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測量和降低數據中心能耗的九個最佳實踐

2023-04-23 09:52 作者：joseph wu 閱讀量：2562

隨著對計算能力和數字服務的需求持續增長，數據中心的能源消耗也在上升。為了減少數據中心的碳排放，許多數據中心經理現在制定了他們必須遵守的企業可持續發展目標。據畢馬威 (KPMG) 稱，現在 80% 的公司報告了他們的可持續性。

提高數據中心能源效率的好處是巨大的。可持續發展的數據中心可減少設施對氣候變化的影響，降低運營成本，最大化現有容量的價值，符合法規和倡議，并且對客戶更具吸引力。但是許多數據中心經理不知道如何測量他們的數據中心能耗并在不引入風險的情況下智能地降低能耗。幸運的是，任何數據中心經理都可以遵循一些最佳實踐來擁有更環保的數據中心。

1.測量和監控您的數據中心能耗

降低數據中心能耗的第一步是對其進行測量。如果沒有關于您的能源使用情況的關鍵信息，您將不知道您的基準是什么、您取得了多少進步，或者您提高數據中心能源效率的機會在哪里。

智能機架 PDU 是測量每個機架的用電量和可用容量的必備工具。插座計量 PDU 提供設備級別的數據，這些數據具有額外的好處，可以幫助您識別幽靈服務器和耗電大戶、了解客戶的能源使用情況和成本，以及比較 IT 效率。帶插座控制的開關式 PDU 也可用于遠程打開和關閉單個插座，這樣您就可以在設備不使用時節省能源。

其他電表選項包括母線分接器和母線槽末端饋電、遠程配電盤、地板 PDU、UPS 和樓宇儀表。來自這些項目的數據有助于提高能效指標的容量和報告。

接下來，您需要收集、存儲、趨勢分析和報告所有這些數據，以從中提取最大價值并智能地降低數據中心的能耗。數據中心基礎設施管理 (DCIM) 軟件從功率計收集實時測量讀數，并將其轉化為可操作的見解，從而更輕松、更快速地減少數據中心的碳足跡。

現代 DCIM 軟件每天可以從您的數據中心收集數十億個數據點，并將它們提煉成易于理解和預配置的儀表板圖表、報告和 3D 可視化分析，以簡化數據中心能源管理。借助智能電源基礎設施和 DCIM 軟件，您可以輕松測量數據中心的能耗、能源成本、碳足跡等。通過分析這些數據的趨勢，您可以實時查看能源效率計劃的影響。

2.測量和監控您的數據中心環境

來自環境傳感器的數據提供了有用的信息，例如在不將設備置于建議范圍之外以維持正常運行時間的情況下，您可以在何處提高效率以及提高多少。

環境傳感器具有成本效益且易于安裝。有助于提高數據中心能效的傳感器包括：

  • 溫度。在每個機架中安裝溫度傳感器，以了解您是否過冷以及過冷程度。然后，您就會知道可以將溫度提高多少來節省能源。
  • 濕度。每五個機架部署一個濕度傳感器，以了解您是否對數據中心過度加濕或除濕。
  • 氣流。在每個冷空氣供應和熱空氣回流處放置一個氣流傳感器，以確保冷卻系統正常有效地運行。
  • 空氣壓力。冷熱通道之間的氣壓差異可能會導致隔板泄漏，從而降低效率。來自高架地板下的氣壓數據可以輸入冷卻系統或建筑管理系統 (BMS)，以改變風扇速度以提高效率。

在第一步中將電力和能源數據轉換為可操作信息的相同 DCIM 軟件應該用于收集和報告環境傳感器數據。例如，您可以在 3D 平面圖上查看熱或濕度延時視頻，以輕松發現浪費的過冷或利用開箱即用的 KPI 圖表，例如每個機柜的 delta-T。

3.跟蹤 PUE 和其他數據中心可持續性 KPI

如果您完成了第一步和第二步，您現在就擁有了一個完全檢測和監控的數據中心。您現在可以開始跟蹤數據中心可持續性 KPI，這些 KPI 表明您的數據中心的效率和發展方向。

電源使用效率 (PUE)是最受歡迎的數據中心 KPI 之一。它是總設施能源與總 IT 設備能源的比率。PUE 越接近 1.0，數據中心的效率就越高。如果您擁有采用最先進技術的較新數據中心，您的 PUE 目標應該在 1.2 左右但不超過 1.4。如果您正在優化舊設施，則目標是 PUE 為 1.5 或更低。

計算 PUE 可能是一個充滿手動儀表讀數和數學運算的繁瑣過程，但使用 DCIM 軟件，您可以實時自動計算、趨勢和比較所有站點的 PUE。然后，您可以專注于降低數據中心能耗的戰略項目，而不是耗時且可能不準確的 PUE 計算。

有許多衡量數據中心能源消耗和可持續性不同方面的指標。要全面了解您的數據中心的綠色程度，請衡量與您最相關的指標，例如：

  • 符合 ASHRAE 標準的機柜百分比——衡量在理想環境條件方面取得的進展。
  • 碳使用效率 (CUE) – 從數據中心碳足跡衡量整體可持續性
  • 冷卻能力系數 (CCF) – 衡量數據中心冷卻系統的整體效率。
  • 數據中心空間效率 (DCSE) – 衡量數據中心空間的使用效率。
  • 每個機柜的 Delta-T – 衡量冷空氣冷卻每個機柜中 IT 設備的效率。
  • 綠色能源系數 (GEC) – 衡量現場產生了多少可再生能源。
  • 每個機架的擱淺電源容量——衡量在現有機柜資源中可以部署多少額外設備。
  • 技術 碳效率 (TCE) – 衡量數據中心消耗能源的清潔程度。
  • 用水效率 (WUE) – 衡量數據中心用水的效率。

4.避免數據中心過冷

ASHRAE 的熱指南規定服務器進氣口的溫度應在 65-80°F 之間。然而，許多數據中心管理人員規避風險并讓他們的設備保持更涼爽是可以理解的。由于服務器入口溫度每升高 1°F ，數據中心的能耗可降低4-5% ，因此大多數數據中心都有巨大的節能潛力。借助溫度傳感器和 DCIM 軟件，可以輕松安全地升高溫度，同時確保設備安全地處于推薦的指導方針范圍內。

為避免過冷和浪費能源，請遵循以下簡單過程：

  • 根據 ASHRAE 指南，在每個機架前后的頂部、中部和底部部署溫度傳感器。
  • 在您的 DCIM 軟件中，設置機架入口溫度的閾值，以便在溫度超過您選擇的溫度時自動通知您。
  • 使用 DCIM 工具的內置濕度冷卻圖，確定您的機架是否在您選擇的指導范圍內。如果不是，請評估您可以將溫度升高多少。
  • 慢慢提高您的溫度設定點，同時檢查您的冷卻圖表以確保您不會超過您的閾值。在某些情況下，您甚至可以完全關閉 CRAH/CRAC。
  • 偶爾查看 DCIM 中的溫度趨勢和熱延時視頻，并進行任何必要的調整。

5.實施數據中心遏制

將冷卻裝置的冷空氣與 IT 設備排出的熱空氣分開，可以將數據中心的能耗降低 30% 或更多。這是因為當冷熱空氣混合時，冷卻基礎設施必須通過冷卻已經很冷的空氣來浪費能源。考慮數據中心遏制和監控策略，以防止冷熱空氣混合。這將實現均勻的送風溫度和更暖的回風，以便您的 CRAH/CRAC 僅冷卻數據中心內最熱的空氣。

有幾種不同的方法可以實現這一點。流行的遏制選項包括：

  • 熱通道氣流遏制。天花板和門封閉了成排機柜之間的熱通道，以便將排出的熱空氣分離并返回冷卻系統。
  • 冷通道遏制。天花板和門封閉了兩排機柜之間的冷通道，使數據中心的其余部分成為熱空氣回流室。
  • 煙囪系統。溫暖的廢氣通過每個機架上方的煙囪被向上推到天花板回風室。
  • 窗簾系統。機架面對著前后交替的兩排，簾子將冷送風和暖排風隔開。

6.將旁路氣流保持在最低限度

氣流管理是一種經常被忽視的降低數據中心能耗的方法。通過優化氣流，您可以進一步提高冷卻基礎設施的效率。目標是盡量減少旁路氣流，旁路氣流是在返回冷卻單元之前不會冷卻 IT 設備的空氣。旁路氣流平均約占所有氣流的 60%，因此有足夠的機會提高效率，而且通常相當便宜且可快速實現。

減少數據中心旁路氣流的一些方法包括：

  • 空白面板。盲板是一種低成本的解決方案，可以改善氣流、降低服務器入口溫度并提高回風溫度。僅面板一項就可以將能源成本降低 1-2%。不要忘記堵住孔，例如開放的 U 空間、導軌和機柜邊緣之間的空間以及機柜下方。
  • 高架地板。多孔地磚應放置在需要冷卻的 IT 設備前面的高架地板上。在高架地板上使用墊圈密封電纜穿孔，并允許在地板下保持最大壓力。
  • 高流量柜門。與玻璃或類似材料制成的門相比，穿孔柜門可改善氣流。
  • 效率罩。CRAC 裝置的高效抽油煙機通過將您的裝置延伸至回風室，使它們能夠接收到更溫暖的空氣。將最熱的空氣盡可能地抽出數據中心會導致溫度變低并更快地冷卻。抽油煙機可以將冷卻裝置的容量增加多達 25%，并允許 CRAC 更頻繁地循環關閉，從而延長其使用壽命。

7.找到你的幽靈服務器和耗電大戶

幽靈服務器是閑置的服務器，它們不執行任何有用的功能，同時仍然消耗能量和空間。數據中心中高達 30% 的所有服務器都是幽靈服務器的情況并不少見。使用正確的工具，識別幽靈服務器就像單擊按鈕一樣簡單。

如果您有插座計量的智能機架 PDU 和 DCIM 軟件，您可以運行幽靈服務器報告。只需輸入一個日期范圍，您將獲得該時間每個設備的最大負載、平均負載、最小負載和總負載。然后，您可以關閉、停用或利用這些服務器來節省能源并最大限度地利用現有資源。同樣容易的是，您可以看到哪些服務器是您的耗電大戶，比您的其他設備消耗更多的能源。這些設備很適合被更高效的硬件或虛擬化所取代。

8.整合您的數據中心足跡

舊數據中心或未充分利用其現有容量的數據中心可以從整合和虛擬化中受益匪淺，減少您擁有的物理資產數量和它們消耗的資源。數據中心整合降低了能源消耗，因為需要供電和冷卻的設備和站點更少。

數據中心整合的關鍵是擁有高度準確的容量規劃，使您能夠在每個機架中安全地安裝盡可能多的設備。由于傳統的設備功率預算方法存在缺陷，許多數據中心經理未能實現這一目標。

通常的做法是將服務器的銘牌值降低到 60-70% 左右，以留出安全余量。然而，這個過程是基于估計的，并且在很大程度上是不準確的。它會導致擱淺的電源容量和空間浪費，從而對您的效率產生負面影響。新的前進方向是自動化機架電源容量規劃，以充分利用現有資源并推遲構建新機柜甚至新數據中心。

借助插座計量的 PDU 和具有“自動功率預算”功能的現代 DCIM 解決方案，該軟件可以根據設備在運行環境中的實際負載，自動為設備的每個品牌和型號實例計算準確的功率預算數字你的應用程序。Auto Power Budget 為您提供了很多機會，可以在更少的機架中安全地部署更多設備，從而實現高效的數據中心運營。Comcast 和 eBay 等 DCIM 用戶報告稱機架電源利用率提高了 40%。有關詳細信息，請閱讀Comcast 案例研究。

9. 推動客戶更高效的行為

確保您的內部或外部客戶遵守能源效率最佳實踐可能很困難。鼓勵他們并推動環保意識和責任文化的一種方法是向他們收取設備消耗的能源費用。然后，當他們看到他們的行為如何導致更高的成本時，他們就更有可能遵守最佳實踐。DCIM 軟件可以以賬單回饋報告的形式收集和顯示能源和成本數據。這些可以由客戶、數據中心甚至機架交付。當您可以按客戶、業務部門或應用程序報告成本時，就很容易識別耗電量。另外，您的費用始終準確無誤。

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