不用空調也會冷?綠色機房的節能指標!

2017/12/27 |撰文:黃釋緯 點閱人次: 747

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資料處理中心機房耗能高,如何節能成為現代社會焦點
圖片來源/Pixabay (CC0) https://pixabay.com/en/electrical-data-center-2476782/

在放滿系統主機的機房中,散熱是首要之務。想像中的機房,通常都有門禁管制,冷氣都開得很強、進入要脫鞋、或許還要換防塵衣!沒錯,機房是資訊處理中心,一旦機房環境出問題當機了,在離不開電腦的現代社會,這等「慘劇」所引起的恐慌恐怕是人人都不想承受的狀況!

電腦IT機房密佈主機,耗用電力非常驚人。美國能源部曾經調查指出,資料中心耗能相較於一般辦公室高出約100倍;又根據綠基會及台北科技大學的研究調查,我國能源大用戶的各類建築單位面積年用電量(kW/m2),電信機房、網路機房及電信公司是單位面積年用電量的前三名。因此,如何讓機房節能,也就成為各廠家降低成本的重點!


綠色機房 設備節能是關鍵

機房的節能很重要,那什麼樣的機房才可以冠上「綠色機房」呢?早在2005年,美國國家標準協會(American National Standards Institute, ANSI)和美國電信產業協會(Telecommunications Industry Association , TIA)已開始盤點機房基礎設施,對244項機房設備耗能提出客觀的耗能評估基準,2008年起也推出綠色機房建置草案,使得綠色機房有一致的評估標準。

節能始於規劃設計,在IT機房設計上,將設備部署和產品選擇融入節能概念以降低成本,是綠色機房的必要條件,也就是說,綠色機房是在節能風潮下產生出來的機房設計概念,大致上要符合「低耗電」、「高能源轉換效率」二大理念,並著重於機房建置設計與後續能源管理。所以綠色機房設計是以TIA-942(Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers, 數據中心電信基礎設施標準)為基礎,對於電力、電信、建築、機械部份進行機房評估及改善,並輔以Green Grid(綠色網路)及LEED(Leadership in Energy and Environmental Design, 能源與環境先導設計)評估標準,並以PUE(Power Usage Effectiveness, 能源使用效率)做為能源效率基準。


3種指標 建構綠色機房

第1項重要指標,是LEED,這是美國綠建築協會(The U.S. Green Building Council , USGBC)在1998年公佈的高效能綠建築之市場導向式評估系統,這項準則主要用來評估綠建築的等級。LEED標章共分為4級,分別為白金級、黃金級、銀級和認證級,評估指標是以做為永續基地開發、用水效率、能源與大氣、建材與資源,和室內環境品質等項目。

第2項重要指標,則是由TIA的TR-42.2委員分會制定的TIA-942,於2005年4月12日由TIA和ANSI共同公布,主要規範了各種數據中心或電腦機房對通信基礎設施最低要求。對於數據中心基礎設施的利用性(Availability)、穩定性(Stability)和安全性(Security)3大特性,TIA-942將後續要配合的機房的基礎設施如電源配電、冷暖空調、及其他能源管理系統區分為4個層級,分別為Tier I、Tier II、Tier III、Tier IV。

最後,是由全球性的IT組織「Green Grid」所研發、評估綠色機房的能源使用效率(PUE),主要用來衡量1個電腦機房是否夠節能。PUE的計算是以「電腦機房的總用電量」(分子)除以「資訊中心內資訊設備的總用電量」(分母),PUE數值越低,代表這個機房花費能源在冷暖空調、不斷電系統(Uninterruptible Power Supply , UPS)、照明等「非資訊設備」的比例越少,就代表越節能。


PUE下降 節能可觀

要檢視綠色機房的效果,PUE一直是評量的重要指標,因為該數值愈高,代表機房中用於空調系統、照明、電力轉換損耗等「非資訊設備」的能源耗用量愈高,這表示能耗用在太多非必要的能源消耗之上。

讓我們來看看,PUE的改善效果如何!假設機房耗電容量為100kW,如果該機房的PUE值是2.5的話,就表示資訊設備用電容量為40kW,而非資訊設備負載用電容量是60kW。若設法將PUE從2.5降到1.5,則非資訊設備負載用電容量也會降為20kW,以同樣使用條件換算,節省電費可達40%。因此對企業而言,節能設計確實是相當值得投資。

日本電子情報技術產業協會(Japan Electronics and Information Technology Industries Association, JEITA)在2010年7月到2011年1月這段期間,曾對該國20家企業的25座機房進行能源效率量測,平均PUE落在1.8~2之間。但是算出PUE後,企業要懂得從PUE數字的變化看出改善的方向,有些時候,只要進行些微的調整,甚至不需要大費周章斥資引進先進節能技術或系統,就可以降低PUE。


綠色機房 超級比一比

在節能成為世界潮流之下,綠色機房成為各個國家想要學習的典範,2017年〈Energy Digital〉雜誌就選出全球前10大綠色機房,特別撰文報導:

第10名:德國花旗集團資料中心

花旗資料中心位於德國法蘭克福,當初建置完成的PUE是2.8,目前為1.5,已接近減半,未來的目標要接近1.0。該中心也在2009年得到LEED白金級綠建築標章,建築外牆被綠色植物覆蓋並有空中花園,以綠色植被吸收熱源降低能源使用功效。

第9名:挪威綠山(Green Mountain)資料中心

綠山資料中心位於挪威史塔萬格市,引用挪威峽灣約攝氏7.7度的冷水來進行冷房,另外只需要相當少的能源去冷卻主機。綠山資料中心的PUE是1.2。

第8名:美國泰坦(Titan)資料中心

泰坦資料中心位於美國華盛頓州,此建築原是空軍的飛彈基地,華盛頓州是綠色行動的領頭羊,本中心使用蒸發冷卻技術(Evaporative Cooling),泰坦資料中心的PUE是1.18。

第7名:法國史特拉斯堡資料船塢中心(Datadock)

史特拉斯堡資料中心利用約攝氏12.2度水井地下水冷卻主機,其PUE是1.18,冷卻水不只帶走主機的熱,在設計時即考量零污染、零浪費的廢水回收。

第6名:美國微軟第4代資料中心

微軟第4代資料中心位於美國華盛頓州昆西鎮,是微軟在資料中心多次的試誤之後,使用冷空氣降溫的第4式整合型主機模組(ITPACs),可以使主機效率更高,使用更少的能源,其PUE平均是1.16,但是最低可達到1.12。

第5名:英國溫亞德(Wynyard)惠普資料中心

惠普資料中心位於英國史塔頓東北方,是惠普綠色倡議重要的綠色機房之一。多年來係利用北海的冷空氣做為冷卻溫度用,使用成本下降40%,其PUE由1.2降至1.16。

第4名:瑞典生態資料中心(EcoDataCenter)

生態資料中心位於瑞典法倫礦區,和鄰近的施耐德電機公司合作,使用其再生能源(風力及太陽能)當做主機冷卻電力,PUE是1.15,而且該資料中心也使用主機的部份餘熱給住商部門使用。

第3名:美國懷俄明綠屋資料中心(Green House Data)

綠屋資料中心位於懷俄明州首府香巖城,本地最適合低溫被動式冷卻,較少使用空調和風扇,PUE僅為1.14。

第2名:美國蘋果公司資料中心

蘋果資料中心位於美國加州北部,雖然沒正式公布,但是和第1名臉書的PUE一樣,是1.1。能達成這麼低的PUE是因為使用鄰近掩埋場的生質沼氣,且是全世界使用最大量太陽能的資料中心。

第1名:瑞典臉書資料中心

臉書資料中心位於瑞典北海岸的呂勒奧市,為降低其碳足跡,臉書大力改善其資料中心的效率,該中心的PUE是1.1,其濕冷的空氣有助於降低主機溫度。

表/全球最佳綠色機房中心排比,臉書、蘋果拔頭籌
整理/黃釋緯

台灣綠色機房產業 可朝輸出模組化設計發展

目前國際上先進的綠色機房,PUE約介於1.5~1.1之間,而我國機房平均PUE則為1.9,仍有努力的空間。台達資料中心資深業務經理林士基表示:「台灣以往機房建置,都是採經驗值,例如設備汰舊換新,仍使用相同的產品,當然產品隨著年代更迭效率是明顯增加,但這就產生一個問題,就是在機房的規劃通常沒考慮到未來需要的擴充性。」

在綠色機房的設備選擇,最重要的是要考慮設備的可靠性和可用性。所以建置綠色機房,首要是設備的選擇當然是效能比同類型產品好,其次則是要考慮使用的未來的擴充性;也就是建置初期常常會發生低負載或是低使用效率的問題,但綠色機房更新時,不是考慮最佳效率,而是考慮最常用的效率。再者,考慮企業的成長性,綠色機房的節能產品也朝向模組化設計。

當前綠色機房之設備已朝具擴充性的模組化發展
圖片來源/台達電子

在機房建置好開始運轉後,最重要的就是主機散熱問題,以往的空調有上送風、下送風,後來透過新型的空調主機,將熱轉換為冷。而不同的機房位置佈置和陣列式空調,都可改善其能源耗用。最後則是使用控制軟體系統監測,即為資料中心基礎設施管理(DCIM)系統,整合「資源」和「資訊」的關係,提供所有資源維護或查詢的單一整合平台,以節省作業時間,更可正確掌握資源分配狀況。

台灣機房產業受限於本身規模太小,1年的規模大致約1.2億美元之間,而且產業機房汰換的速度較慢,因此藉由設備的節能認證,就是促使廠商汰換更新的誘因。在綠色機房政策推動上,我國有足夠的節能產品,也有相當充足的人才可以規劃節能設備,政府更可扮演平台的角色,讓我國未來綠色機房產業的發展,能朝向整套模組化產品的設計及輸出。


關鍵字:綠色機房,PUE,LEED綠建築

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