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移动测量技术在数据中心节能方面的应用

来源:国际商业机器(中国)投资有限公司 作者:王雪峰 刘颖 更新时间:2011-3-28 17:51:13

摘要:如何提高数据中心的冷却效率,提高数据中心的利用率,降低数据中心设备能耗,是企业降低数据中心总能源消耗的关键。而IBM公司推出的移动测量技术(MMT),可以形象地了解到现有数据中心的热分布状况,IT设备功耗和冷却系统,并鉴别,诊断和解决数据中心存在的故障和低能效问题。

  企业在不断扩展IT容量来支持业务增长的同时,数据中心的能耗越来越高,投入的能源成本也在不断攀升。与此同时,随着法律法规不断完善,人们的环保意识不断提升,对企业的环保要求也越来越严格。提高IT能源效率正在成为企业降低运营成本规划时所关注的重点,也是企业树立良好的环保社会形象的重要因素。所以,向高效节能的IT环境发展是众多企业提高能源效率采取的有效途径之一。然而企业在创建高效节能的IT环境进程中通常需要解决下列问题:能效开销持续攀升,散热问题日益严重,资源利用率低下和CO2排放量增加。
  
  由此可以看出,如何提高数据中心的冷却效率,提高数据中心的利用率,降低数据中心设备能耗,是企业降低数据中心总能源消耗的关键。而IBM公司推出的移动测量技术(MMT),可以形象地了解到现有数据中心的热分布状况,IT设备功耗和冷却系统,并鉴别,诊断和解决数据中心存在的故障和低能效问题。
  
  MMT全称是MobileMeasurementTechnology,中文名叫移动测量技术。此创新技术由美国IBMResearch实验室资深专家研究开发而成,并作为IBM绿色创新工程的科研成果宣布推出,2009年被评为IBM五大环境创新技移动测量技术在术之一,用来优化数据中心的热量分布以消除热点,并减少能耗。
  
  MMT工作原理
  
  MMT测试工具如下图1,抽取数万个温度样本,依靠智能的传感器定位,可以在短时间内能完成数据中心的测量,最终通过后处理生成三维的数据中心热成像图,并从数据中心的温度,湿度,气流,空调,能耗等方面详细分析了数据中心的环境状况,提出最优化的方案。
  
  MMT测试分析的工作流程主要分为三个阶段:
  
  1、MMT测试设备测量数据中心散热和气流分布状况,并用专业工具了解IT和基础实施设备的能耗分布。
  
  2、记录并检查收集到的所有数据,通过后处理数据分析软件形成数据中心热成像图,湿度分布图和风量分布图,并统计配电柜功耗实测表,了解电力分配情况。
  
  3、通过MMT测量与分析技术的评估,找出热点所在的具体位置,分析热点产生的原因,了解用电分配情况并分析其合理性,评估空调利用率和计算冷空气的有效利用情况,最后提出高效节能的改造方案。

  
  图1测试设备和热成像图

  MMT能效解决方案
  
  下面是国内某数据中心的节能优化改造一个实际案例,该数据中心2008年建立,主要分为三个房间,总共占地面积约590平方米,采用架高地板的通风设计。架高地板的高度为50厘米,地板上空间高度3.1米。机柜摆放采用冷热通道的设计,但是还有部分热空气回流到冷通道中。数据中心总共有7台空调,其中5台空调的型号是StulzASD852G,另外两台空调的型号是StulzASD521G。
  
  (1)环境优化
  
  改造的第一步是了解现有配置中的热量情况。然后通过建模帮助规划新的数据中心布局。移动测量技术(MMT)是一种以热量和冷却系统为重点的评估技术,它使用IBM开发的设备和软件获取详细的温度、湿度和气流测量数据,根据这些数据对整个数据中心进行评估。
  
  图2给出改造之前的MMT扫描结果。


  
  图2离地面137cm高的MMT扫描热成像图

  现场收集完数据以后,IBM利用三维热点分析法,从机柜入口热点(IH),水平热点(HH)和垂直热点(VH)彻底解决数据中心的热点问题,并且有针对性地解决数据中心湿度气流不合理的环境问题。然后,IBM使用计算流体动力学(CFD)工具分析并采取了最佳的改进措施。主要的改进包括热/冷通道完全隔离、通风地板位置和大小的合理调整,安装盲板,利用屏障防止热空气向机架回流、封堵漏风开口等措施,并通过分析关掉右下角那台空调仍然能满足数据中心的制冷要求。
  
  在改造数据中心之后,执行最后的MMT测量分析(见图3),了解数据中心改造对热量性能的改进程度,从图3中数据中心的整体温度大约下降3℃左右。

  
  图3改进后离地面137cm高的MMT扫描热成像图

  (2)节能改造
  
  目前,业界通常用电力使用效率(PUE)来衡量数据中心的实际能源效率,考虑到此数据中心的UPS系统同时给多个数据中心供电,精确计算PUE比较困难。基于这个环境下,IBM提出了数据中心冷却效率的概念,用来衡量数据中心的冷却能效。
  
  数据中心冷却效率=IT用电量/冷却设备用电量
  
  数据中心改造前,IT设备的功耗为240kW,冷却设备用电为160kW,因此数据中心冷却效率只有1.5。业界认为,通过优化改造数据中心冷却效率最高可以达到2.0以上。数据中心改造后,由于计算需求的日益增长,IT设备的功耗已经增加到335kW,此时冷却设备用电为175kW,数据中心的冷却效率达到1.9。通过优化,数据中心冷却效率比之前提高了27%,从而达到了节能的目的。
  
  总结
  
  通过评估,上述数据中心改造的投资成本在不到一年时间就收回了,而且每年减少24kW的环境影响,并为未来的增长留出了空间。当今的数据中心节能方法多数是以更换新设备为前提,而MMT(移动测量技术)只要收集当前数据中心的信息,采集数据中心温度,湿度和流量等参数,就可以评估数据中心存在多大的节能空间,并根据每个数据中心的不同特点进行全面分析,详细地提出优化数据中心节能省电的具体方法和步骤,而且更要重要的是,这些方法无须大量的成本投入就能达到省电的目的。
  
  责任编辑:kelly

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