数据中心“能源”成本管理五招

要管好数据中心,必然需要理清纷繁复杂的成本问题。在数据中心的总开支中,“能源”(主要指电费、水费和柴油费用)为总支出的“中流砥柱”,其中又以电费为最主要开支。“擒贼先擒王”,节约数据中心的能源成本中的电费支出,是数据中心成本节约工作的重中之重。

数据中心节能管理套路,将由若干的招式组成,本文将围绕如何节约“能源成本”开展叙述,介绍节约数据中心“能源成本”入门五招。

第一招:建立属地能源成本基线

基线之于管理的意义不言而喻。没有基线,我们不会清楚某个数据是否为异常数据,哪里呈现过尖峰或瓶颈,哪些优化产生了多少实际效果这些重要问题。

能源成本基线可以是一维基线,也可以是多维基线(例如PUE与设备总量、IT/基础设施设备负载、空调温度等关键参数之间的关系)。

第二招:关注“功率因数”和“负载阻抗特性”

数据中心的“功率因数”和“负载阻抗特性”是体现供电系统运行情况的重要指标,“功率因数”通常可以用PF表示,这个数值越接近1越好;数据中心负载阻抗特性有“感性”和“容性”两种表现形式,通常情况下应表现为感性。

某机房一组变压器的功率因数突然由0.99(感性,正常)变成了0.7(容性,异常)。(ps:由于负载阻抗特性已显容性,此时补偿柜也无作用)。这种变化,一方面导致数据中心整体耗电量增加,进而使数据中心整体耗电量增加(服务器耗电量 W=V*A*PF,W为常量,若PF下降,V不变,则A增加),另一方面电力局会对功率因数小于0.9的用户加收一定比例的惩罚性电费,经跟进发现该问题是UPS电容滤波低负载启动所导致,最终问题解决,PF回复至较高水平。

这个案例中我们可以发现,数据中心的“功率因数”和“负载阻抗特性”是两个非常关键的电力系统运行参数,直接影响电费支出,在日常运营中必须长期密切关注。通常数据中心的功率因数不应低于0.95,负载阻抗特性应为感性,一旦出现异常应尽快跟进解决,避免支付额外电费。

第三招:冷热通道隔离

冷热通道隔离至今已是全行业的共识和新建数据中心的标配。本文只提及两个容易被忽略的问题:封堵冷热通道漏洞和冷热通道隔离在老机房中的简单实现。

1.封堵漏洞

被广泛提及的“通道隔离”只不过是一个框架,把冷热通道从大面上隔开,但如果这个隔断“千疮百孔”则它形同虚设。设置冷热通道隔离挡板只是万里长城的第一步。日常运营中,没有上设备且没有用挡板格挡的机架,横跨房间甚至建筑的走线架,一列即家中密封不严的柱子,都会成为吞噬数据中心电费的黑洞。

2.简单实现隔离

很多老旧机房在设计之初未考虑冷热通道分离,且至今尚未用这种方式。因为在运营机房做“建设改造”的风险极高,大部分数据中心管理者对改造老机房望而却步。实际上业界有很多案例可供我们参考,下图一个简单的塑料链子就解决了问题,工程量小,改造成本低,这种性价比较高的改造方式值得我们借鉴。

第四招:良好的温湿度管理

制冷系统是除了服务器之外的第二用电大户,其耗电量可以占到数据中心耗电总量的35%。

运行参数的设置不仅决定了空调系统的运行情况,更决定了整个空调系统的耗电量。空调系统的运行参数成千上万,归根结底就是为了两个核心参数——数据中心IT设备入风口的温度和湿度服务。合理的温湿度设置对空调的能耗意义重大。

1.提升数据中心温度

目前的数据中心的国家标准(GB50174-2008)定义了数据中心的温度为23±1℃。根据笔者经验,国内数据中心,尤其是传统运营商租用数据中心基本都小于等于国家标准,时长有20℃甚至更低的温度,除了局部热点几乎没有25℃及以上的情况。在保证数据中心合理运行的前提下,提升数据中心温度在成本方面将为我们带来以下收益:1.延长自然冷却时间:以深圳某年气温数据为例,该年外界温度≤20℃的天数仅为全年天数的13.7%,可见如果送风温度设置为20℃以上,则说明全年符合自然冷却条件的时间仅为13.7%,而86.3%的时间必须机械耗电制冷。如果将送风温度提升27℃,则全年可以自然冷却的时间增加到了56.2%;2.降低冷机能耗:如果外界温度不足以进行自然冷却,而需要冷机启动运行,设置的制冷温度越低,冷机需要消耗的能量越多。在我们目前的实践经验中,冷机供水温度每升1℃,冷机系统功耗可以下降3%。

2.放宽数据中心湿度

数据中心的加湿原理是将水加热,通过消耗大量电能,使水由气态变为液态。可见,无论加湿还是除湿,只要是对数据中心湿度进行控制管理,必将消耗大量电能。

幸运的是服务器本身对湿度不敏感,无需频繁进行湿度管理。以下分别节选了服务器和数据中心的国家标准作为佐证。不幸的是,国内某些数据中心不按国标执行,使得数据中心内频繁和无效的执行湿度管理操作,甚至发生过一个房间中部分空调在加湿而部分空调在除湿的情况,铺张浪费能源。

第五招:合理的设备开启数量

这是我们在传统下送风精密空调机房中发现的一个有趣的现象。某天我们发现某机房某列机架温度为24℃,高于周边其它机架(18℃),在我们关闭了这一列机架对应的空调之后,它的温度却下降到了18℃。关闭空调反而使机房温度下降了,这不符合我们“空调开得越多制冷效果越好”的惯性思维。举一反三后,提问:开1台冷机真的比开2台节能吗?开1个水泵真的比开2个节能吗?……面对实际问题,我们要学会拆掉思维里的墙,实践检验真理处处适用。

小结:规划决定了数据中心运营成本的先天基因,而良好的运营则是实现预期目标的最基本保障。没有良好的运营,即使业界一流的规划方案,也跑不出业界一流的成本数据。反之,一流的运营或许可以让老机房跑出新的春天。运营细节尽显真功夫,希望本文所介绍的成本定义,以及节能五招能为各位数经带来精细化成本管理新思路。

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原文发布于微信公众号 - 腾讯数据中心(Tencent_IDC)

原文发表时间:2016-03-18

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