量,尤其因此對於綠色節能減碳議題,台灣的IT產業必須重視並志向實行的。5月中電費上漲,已是確定的事實,便宜的電價的時代已經過去了!因此,在IT架構的設計、部署和產品選擇上,融入綠色概念以降低成本,無疑是IT人員必做的功課。由此可見,綠色機房之節能減碳技術推廣不僅有助於我國IT產業在全球競爭力提昇,並對於我國之溫室氣體減量的迫切改善實有重要幫助。關於綠色節能機房觀念及實務,我們提供下列幾點觀念及實務解決方案予讀者分享及探討:



何謂綠色機房?


     綠色機房就是節能風潮下衍生出來的機房概念,並非一定得固守條例下施做,但依照許多專業上廣泛的定義,主要意指為符合低耗能、低碳排放、能源轉換效率等概念所設計的機房建置與管理方向。

新世代機房設計以TIA942為基礎,針對電力、電信、建築、機械部份進行機房評估及改善檢討,輔以Green Grid及LEED評估標準,並且以PUE為能源效率指標作為分析基準,為目前綠色機房主要依循規範,其個準則細節為:


 

LEED 能源與環境先導設計(Leadership in Energy and Environmental Design):


  美國綠建築協會於1998年正式公佈能源與環境先導設計,主要針對綠建築評估所發表的準則,目的在鼓勵永續性建築的發展與實踐,在近幾年來,台灣許多企業將其作為環保節能的標準之一,例如台積電、台北101、台達電就通過了 LEED 綠建築黃金級認證。

  LEED 認證標章共分為4 級,主要是依照永續性基地開發、用水效率、能源與大氣、建材與資源,以及室內環境品質等項目評分【26~32 分僅只有最基本的認證】、【33~38 分可取得銀級認證】、【39~51 分則可取得黃金級認證】、【最高是52~69 分,可取得白金級認證】。

TIA-942 數據中心電信基礎設施標準 ( Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers):


  TIA-942是由美國通信工業協會(TIA)TR-42.2委員分會制定,並由美國國家標準學會(ANSI)和美國通信工業協會(TIA)於2005年4月12日共同發布,這是該標準的第一版本。該標準所說的數據中心可以是政府或企業自有產權的自有數據中心,也可以是營運商用于租賃服務的公用數據中心。該標準描述了各類數據中心或電腦機房中,對通信基礎設施最低的要求。

  在TIA-942 《數據中心的通信基礎設施標準准》中主要是根據數據中心基礎設施的可用性(Availability)、穩定性( Stability )和安全性(Security)來分為四個等級:Tier I、Tier II、Tier III、Tier IV。提出了要與之相匹配的機房場地基礎設施 ( 電源配電、冷卻空調、以及其他的相關系統 ) 的可用性等級指標。


PUE 能源使用效率 (Power Usage Effectiveness)


    PUE是由全球 IT 組織「Green Grid」所研發。主要是衡量一個電腦機房是否節能,就是藉由PUE值。PUE值的計算是以「電腦機房的總用電量」除以「資訊中心內資訊設備的總用電量」。PUE值越低,代表機房越節能,花費越少能源在非資訊設備上。所謂非資訊設備包括了空調、電力(UPS)、照明等。








依此計算標準,我們認為以目前台灣的環境及其可搭配的節能方案之下,PUE值若能控制在1.7以下,可堪稱符合綠色機房。

 

傳統機房存在的能耗問題


  以本專題所討論而言,傳統機房與綠色機房的分界點,並非其機房建立的時間早晚,而是要因應現今IT設備大量擴張的應用需求,有無有效的降低能源的付出來界定。

  依Green Grid為傳統機房用電分析表所顯示(如下圖),傳統機房的空調設備耗電量大約佔45%,其次是透過不斷系統(UPS)供電的電腦、網路設備,耗電量大約佔30%,照明及其它機器設備,耗電量大約佔25%,針對耗電量有效的改善,才能脫離傳統機房的瓶頸。





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傳統機房常見問題如下:

1.  未採用低能耗空調冷卻系統。

2.  沒有考量隔離冷熱通道,往往會造成機房內的冷熱風混合,導致冷卻效率很差。

3.  沒有考量高密度或高熱量機櫃擺放位置,導致於機房熱點分布不平均,於是用了更大量的冷氣去降溫所產生的耗能。

4.  因線路雜亂所造成的氣流阻礙,以致氣流循環不良,空調冷卻效率降低。

5.  在電力方面而言,未採用低轉換效率不斷電系統或其它AC-DC轉換器。



 

朝向綠色機房的改善方向


  要改善機房空調效率,我們認為,建置冷熱通道是短期投資報酬率最高,且成本最低,可立即看到成效的作法。


  許多機房礙於空間場地設計問題,無法選擇空調機種與裝設位置,但將重點著手於空調系統的裝設是否改善熱通道之對流,並且整理機櫃後方的雜亂線路,移除機櫃及高架地板下不必要的纜線,高密度設備予以分散擺設,用此方法建置冷熱通道的氣流暢通,創造出低成本而最有效的散熱節能方案。

 

我們建議改善方案如下:

   

1. 改善方案一~建置冷熱通道


  不管是採用水平式或吊頂式輔助型空調系統或是下吹式空調系統,最重要的第一步就是建立冷熱通道,建立冷熱通道就是為了避免冷空氣混合熱空氣造成混風現象。以現階段大多數的機櫃為例,機櫃的前方為進氣口,後方為散熱口,如果機櫃的正面都朝向同一面,就容易讓前方機櫃的熱氣被後方機櫃吸入,因而造成後方機櫃溫度過高,因此,機櫃的擺設必須調整為面對面、背對背。兩個機櫃的正面能面對面,就能建立起冷通道,而兩個機櫃背對背的區域也就建立起熱通道了,這麼一來就可以改善混風的問題,強化空調的冷卻效率。




2. 改善方案二~空調系統對齊熱通道




  一般大型的機房都是下吹式機房,也就是冷空氣吹進高架地板,由下往上將冷空氣送入機櫃中。為了強化熱通道回風的效率,如果在冷通道兩側裝置冷氣,則無法有效吸走熱氣,不如在熱通道的兩側裝設冷氣,將機櫃散發出來的熱量直接由熱通道送進空調主機(如下圖所示)。














3. 改善方案三~封閉熱通道

  封閉熱通道為現在我們認為最有效率的空調氣流設計方式,冷熱氣流混風幾乎不會發生,將送風機置於熱通道上方,並將熱通道兩邊封閉,熱空氣完全封閉於熱通道內,所有熱空氣強制由空調交換出去,使冷熱空氣完全隔離,完全不會產生冷熱空氣混風的狀態(如下圖所示)。








4. 改善方案四~封閉冷通道







    封閉冷通道適用於現行下吹式空調的機房,是最簡單工法也較省錢的改善方式(如下圖所示)。





5. 改善方案五~依耗電負載高低分散機櫃設置


  高密度的機櫃平均設置於整個機房,比方來說,機房某一個區域,都是擺放負載量不大的機櫃,這個時候就可以將部分高密度機櫃擺放至空調較冷區域,來充份使用其冷卻效能,解決了高密度機櫃所造成熱點的問題,相對也可減輕空調系統的負荷。



6. 改善方案六~整理機櫃後方或下方的雜亂線路







  機房常不斷添購伺服器及設備,其結果導致後機櫃後方及高架地板下方的線路也就越雜亂。雜亂的線路容易阻擋伺服器的散熱,我們建議可以將網路線路建置線導槽來收納佈放網路銅纜及光纖線路,這樣一來就不會有雜亂的線路來影響空調的氣流並影響散熱。





7. 改善方案七~可改善氣流相關配件


配件一~機櫃快速擋板

機櫃前方設備與設備之間加裝1U或2U機櫃快速擋板,讓冷風只通過設備為唯一路徑,避免機櫃前後的冷熱混風。






配件二~毛刷蓋板

高架地板的網路纜線進線口加裝毛刷蓋板,確保所有開口都被有效的密閉,預防無效冷空氣的流失。




配件三~煙囪機櫃


機櫃後方設備排出的熱風,隨著物理現象和空調回風的機制,熱風從煙囪上方排出離開機房的狀況(如下圖)。







8. 改善方案八~採用低能耗電力設備




電力設備一~機房燈具改用CCFL或LED燈具

CCFL或LED燈具的特色在於這類型燈所產生的熱能很低,溫度大約只有45度以下,不會帶給機房空調更多地負擔。







電力設備二~高轉換效率不斷電系統

選擇電能損耗越低並高效率的不斷電系統,盡量避免交流電轉換為直流電,然後再轉換回交流電的運用。另外,也需避免使用到升壓或降壓設備以減少電力轉換而造成的損失。







利用完善的環境監控系統及有效管理機房內資訊,透過不同的監測器收集機房用電數據,加以分析後,可用來動態調整設備額外的用電。

 

結語


  在全球各企業皆想盡辦法去達到理想”新世代綠色機房”的實行之下,處處考驗管理者與機房建置人員的慧心,觀其海外大型機房利用海水冷卻系統替代了空調冷卻系統,也有許多企業運用引入自然外氣等天然資源來取代機房所需要的冷源,礙於台灣地稠人狹的有限地理因素下,許多方案難以施做,本篇文章較針對台灣現有機房,著墨於空調氣流及機房設備的選擇來提供方案與設備進行改善。

  近期台灣一些企業在提升市場上的競爭力之餘,也積極推行新世代綠色機房的建置,不僅降低其企業成本,並給下一代更美好的環境,實應給予衷心的掌聲,不是嗎?