能源議題為重點政策 綠色環保成IT機房顯學

節能

作者/譯者:網管人/余采霏

《重點摘要》不管是從電力支出或總體營運的擴充考量,綠色機房已經是企業不得不關注的議題,目前國際間有許多實務指南與能源效率指標,可作為綠色機房改善目標或新建案設計架構的依據,台灣也有產業組織正在設計符合本地需求的自願性PUE量測驗證規章。

 

氣候變遷及污染問題日益嚴重,環境議題已經刻不容緩,綠色節能也成為各國致力的目標。在台灣,能源議題也是新政府策略重要的一環,除了節能標章推動之外,也要求各級機關學校節約能源,同時推動產業部門節能措施,更預計在2020年之前研訂出政府機關資料中心設置規範,建置以部會為首的共構機房,並且逐步發展雲端資料中心,未來政府部會以及所屬機關現有的272個資訊機房將整併至50個雲端機房以下,目標從PUE 2.0以上降至PUE 1.6以下。政府帶頭節能,更顯現出電力議題的重要性。

另一方面,台灣核能電廠除役計畫也在積極地規劃中,預計核一廠於2018年底除役,二號機也預計在20197月停止運轉,未來,電力成本勢必會反映在售價上。對於企業來說,能源問題很可能成為阻礙業務增長與擴張的因素之一,原因是,資料中心向來是企業的用電大戶,如果不能透過節能措施,來減少電力的耗費,企業在業務增長的過程中勢必會需要擴充硬體設備,但此舉卻將帶來更龐大的電費支出,進而影響到企業營運與創新服務的資源。

 

設計規範及參考指南

不管是從電力支出或總體營運的擴充考量,綠色機房已經是企業不得不關注的議題,目前國際間也有許多實務指南與能源效率指標,可作為綠色機房改善目標或新建案設計架構的依據,舉例而言,台灣最為熟知的能源使用效率(Power Usage EffectivenessPUE)就是一項節能的參考指標。PUE是資訊機房總用電量除以IT設備耗電量的比值,主要是用來顯現電力使用效率的狀態。如果所得的值為2,就表示耗損或浪費的電量與IT設備運轉所需的用電量一樣高。如果所得的值是1.0,就表示所有的電力都完全被IT設備運用,而絲毫沒有冷卻或供電系統的耗損。

 

PUEDCIE

而資訊機房的總用電量,則是收集IT設備(諸如伺服器、儲存設備、網路設備),電力設備(包含不斷電系統、配電設備、發電機),空調系統(室內空調、冰水主機、水泵浦)以及其他照明、消防以及環控系統的用電總和。一般而言,機房節能措施也會從上述的各個環節著手,伊頓東亞台灣區通路業務協理林展吉指出,正確容量規劃所能帶來的節能效果最大,可節省10%30%的能耗,而在IT設備方面,伺服器虛擬化雖然不是從設施端來達到省電,但藉由實體伺服器整併,卻可釋放不少電力與空調的容量,對能效改善也有重大的幫助。此外,採用高效能的空調系統與不斷電系統可提升5%15%的效益,而冷熱通道的部署也有3%5%的效益。

現階段PUE共可分為五個層級,PUE低於1.25為白金級,PUE介於1.251.43間則為黃金級,銀級落在PUE 1.431.67的區間,銅級是PUE 1.672.0,最基本的認可效率是PUE 2.02.5。過往對台灣多數政府機關資訊機房的調查,PUE多為2.0以上,經過多年推廣與實證,包含大專院校以及各領域企業,目前對PUE的要求,普遍落於1.51.6之間。

在談及能源使用效率時,資料中心基礎效率(Data Center Infrastructure EfficiencyDCIE)也常被用來作為評估的參考指標,當數字越接近1,表示資料中心浪費的能源越少、運作效率越高,基本上,DCIEPUE的倒數值,亦即當DCIE大於0.8時就可視為白金級,DCIE介於0.70.8則為黃金級,銀級則是介於0.60.7間。

 

Uptime InstituteTIA-942

在機房的可靠性、可用性的架構設計方面,Uptime Institute所制定的機房建置參考指南以及TIA-942所訂下的基礎設施標準,也是常見被引用的設計依據。國際機房標準機構Uptime Institute 成立於1993年,將機房設計架構共分為4個不同層級,主要是針對電力、冷卻空調、維護以及故障承受力進行區分,Tier 1採單迴路設計,僅需提供空間與電力,確保在正常的辦公時間內不會關閉;Tier 2則要求電源開關及冷卻空調都要有冗餘的容量設計,以提供維護的餘裕,不會因為單一設備故障,而導致IT流程中斷;而Tier 3則必須做到不需要關閉設備即可維護,在面臨停電或水路管線停止供水的情況下,仍可進行維護作業,而不會影響IT服務運行;Tier 4則建立在Tier 3的基礎之上,加入容錯(Fault Tolerance)設計,以N+N的架構,確保不中斷運行。

TIA-942則是以全方位的角度來思考資料中心電信基礎設施應該如何設計的標準規範。這項規範定義了空調、電力、消防、網路以及實體環境等各個層面,並且將標準要求設為4Rated等級。Rated 1僅供提供基本的基礎設施,對設備的保護有限,Rated 2開始就有備援機制,例如UPS須採用並聯式,萬一其中一組UPS壞掉,還會有另一組可以接手。Rated 3要求的可靠度就更高,在這個等級中就要求最好是有二個饋電線路。Rated 4的設計就更完善,採用2N2N+1的機制,即使設備故障,有一半燒掉了,至少還有一半可以使用。

這兩種設計架構驗證在國內都有典型的案例,例如中華電信在去年8月正式啟用的雲端資料中心,就引入了TIA-942-A Rated 4 & Rated 3認證,而台灣大哥大的雲端資料中心則獲得了Uptime InstituteTier III設計與建置雙認證。

 

ASHRAERCIRTI

而在冷卻空調與送風方面,美國冷凍空調學會ASHRAEAmerican Society of Heating, Refrigerating, and Air-condition Engineers)定義了資訊機房最適的溫、濕度條件以及自然冷卻法的空氣潔淨度等級,在設計時也會依照這些建議的條件來規劃,例如溫度介於18027℃,相對濕度60% RH及露點溫度在15℃以下,同時空氣潔淨度等級建議為ISO Class 8

甚至,業者還會參考動態機櫃冷卻指數(Rack Cooling IndexRCI)以及回風溫度指數(Return Heat IndexRTI)等指標。宏正綠能事業發展部副理孔德華解釋,動態機櫃冷卻指數主要確認在機房中,大部分的機櫃都受到妥善的製冷管理,溫度不會過高或過低,而能符合ASHRAE建議保持數據中心溫度在18027℃之間的要求。而回風溫度指數則是確保在送入冷風的時間,沒有發生旁送風或出現熱回風的現象,透過這兩個指數,能夠對空調進行即時最佳化。

 

RoHSLEED

不只如此,綠色資訊機房除了基礎設施與IT設備之外,還應包含建築物本體、塗料以及相關施設與設備的零件也須合規,因此,包含限制鉛、汞等重金屬元素含量的RoHS(危害性物質限制指令)、美國公認的綠建築評估準則LEEDLeadership in Energy and Environmental Design,能源與環境先導設計)也常被引用,例如台達位於台北的瑞光大樓便獲得美國綠建築協會(U.S. Green Building CouncilUSGBCLEED既有建築改造最高等級白金級認證,而台達新建的節能機房就位於這棟大樓之中。

 

自願性驗證規章

企業需要一座能提升服務、可靠性與性能要求,並且能夠隨著業務的擴張而保有擴充的彈性,同時能提高能源使用效率、降低對盈利影響的資訊機房,而這得從建築管理、機房設施與架構、IT基礎設備、不斷電系統乃至於環控、消防、相關的配電以及後端操作人員的維護、升級等各個面向相互配合,缺一不可。

雖然國際間可供參考的建置指南、能效指標以及設施標準眾多,但台灣至今仍沒有統一的施行或參考標準,也成為台灣綠色機房在施作上的問題點。就以PUE量測而言,不同的量測點會導致PUE計算數值的不同,更不用說因為地域與環境溫度造成的PUE落差。台達關鍵基礎架構事業部資深業務經理林士基舉例,同樣在夏天分別針對北部與南部資訊機房進行PUE量測,假設兩座資訊機房的設計架構、設施與設備環境都一模一樣,由於北部與南部的外在環境溫度可能差距3度,量測下來的結果,北部資訊機房的能源效率一定比南部資訊機房要好,而導致兩個量測數值有差異。

也因此,台灣智慧能源產業協會(Taiwan Smart Energy Industry Association,簡稱TaiSEIA)下的「資料中心基礎設施產業委員會」正在著手設計自願性驗證規章,希望能成立驗證的辦法,鼓勵業界自發性的驗證,過往業界在量測PUE時,總是參考國外方法進行量測,但是在台灣有一定的執行困難,而資料中心基礎設施產業委員會希望透過建立量測基準,來降低這部分的歧見。

 

持續推動節能高效產品

造成企業資訊機房耗電的原因可能來自於冷熱混風、機櫃門為了跳線需求而打開、為了成本考量而選用家用窗型冷氣、IT設備雜亂隨意放置,甚至是高架地板下方的走線雜亂,影響出風。但除此之外,過去因為受限於技術,導致設備無法更高效的運作也是原因之一,就以不斷電系統而言,早期產品的功率因數可能只有0.8,效率也只到90%,自然比不上現今功率因數1.0,效率可達96%的節能效果。

在技術演進之下,不少基礎設施業者也推出更高能源使用效率的設計,以符合企業節能需求,舉例來說,台達的單機架數據中心(SRDC),一體化微型解決方案就加入了自然換氣的概念。無獨有偶,施耐德電機高性能冰水機組Aquaflair Chillers也加入自然冷卻的概念,施耐德電機資訊科技事業部資訊系統規劃顧問黃仁凱指出,依據他的觀察,在台灣11月至3月左右,大約有5個月的時間可以運用到自然冷卻,藉由增強型自然冷卻技術,能比一般沒有自然冷卻模式的冰水室外機要節省41%的電力。

另外,在不斷電系統部分,模組式不斷電系統將是發展主力,除了容量更大之外,效能也更為提升,目前伊頓正在著手研發儲能系統,結合新能源與交直流供電技術,能靈活配置各種能源輸出,提供最高效的運行方案。

 

《延伸閱讀》

 

圖片來源:Lets Go Out Bournemouth and Poole

資料來源:網管人

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