建立整合式的环控系统改善机房能源使用效率

前言: 数据中心管理的趋势与难题

信息中心机房维系着一个企业、一个机关的运行，随着信息化程度加深，整个社会的业务流程都越来越依赖信息系统。当前机房的主要任务便是保障商业的连续性，一个24小时运行的机房需要部署功能完善的监控系统来弥补人员无法随时监测的不足。另外也需要建立一个安全的环境以保障信息安全，最后是维护主机环境的完整性和功能性。这些需求可以遵循TIA-942或美国冷冻空调协会数据处理环境的热量指导以及ISO27001规范来管理。

根据Gartner 调查报告: 若没有有效的能源管理，数据中心每年的营运成本将会增加超过20%。藉由更严格的环境管理将可为企业节省庞大的费用。随着企业的业务不断增长，对于信息的使用需求日益激增，加上云服务和虚拟化、集中化的兴起，让IT系统出现急剧变化，因此更提高数据中心管理的复杂度及风险性。面对不断变化、复杂的IT基础设施及快速成长趋势下，传统数据中心管理工具已经无法满足企业需求，取而代之的是一套跨系统的整合性平台。新一代数据中心基础设施管理(DCIM)，提供了一个更具效益的管理及规划系统，数据中心管理人员将更容易获得其所需的信息，以协助做出明智的决定，进行有效的规划和管理数据中心资产及设施，企业可以大幅降低数据中心的营运成本，并确保符合公司预期的服务水平。此外，数据中心基础设施管理系统必须能提供管理人员更多的信息，来辅助经理人提出适当的计划和预测未来数据中心的需求，包括环境监测、电力系统、制冷系统、保全系统、报表管理、数据分析和IT整合等。

市场趋势

截至2012年，企业数据中心及大型数据中心的机柜数达210万台，然而根据Gartner的预测，到2016年机柜数量将扩增到270万台，年均复合增长率 （CAGR）达5.5%。然而随着企业数据中心及大型数据中心的持续成长，IT人员将面对为数众多的机柜与其他IT设备或电力及空调系统，要如何有效管理这些设施？这将成为IT经理人重视的议题。在这样的趋势下，可以预见未来市场对于数据中心基础设施管理(DCIM)的需求也将跟着一起成长。

根据Gartner对数据中心的预测，全球DCIM市场在2012年的潜在营收为4.5亿美元，预计到2016年将上升到17亿美元，年均复合增长率（CAGR）高达39%。虽然预估的成长率之高，但许多市场潜在的客户仍感到困惑，不清楚到底DCIM是什么?能够提供些什么服务? 因此，厂商有必要对于所提供的数据中心基础设施管理有更多充分的介绍及客观的教育。

机房管理焦点

以管理层面而言，当我们站在不同的位阶，我们所关注的焦点也会不同，就数据中心而言可以分为五大位阶：由巨观到微观分别是站级(Site)、房间级(Room)、列级(Row)、机柜级(Rack)、服务器等级(Server)，而管理的细腻程度端视微观的层级到达哪个位阶。举个例子，假设我们能够转移高负载的服务到其他机柜，那就不需要一味的加强空调的制冷能力。

电源管理

对于一个智能化的环控系统，所有电源设备也需要如IT一般，即使无人看管也能借着智能化的管理平台自动调整设备运行状态，提前洞悉任何紧急事故，接着执行最佳的处置措施。

在电源管理部分，包含设备状态监测、容量管理以及电源质量监测。一开始需要由建构电源路径着手，这部分跟上一节的管理焦点相互呼应。架构完电源路径后再做耗电量分析，主要重点是在总耗电量监测、三相负载平衡管理以及各机柜电流量测分析，总耗电量量测可以在配电盘加挂电表，三相负载的信息由UPS取得，各机柜电流就由PDC的每个分路来撷取。

环境温度管理

我们知道提供给服务器的电源大部分会转换成显热，然后由空调借热交换来移除机房作业所产生的热。换句话说，每个机柜的耗电量量测可以视为空调未介入前的热点分布状态，如果单纯的量测目前机房内所布建的温度传感器，那我们只能了解改善后的状况。由管理面来看，了解改善前的状态同样重要，如此我们才能验证空调的设计是否适当，以及藉由改善前后的对照来思考未来应该采取的改善措施。

PUE计算

所谓的PUE是指数据中心电力使用效率，是用来衡量数据中心的节能指标，其公式是”机房总用电量”除上”IT设备用电量”。目前一般机房的PUE平均数据是2左右，其代表的意义是数据中心IT设备每消耗1瓦电力，基础设施也需消耗1瓦电力。PUE越趋近1代表数据中心能源使用效率越高。

提高数据中心电力使用效率做法很多，包括服务器的整并、冷热通道的建立以及电力空调设备效率提高等，这些做法已有许多专文讨论。我们目前就专门在现行数据中心PUE量测手法做探讨：在”IT设备用电量”这一量测点上又区分为Category 1~3，主要是依量测的位置来区分。Category 1是在UPS输出端，Category 2是在PDU输出端，Category 3是在IT输入端。而在”机房总用电量”这边可以区分为五大类分别是「IT设备用电量」、「UPS电力损耗」、 「空调耗电量」、「照明耗电量」与「其他」。

在台湾地区空调耗电量又包含送风机与冰水能耗，而大部分建筑又是共享冰水主机，这一点经常造成许多数据中心无法准确的计算PUE数据。台达的整合式的环控系统因应此需求可以生成一个虚拟电表，依照冰水流量与进出水管的温差，计算出机房的冰水热量转换为kWh，再除上冰水主机的COP，就可以得到较准确的冰水主机耗电量。

除了显示实时PUE数据外，历史PUE的分析也同样重要。藉由历史曲线的趋势分析从而找出改善的方式，才是运用整合式环控系统的重点。

服务器电源管理

目前的技术已经可以撷取服务器机壳内部的环境信息，如进风出风温度、CPU温度、风扇转速、电压、电流、功率等信息。甚至控制CPU的State来限制服务器的最大功耗，其效应是服务器效能降低，但是服务不会中断。应用的范围有当市电中断时延长UPS备用电池时间，空调故障时的区域性保护措施等等。

当量测与控制技术运用到服务器层级时，我们就可以进行更细腻的分析与管理，尤其在现今数据中心迈向虚拟化与集中化的趋势下，随需自动调整电源与空调制冷的能力，以及负载限制与转移的机制变得日益重要。对数据中心管理人员而言，整合式的环控系统不仅提供基础设备的监测信息，还能做到动态控制电源与空调的能力，更进一步提供数据分析做为未来改善的依据。在信息量越来越多且严苛的数据中心内，有助企业实现未来能源规划愿景、强化能源管理使用效率。