如何测量和降低数据中心能耗

随着对计算能力和数字服务的需求持续增长，数据中心的能源消耗也在上升。为了减少数据中心的碳排放，许多数据中心经理现在制定了他们必须遵守的企业可持续发展目标。据毕马威 (KPMG) 称，现在 80% 的公司报告了他们的可持续性。

提高数据中心能源效率的好处是巨大的。可持续发展的数据中心可减少设施对气候变化的影响，降低运营成本，最大化现有容量的价值，符合法规和倡议，并且对客户更具吸引力。但是许多数据中心经理不知道如何测量他们的数据中心能耗并在不引入风险的情况下智能地降低能耗。幸运的是，任何数据中心经理都可以遵循一些最佳实践来拥有更环保的数据中心。

1.测量和监控您的数据中心能耗

降低数据中心能耗的第一步是对其进行测量。如果没有关于您的能源使用情况的关键信息，您将不知道您的基准是什么、您取得了多少进步，或者您提高数据中心能源效率的机会在哪里。

智能机架 PDU 是测量每个机架的用电量和可用容量的必备工具。插座计量 PDU 提供设备级别的数据，这些数据具有额外的好处，可以帮助您识别幽灵服务器和耗电大户、了解客户的能源使用情况和成本，以及比较 IT 效率。带插座控制的开关式 PDU 也可用于远程打开和关闭单个插座，这样您就可以在设备不使用时节省能源。

其他电表选项包括母线分接器和母线槽末端馈电、远程配电盘、地板 PDU、UPS 和楼宇仪表。来自这些项目的数据有助于提高能效指标的容量和报告。

接下来，您需要收集、存储、趋势分析和报告所有这些数据，以从中提取最大价值并智能地降低数据中心的能耗。数据中心基础设施管理 (DCIM) 软件从功率计收集实时测量读数，并将其转化为可操作的见解，从而更轻松、更快速地减少数据中心的碳足迹。

现代 DCIM 软件每天可以从您的数据中心收集数十亿个数据点，并将它们提炼成易于理解和预配置的仪表板图表、报告和 3D 可视化分析，以简化数据中心能源管理。借助智能电源基础设施和 DCIM 软件，您可以轻松测量数据中心的能耗、能源成本、碳足迹等。通过分析这些数据的趋势，您可以实时查看能源效率计划的影响。

2.测量和监控您的数据中心环境

来自环境传感器的数据提供了有用的信息，例如在不将设备置于建议范围之外以维持正常运行时间的情况下，您可以在何处提高效率以及提高多少。

环境传感器具有成本效益且易于安装。有助于提高数据中心能效的传感器包括：

• 温度。在每个机架中安装温度传感器，以了解您是否过冷以及过冷程度。然后，您就会知道可以将温度提高多少来节省能源。
• 湿度。每五个机架部署一个湿度传感器，以了解您是否对数据中心过度加湿或除湿。
• 气流。在每个冷空气供应和热空气回流处放置一个气流传感器，以确保冷却系统正常有效地运行。
• 空气压力。冷热通道之间的气压差异可能会导致隔板泄漏，从而降低效率。来自高架地板下的气压数据可以输入冷却系统或建筑管理系统 (BMS)，以改变风扇速度以提高效率。

在第一步中将电力和能源数据转换为可操作信息的相同 DCIM 软件应该用于收集和报告环境传感器数据。例如，您可以在 3D 平面图上查看热或湿度延时视频，以轻松发现浪费的过冷或利用开箱即用的 KPI 图表，例如每个机柜的 delta-T。

3.跟踪 PUE 和其他数据中心可持续性 KPI

如果您完成了第一步和第二步，您现在就拥有了一个完全检测和监控的数据中心。您现在可以开始跟踪数据中心可持续性 KPI，这些 KPI 表明您的数据中心的效率和发展方向。

电源使用效率 (PUE)是最受欢迎的数据中心 KPI 之一。它是总设施能源与总 IT 设备能源的比率。PUE 越接近 1.0，数据中心的效率就越高。如果您拥有采用最先进技术的较新数据中心，您的 PUE 目标应该在 1.2 左右但不超过 1.4。如果您正在优化旧设施，则目标是 PUE 为 1.5 或更低。

计算 PUE 可能是一个充满手动仪表读数和数学运算的繁琐过程，但使用 DCIM 软件，您可以实时自动计算、趋势和比较所有站点的 PUE。然后，您可以专注于降低数据中心能耗的战略项目，而不是耗时且可能不准确的 PUE 计算。

有许多衡量数据中心能源消耗和可持续性不同方面的指标。要全面了解您的数据中心的绿色程度，请衡量与您最相关的指标，例如：

• 符合 ASHRAE 标准的机柜百分比——衡量在理想环境条件方面取得的进展。
• 碳使用效率 (CUE) – 从数据中心碳足迹衡量整体可持续性
• 冷却能力系数 (CCF) – 衡量数据中心冷却系统的整体效率。
• 数据中心空间效率 (DCSE) – 衡量数据中心空间的使用效率。
• 每个机柜的 Delta-T – 衡量冷空气冷却每个机柜中 IT 设备的效率。
• 绿色能源系数 (GEC) – 衡量现场产生了多少可再生能源。
• 每个机架的搁浅电源容量——衡量在现有机柜资源中可以部署多少额外设备。
• 技术 碳效率 (TCE) – 衡量数据中心消耗能源的清洁程度。
• 用水效率 (WUE) – 衡量数据中心用水的效率。

4.避免数据中心过冷

ASHRAE 的热指南规定服务器进气口的温度应在 65-80°F 之间。然而，许多数据中心管理人员规避风险并让他们的设备保持更凉爽是可以理解的。由于服务器入口温度每升高 1°F ，数据中心的能耗可降低4-5% ，因此大多数数据中心都有巨大的节能潜力。借助温度传感器和 DCIM 软件，可以轻松安全地升高温度，同时确保设备安全地处于推荐的指导方针范围内。

为避免过冷和浪费能源，请遵循以下简单过程：

• 根据 ASHRAE 指南，在每个机架前后的顶部、中部和底部部署温度传感器。
• 在您的 DCIM 软件中，设置机架入口温度的阈值，以便在温度超过您选择的温度时自动通知您。
• 使用 DCIM 工具的内置湿度冷却图，确定您的机架是否在您选择的指导范围内。如果不是，请评估您可以将温度升高多少。
• 慢慢提高您的温度设定点，同时检查您的冷却图表以确保您不会超过您的阈值。在某些情况下，您甚至可以完全关闭 CRAH/CRAC。
• 偶尔查看 DCIM 中的温度趋势和热延时视频，并进行任何必要的调整。

5.实施数据中心遏制

将冷却装置的冷空气与 IT 设备排出的热空气分开，可以将数据中心的能耗降低 30% 或更多。这是因为当冷热空气混合时，冷却基础设施必须通过冷却已经很冷的空气来浪费能源。考虑数据中心遏制和监控策略，以防止冷热空气混合。这将实现均匀的送风温度和更暖的回风，以便您的 CRAH/CRAC 仅冷却数据中心内最热的空气。

有几种不同的方法可以实现这一点。流行的遏制选项包括：

• 热通道气流遏制。天花板和门封闭了成排机柜之间的热通道，以便将排出的热空气分离并返回冷却系统。
• 冷通道遏制。天花板和门封闭了两排机柜之间的冷通道，使数据中心的其余部分成为热空气回流室。
• 烟囱系统。温暖的废气通过每个机架上方的烟囱被向上推到天花板回风室。
• 窗帘系统。机架面对着前后交替的两排，帘子将冷送风和暖排风隔开。

6.将旁路气流保持在最低限度

气流管理是一种经常被忽视的降低数据中心能耗的方法。通过优化气流，您可以进一步提高冷却基础设施的效率。目标是尽量减少旁路气流，旁路气流是在返回冷却单元之前不会冷却 IT 设备的空气。旁路气流平均约占所有气流的 60%，因此有足够的机会提高效率，而且通常相当便宜且可快速实现。

减少数据中心旁路气流的一些方法包括：

• 空白面板。盲板是一种低成本的解决方案，可以改善气流、降低服务器入口温度并提高回风温度。仅面板一项就可以将能源成本降低 1-2%。不要忘记堵住孔，例如开放的 U 空间、导轨和机柜边缘之间的空间以及机柜下方。
• 高架地板。多孔地砖应放置在需要冷却的 IT 设备前面的高架地板上。在高架地板上使用垫圈密封电缆穿孔，并允许在地板下保持最大压力。
• 高流量柜门。与玻璃或类似材料制成的门相比，穿孔柜门可改善气流。
• 效率罩。CRAC 装置的高效抽油烟机通过将您的装置延伸至回风室，使它们能够接收到更温暖的空气。将最热的空气尽可能地抽出数据中心会导致温度变低并更快地冷却。抽油烟机可以将冷却装置的容量增加多达 25%，并允许 CRAC 更频繁地循环关闭，从而延长其使用寿命。

7.找到你的幽灵服务器和耗电大户

幽灵服务器是闲置的服务器，它们不执行任何有用的功能，同时仍然消耗能量和空间。数据中心中高达 30% 的所有服务器都是幽灵服务器的情况并不少见。使用正确的工具，识别幽灵服务器就像单击按钮一样简单。

如果您有插座计量的智能机架 PDU 和 DCIM 软件，您可以运行幽灵服务器报告。只需输入一个日期范围，您将获得该时间每个设备的最大负载、平均负载、最小负载和总负载。然后，您可以关闭、停用或利用这些服务器来节省能源并最大限度地利用现有资源。同样容易的是，您可以看到哪些服务器是您的耗电大户，比您的其他设备消耗更多的能源。这些设备很适合被更高效的硬件或虚拟化所取代。

8.整合您的数据中心足迹

旧数据中心或未充分利用其现有容量的数据中心可以从整合和虚拟化中受益匪浅，减少您拥有的物理资产数量和它们消耗的资源。数据中心整合降低了能源消耗，因为需要供电和冷却的设备和站点更少。

数据中心整合的关键是拥有高度准确的容量规划，使您能够在每个机架中安全地安装尽可能多的设备。由于传统的设备功率预算方法存在缺陷，许多数据中心经理未能实现这一目标。

通常的做法是将服务器的铭牌值降低到 60-70% 左右，以留出安全余量。然而，这个过程是基于估计的，并且在很大程度上是不准确的。它会导致搁浅的电源容量和空间浪费，从而对您的效率产生负面影响。新的前进方向是自动化机架电源容量规划，以充分利用现有资源并推迟构建新机柜甚至新数据中心。

借助插座计量的 PDU 和具有“自动功率预算”功能的现代 DCIM 解决方案，该软件可以根据设备在运行环境中的实际负载，自动为设备的每个品牌和型号实例计算准确的功率预算数字你的应用程序。Auto Power Budget 为您提供了很多机会，可以在更少的机架中安全地部署更多设备，从而实现高效的数据中心运营。Comcast 和 eBay 等 DCIM 用户报告称机架电源利用率提高了 40%。有关详细信息，请阅读Comcast 案例研究。

9. 推动客户更高效的行为

确保您的内部或外部客户遵守能源效率最佳实践可能很困难。鼓励他们并推动环保意识和责任文化的一种方法是向他们收取设备消耗的能源费用。然后，当他们看到他们的行为如何导致更高的成本时，他们就更有可能遵守最佳实践。DCIM 软件可以以账单回馈报告的形式收集和显示能源和成本数据。这些可以由客户、数据中心甚至机架交付。当您可以按客户、业务部门或应用程序报告成本时，就很容易识别耗电量。另外，您的费用始终准确无误。