云計(jì)算供應(yīng)商、云托管公司及其他 IT 服務(wù)提供商正在迅速建立多租戶數(shù)據(jù)中心 (MTDC) 。主要是由于面臨巨大的競(jìng)爭(zhēng)壓力，因此這類設(shè)施必須保持極高的能效水平。

本白皮書闡明了各種挑戰(zhàn)致使目標(biāo)實(shí)現(xiàn)具有難度的原因，并在隨后介紹了最新的不間斷電源系統(tǒng) (UPS)、氣流控制解決方案以及空調(diào)節(jié)能器是如何幫助 MTDC 擁有者在不消弱設(shè)備可靠性及靈活性的情況下大幅降低與電能相關(guān)的運(yùn)營(yíng)費(fèi)用的。本文還通過領(lǐng)先的主機(jī)托管零售商 Hurricane Electric Internet Services 的經(jīng)驗(yàn)，生動(dòng)地證明踐行能效最佳做法能使 MTDC 運(yùn)營(yíng)商從中受益。

MTDC的主要需求

在一定程度上由云計(jì)算興起而推動(dòng)的 MTDC 目前在規(guī)模、數(shù)量及普及方面正迅速發(fā)展。的確，分析公司 451 Research 預(yù)測(cè)北美的 MTDC 收入在 2015 年全年將以 15.42% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率攀升。

要想在越來(lái)越擁擠的市場(chǎng)中取得成功，MTDC 提供商必須持續(xù)不斷地專注于一些苛刻要求。這些要求包括：

負(fù)擔(dān)能力 盡管在評(píng)估第三方數(shù)據(jù)中心時(shí)價(jià)格并非是唯一的商務(wù)考慮變量，但它是最重要的因素之一，因此，MTDC 運(yùn)營(yíng)商必須始終都提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。

高效 盡管價(jià)格較低，但 MTDC 供應(yīng)商亦希望獲得不錯(cuò)的利潤(rùn)， 因此就必須利用各種機(jī)會(huì)來(lái)節(jié)約能源和空間。

可持續(xù)性 盈利能力并不是 MTDC 以提高能效為頭等要?jiǎng)?wù)的唯一 原因。全球 500 強(qiáng)公司中有大約 50% 的企業(yè)目前都在擬定可 持續(xù)發(fā)展計(jì)劃，這些計(jì)劃要求他們?cè)谫?gòu)買產(chǎn)品及服務(wù)時(shí)，需從 對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)的供應(yīng)商處購(gòu)買。這樣的企業(yè)數(shù)目現(xiàn)在還在增加。

可靠性 為滿足其嚴(yán)格的服務(wù)水平協(xié)議 (SLA) 要求，MTDC 必須 提供近乎連續(xù)的運(yùn)行時(shí)間。

靈活性 快速成長(zhǎng)的企業(yè)更喜歡 MTDC 在配置、更改及規(guī)模應(yīng)用 方面的靈活性。

常見的 MTDC 能效挑戰(zhàn)

為滿足此類急劇變化的需求，MTDC 的運(yùn)營(yíng)方式可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)峻的能效挑戰(zhàn)，包括以下這些：

低UPS 負(fù)載 為保持可靠性，很多 MTDC 采用冗余 UPS 和(或) 2N 架構(gòu)，其中多臺(tái)設(shè)備各自承擔(dān)部分負(fù)載下運(yùn)行。因此，如果一個(gè)設(shè)備出故障或需要維修時(shí)，其它設(shè)備可馬上替補(bǔ)上。盡管此類配置方案可防止停機(jī)，但也會(huì)降低能效，因?yàn)?UPS 負(fù)載不足會(huì)浪費(fèi)更多電能，產(chǎn)生的熱量的比例也相應(yīng)地要比全負(fù)載 UPS 時(shí)的更高。

極端工作溫度 大多數(shù) MTDC 供應(yīng)商所服務(wù)的客戶廣泛使用虛擬技術(shù)和刀片式服務(wù)器。盡管這兩種技術(shù)從根本上均會(huì)增大數(shù)據(jù)中心的計(jì)算強(qiáng)度，但在較小空間內(nèi)也會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。消散這些熱量并不簡(jiǎn)單而且所需費(fèi)用昂貴。

瞬時(shí)尖峰 瞬間尖峰發(fā)生時(shí)，可能會(huì)使 UPS (濾波器 / 整流器)輸入端受損。進(jìn)行預(yù)防性維修時(shí)，會(huì)檢查這些部件是否有任何損傷。

冷卻效率低下 在老舊的建筑中，MTDC 經(jīng)常是依靠所謂的“混沌”空氣分布法將溫度保持在可接受范圍內(nèi)。在此類冷卻方案中，大量冷空氣從服務(wù)器周邊的機(jī)房空調(diào) (CRAC) 中抽出，這些冷空氣既冷卻了 IT 設(shè)備也將主機(jī)的熱廢氣推送至設(shè)備的回風(fēng)管。然而，使冷風(fēng)和熱風(fēng)混合并再循環(huán)的這種混沌空氣分布設(shè)計(jì)會(huì)降低冷卻效率并使電費(fèi)攀升。在效率更高的混沌氣流分布方案中，數(shù)據(jù)中心是這樣排列服務(wù)器機(jī)架的，那就是在一排中只將熱廢氣或冷空氣入口相互面對(duì)。這樣的“熱通道 / 冷通道”排列可使空氣對(duì)流產(chǎn)生連續(xù)的空氣流動(dòng)，從而提高數(shù)據(jù)大廳的效率，但也還是會(huì)留給數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商不小的冷卻負(fù)擔(dān)去補(bǔ)償。

最大限度提高M(jìn)TDC 能效的最佳做法

MTDC 運(yùn)營(yíng)商有多種選擇來(lái)應(yīng)對(duì)這些及其它的效率挑戰(zhàn)。其中最有效的是：

1. 采用高效節(jié)能的UPS

新一代先進(jìn)的 UPS 可幫助 MTDC 在不降低可靠性的情況下提高效率。這樣的設(shè)備有兩種基本類型：

可變的模塊化UPS 許多雙轉(zhuǎn)換 UPS 現(xiàn)在都包含多種供電Z模塊。最先進(jìn)的設(shè)備還允許數(shù)據(jù)中心有變化地加載那些模塊。因此，數(shù)據(jù)公司并非將負(fù)載均勻分配到處于低水平的各模塊，而是可以使一個(gè)或多個(gè)模塊滿負(fù)載，而其它不需要的模塊則使其處于待機(jī)休眠狀態(tài)。如果是硬件故障或其它問題導(dǎo)致負(fù)載需求突然猛增，UPS 可自動(dòng)且立即啟動(dòng)待機(jī)模塊。最終結(jié)果是，當(dāng)問題發(fā)生時(shí)，正常條件下以及連續(xù)不斷運(yùn)行時(shí)的效率更高。

多模式UPS 可變的模塊化 UPS功能僅僅是雙變換模式轉(zhuǎn)換，而多模式 UPS 支持兩種工作模式。正常工作時(shí)，UPS 在高效節(jié)能的模式下運(yùn)行，但當(dāng)電源條件超出事先設(shè)定的允許范圍時(shí)，該設(shè)備會(huì)自動(dòng)且立即地轉(zhuǎn)換成雙變換模式。當(dāng)電源恢復(fù)到可接受范圍內(nèi)時(shí)，UPS 會(huì)自動(dòng)地轉(zhuǎn)換回節(jié)能模式。

盡管最新的雙變換模式 UPS 的節(jié)能效率通常達(dá)到 90% 以上，但多模式 UPS 在節(jié)能模式下運(yùn)行時(shí)的節(jié)能效率可高達(dá) 99%。因此，它為 MTDC 供應(yīng)商提供了低運(yùn)行成本和高可靠性的完美組合。

某些多模式 UPS 還內(nèi)置諧波抑制功能。諧波是數(shù)據(jù)中心電壓或電流變形的波形，通常由服務(wù)器、變頻驅(qū)動(dòng)器以及熒光燈等非線性負(fù)載產(chǎn)生。如果不予處理，諧波可能會(huì)降低能效和可靠性，同時(shí)縮短昂貴的電器設(shè)備的使用壽命。

過去，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商擔(dān)憂諧波專門吸收技術(shù)將會(huì)占用寶貴的使用面積。今天他們可以選擇使用具有降低諧波功能的多模式UPS。具有此功能的舊設(shè)備只在雙模式 UPS 中可吸收降低諧波，但較新的最先進(jìn)設(shè)備可減緩諧波，進(jìn)行功率因數(shù)校正，還能在節(jié)能狀態(tài)下平衡負(fù)載。

2.實(shí)施氣流控制解決方案

冷卻是數(shù)據(jù)中心能耗成本產(chǎn)生的主要原因，特別是像 MTDC 這樣布滿溫度較高服務(wù)器機(jī)架的設(shè)備。采用空氣控制方案，MTDC 運(yùn)營(yíng)商可降低其冷卻成本 30% 甚至更多。

控制方案是將服務(wù)器包圍在一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)內(nèi)封住熱空氣，并將其導(dǎo)入機(jī)房空調(diào)設(shè)備或其它冷卻系統(tǒng)中，并將冷空氣直接送入服務(wù)器的冷風(fēng)入口。

以這種方法分布和控制氣流可極大地提高冷卻效率。例如，為抵消再循環(huán)廢空氣影響，熱氣 / 冷氣通道方案必須經(jīng)常將返回的廢氣冷卻到 55?F/12.78?C，然而，基于控制冷卻系統(tǒng)，由于完全隔絕返回空氣，他們可安全地輸入溫度為 65?F/18.34?C 的空氣，這降低了可觀的冷卻能源費(fèi)用。

氣流控制方案還有一個(gè)好處，那就是可防止服務(wù)器因熱廢氣而熱關(guān)機(jī)，因此可靠性能得到增強(qiáng)。該解決方案還能提高靈活性，使設(shè)備運(yùn)營(yíng)商能有更大的自由度來(lái)設(shè)置服務(wù)器機(jī)架，以便更好地滿足需求，而不是古板地排成線，按熱 / 冷通道要求統(tǒng)一排成行。

3.采用空調(diào)節(jié)能器

盡管大多數(shù)數(shù)據(jù)中心仍然依靠機(jī)房空調(diào)，但它占用寶貴的使用面積、維護(hù)成本高且是一個(gè)相當(dāng)大的能量消耗源。因此，MTDC 擁有者越來(lái)越愿意部署較小的機(jī)房空調(diào)，要么完全取消它，要么只將它用作更高效節(jié)能的冷卻技術(shù)，例如空調(diào)節(jié)能器的備份。

有兩種基本的空調(diào)節(jié)能器：

●水輔助空調(diào)節(jié)能器利用寒帶室外溫度，來(lái)冷卻液體冷卻系統(tǒng)中閉環(huán)冷卻中的液體。

●空氣輔助空調(diào)節(jié)能器將數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器的熱廢氣抽出，同時(shí)泵入室外自然冷空氣?？諝廨o助空調(diào)節(jié)能器將數(shù)據(jù)中心中的服務(wù)器的熱廢氣抽出，同時(shí)泵入室外自然冷空氣。盡管往往其在北緯、寒冷期使用效果很好。根據(jù)很多專家研究表明，其至少在部 分時(shí)日甚至在溫暖的氣候，也是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的選擇。

MTDC 采用何種空調(diào)節(jié)能器需基于一些變量，比如其所處位置以及是否采取液體冷卻，但幾乎每個(gè) MTDC 均會(huì)從空調(diào)節(jié)能器提供的“自然冷卻”中受益。

案例研究 Hurricane Electric Internet Services

Hurricane Electric Internet Services 總部設(shè)在加利福尼亞州佛利蒙市， 是一家 主 機(jī) 托 管 零 售 提 供 商，其 在 舊 金 山 灣 共設(shè)有三家 MTDC。按互聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)來(lái)衡量，其運(yùn)營(yíng)的是世界上最大的 IPv6 骨干網(wǎng)以及全球 10 大 IPv4 骨干網(wǎng)之一。上述 Hurricane Electric 的經(jīng)驗(yàn)以及所采用的能效策略體現(xiàn)了哪些最佳做法對(duì) MTDC 供應(yīng)商的盈利能力、可靠性及靈活性的影響有多么的大。

處境

與很多其它 MTDC 擁有者不同，Hurricane Electric 是使用自有資金創(chuàng)立的企業(yè)，沒有吸收第三方風(fēng)險(xiǎn)投資資金。因此，他比其競(jìng)爭(zhēng)者更需要盡可能地提高運(yùn)營(yíng)效率。另外，作為零售商，該公司交易的客戶群有小規(guī)模的新建公司也有成規(guī)模的云計(jì)算巨頭。這些公司同樣地都有各種容量需求。為此，Hurricane Electric 必須對(duì)小負(fù)載、大負(fù)載及介于兩者之間的任何負(fù)載均需保持較高的節(jié)能效率。此外，像所有的 MTDC 一樣，為必須保持不間斷可用性，其必須這樣做。

結(jié)果

在 正 常 運(yùn) 行 中， 安 裝 多 模 式 UPS 能 夠 使 Hurricane Electric 將UPS 負(fù)載提高到 60%，UPS 節(jié)能效率提高到 99% 以上。由于這些改進(jìn)，該公司的對(duì)冷卻需求在一定程度上得到大幅降低，從而使其能夠經(jīng)常使用其全新的空調(diào)節(jié)能器系統(tǒng)。

另外，由于其選擇了模塊化多模式 UPS，可使其在維護(hù)期間不需將其下游設(shè)備下線。這些收益的最終結(jié)果是降低了故障平均間隔時(shí)間、可量化的節(jié)約及更加穩(wěn)固的底線。

結(jié)論

在市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)并贏得競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)于MTDC服務(wù)來(lái)說(shuō)是不容易的，但是對(duì)于始終將提高效率作為要?jiǎng)?wù)的MTDC運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，照樣可獲得堅(jiān)實(shí)的穩(wěn)定的利潤(rùn)。特別是如Hurricane Electric Internet Services的經(jīng)驗(yàn)所表明的，采用新的高效率的UPS、空氣控制方案及空調(diào)調(diào)節(jié)器，可使MTDC擁有者在提高可靠性和靈活性時(shí)，降低能源浪費(fèi)、減輕冷卻負(fù)擔(dān)。因此，想要在長(zhǎng)期的經(jīng)營(yíng)中，取得成功的MTDC供應(yīng)商，應(yīng)該與能源系統(tǒng)及冷卻設(shè)備供應(yīng)商對(duì)所處環(huán)境，按本文所述共同研究出適合的、最佳的節(jié)能方法。

關(guān)于伊頓

伊頓公司的電氣業(yè)務(wù)在配電及線路保護(hù)、備用電源保護(hù)、控制與自動(dòng)化、雷電保護(hù)及安全、結(jié)構(gòu)解決方案及配線、惡劣危險(xiǎn)環(huán)境解決方案及工程服務(wù)領(lǐng)域處于全球領(lǐng)先地位。Eaton? 通過其全球解決方案確立地位，來(lái)應(yīng)對(duì)當(dāng)今最關(guān)鍵的電力管理方面的挑戰(zhàn)。

伊頓是一家全球領(lǐng)先的動(dòng)力管理公司，2013年銷售額達(dá)220億美元。伊頓致力于提供各種節(jié)能高效的解決方案，以幫助客戶更有效、更安全、更具可持續(xù)性地管理電力、流體動(dòng)力和機(jī)械動(dòng)力。伊頓在全球擁有約10.1萬(wàn)名員工，產(chǎn)品銷往超過175個(gè)國(guó)家和地區(qū)。如需更多信息，敬請(qǐng)?jiān)L問公司中文網(wǎng)站 www.eaton.com.cn/pq。

關(guān)于作者

Ed Spears 是伊頓公司在北卡萊羅納州羅莉市電能質(zhì)量解決方案機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品經(jīng)理。作為從事電力系統(tǒng)行業(yè) 30 年的資深人士，他在 UPS 系統(tǒng)檢測(cè)、銷售、應(yīng)用工程設(shè)計(jì)及培訓(xùn)等方面具備經(jīng)驗(yàn)，另外還曾參與電信、數(shù)據(jù)中心、有線電視、公共寬帶網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量工程及市場(chǎng)營(yíng)銷方面的工作。通過 EdSpear@Eaton.com 可與他取得聯(lián)系。

Benny Ng 是 Hurricane Electric Internet Services 的基礎(chǔ)設(shè)施總監(jiān)。Hurricane Electric 在加利福尼亞蒙特利市擁有其自己的全球 IPv4 和 IPv6 網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)接入數(shù)，它被認(rèn)為是全球最大的 IPv6 骨干網(wǎng)。Ng 具有可持續(xù)建造顧問一級(jí)資質(zhì)和二級(jí)建筑運(yùn)營(yíng)證，監(jiān)管該公司的蒙特利市的數(shù)據(jù)中心建設(shè)。他在 Hurricane Electric 的工作年限已超過 16 年。