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    如何應用綠色空調解決方案建置節能環保的資料中心

    如何應用綠色空調解決方案建置節能環保的資料中心

    在企業既有的辦公空間改建機房,對機房設計工程師而言是一項艱鉅的任務。空間大小、樓層高度、對外窗戶有無,都會產生極大的影響。耗費機房幾乎一半電源的空調系統,是影響機房是否節能的關鍵因素。本個案研究將說明,在企業辦公大樓改建綠色機房時,所使用的空調系統解決對策。

    背景

    台達電子的台北總部原有兩個機房,分處兩棟辦公大樓。本機房改建專案計畫將兩者合而為一,達到資源集中化和系統整合,主要目的在於高可靠度、環保、及模組化設計下的超高擴充性。

    如何應用綠色空調解決方案建置節能環保的資料中心 - 改裝前後

    台達電子是一家在世界各地都有銷售據點、生產設備及研發中心的跨國企業,需要擁有高度「電腦化」的系統以有效處理全球業務。為保護企業資源規劃(ERP)、電子郵件伺服器、網頁伺服器、及其他各種應用程式伺服器等各種重要系統及 IT 應用,機房基礎設施的可靠度是最高優先的考慮因素。

    此外,可能更重要的是,台達電子決心基於「Smarter, Greener, Together(共創智能綠生活)」的理念,建置一個年平均電源使用效率(PUE)低於 1.43 的新機房,以符合Green Grid聯盟所定義機房效率的黃金級標準。

    概述

    新機房佔地約230平方米,分為冷通道封閉區A/B及熱通道封閉區C/D,共有63只機櫃,計畫在5年內達到240-280kW 的IT設備容量。另有獨立房間儲放兩套UPS及多組電池櫃。顯示台達資料中心基礎設施管理系統 (InfraSuite Manager)、IT設備使用率、及即時視訊監控的2x3 LCD 面板電視牆,可充分目視並管理機房設備。

    如何應用綠色空調解決方案建置節能環保的資料中心 - datacenter 2

     

     icon-datacenter-cooling  空調系統

    有諸多因素使得原有的兩個機房每年耗費大量能源。PUE 2.01 代表每 1kW 的 IT 設備功率消耗,需要等量的非 IT 功率消耗來冷卻。為大幅提高能效達成 PUE 1.43 以下的目標,台達採取下列六大對策:

    問題 影響 對策
    1. 缺乏冷/熱通道封閉 由於冷熱混風,必須設定較低的溫度 冷/熱通道封閉
    2. 傳統的氣冷式空調 冷卻效率偏低 高效率水冷系統
    3. 缺乏可變氣流量及可變水流量系統 即使在低負載也使用高風扇轉速 變頻HVAC
    4. 缺少自然冷卻 春、秋或冬季無法使用外部冷空 使用自然冷卻Free Cooling (氣側及水水側皆有)
    5. 未與大樓空調系統同步 未使用大樓空調系統獲得較佳能效 機房與大樓空調系統智慧同步
    6. 機房及冷卻水溫度偏低 電力需求提高 提高溫度

    1. 冷/熱通道封閉及 RowCool 應用
    冷/熱通道封閉可避免冷熱空氣混合,提高冷卻效率,搭配貼近熱源的台達RowCool,可以有效移除熱點,避免IT設備過熱導致當機。

    Hot / Cold Aisle Containment & RowCool Application

    2. 水冷式空調系統
    相較於傳統氣冷式空調系統,水冷式系統可節能三成,以 40RT(冷凍噸)的系統為例,能耗可從 1.25kW/RT 降到0.89kW/RT。

    系統 冷氣 水冷
    能耗 1.25kW/RT 0.89kW/RT (-30%)

    3. 變頻 HVAC系統
    RowCool 系統的連續可調式風扇轉速,及水量控制有助於大幅節能,風扇速度降低一成,估計可節能27%。RowCool 系統中直流風扇及室外機組皆採用變頻技術。冷卻水塔的風扇採用可變氣流量控制,冰水主機和冷凝水泵浦則採用可變水流量控制。

    變頻 HVAC系統

    4. 自然冷卻Free Cooling(空氣側及水側)
    台灣台北市的天候狀況下,一年裡有46%的時間可採用自然冷卻。溫度低於25℃時,空氣側自然冷卻自動啟動,將外部冷空氣導入機房,並將 RowCool機組、泵浦、冷卻水塔及冰水機組關機。溫度低於15℃時,水側熱交換器及冷卻水塔自然冷卻系統啟動,機房冰水機組則關機降低能耗。

    自然冷卻Free Cooling(空氣側及水側)

    5. 機房與大樓冰水主機智慧同步
    台達台北總部大樓獲認證為「鑽石級綠建築」,能耗較一般辦公大樓低58%。大樓本身配備兩套冰水主機系統:

      容量 效率 冷卻範圍 作業時段
    大樓冰水機組 辦公區 日間
    機房冰水機組 機房區 夜間

    「機房冰水主機」日間關機,使用大樓高效率冰水主機。夜間「機房冰水主機」開機,為機房提供冷氣。機房空調系統與大樓空調系統智慧同步,將節能效果發揮到極致。

    6. 最佳機房溫度設定
    按國際標準的建議值,機房溫度變化範圍在18~27℃及20~25℃之間。機房溫度一般雖然設定在符合建議範圍的18~20℃之間,但仍有改善空間。

     

    國際標準 溫度範圍理想值
    TIA-942 20 ~ 25 ℃
    ASHRAE TC 9.9 18 ~ 27 ℃
    NBES 18 ~ 27 ℃

    粗略估計,機房溫度每升高一度可帶來2~3%的節能。依此規則,如把冷通道的溫度從18~20℃ 提高到 25℃,機房可節能10~14%。此外,RowCool的入水溫度也可提高進一步節能,通常的做法是將冰水入水溫度設定在7℃,如果提高到 13℃,機房可節能20%。

    最佳機房溫度設定

    除空調系統外,台達的資料中心整體基礎設施解決方案還應用到高效率電源系統、模組化機櫃及資料中心環境管理系統,使整個資料中心各方面都達到「綠化」標準。

     

     icon-datacenter-power system   電源系統

    機房對可靠度、效率及擴充性的要求,對電源系統是極大的挑戰。新機房所採用的台達Modulon DPH 系列 UPS,是新世代、全模組化、可熱插拔、AC-AC 效率達96% 的高性能UPS,其熱插拔電源模組可支援機房從中長期的無縫升級。

    台達的 PDC 及 PDU 也採用模組化設計,例如,其輸出斷路器可熱插拔、兩組配電盤各可擴充達 42 組斷路器。PDC 及 PDU具備優異的電源保護及監控能力,其彈性及擴充性可配合實際的配電需求。

    如何應用綠色空調解決方案建置節能環保的資料中心 - 電源系統

     

     icon-datacenter-Racks and Accessories   機櫃及配件

    氣流管理對於配備中高功率密度機櫃的機房極為重要。台達的新機房長期規劃機櫃功率密度可達10~15kVA。模組化機櫃的開孔率達70%以上,可滿足高密度IT機房的需求。機櫃具有高承載力,靜態承重達1420kg或動態承重達1000kg,不佔太多寶貴的機房空間。

     

     icon-datacenter-Environment Management System   環境管理系統

    台達資料中心管理系統(DCIM)系統的 InfraSuite Manager,整合各種設施及 IT 設備於單一平台。環境監測器(EnviroProbe)搭配中央監測站(EnviroStation)可以對能源、電力系統、空調、環境、保全、資產、伺服器監控等各種裝置,進行無縫、即時及完整的管理。PUE歷史紀錄可協助 IT 管理人員,分析及瞭解機房電源使用的效率。

    Environment Management System

     

    效益

    這座採用多種綠色空調、電源、機櫃解決方案的新機房,可望達成下列效益:

    • PUE最佳化:PUE 值從 2.01 改善到 1.44(2014 年 7 到 10 月),估計可達成黃金級機房的目標。在冬季氣候下,PUE 將因自然冷卻而進一步提高。 
      PUE optimization
    • 節能:總能耗降低 3 成。
    • 節省空間:機房總空間從 170+130=300平方米減少23%到230平方米。

    台達關鍵基礎架構事業部(MCIS)再度證明,兼具擴充性、模組化、標準化及易於維修的InfraSuite 資料中心基礎設施解決方案,是建構高可靠度及高能效機房的最佳選擇。

    Datacenter

     

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