妙用新一代機房設備 降低PUE不是夢
- DIGITIMES企劃
-
根據台灣能源大用戶各類建築電力消費量(EUI)統計分析，電信機房、網路機房高居前兩名，若以平均單位面積年度耗電量而論，皆較第三名的百貨公司超出2倍以上，足見綠色機房之節能減碳技術推廣，著實急在眉睫。
環顧台灣資訊機房，能源使用效率(PUE)大抵落在2.0左右水準，距離可達LEED基本申請門檻的1.52，尚有莫大努力空間。而PUE是高或低，不僅攸關企業電費支出、乃至於公司商譽形象，更為資料中心能否永續營運之關鍵，後續效應非同小可，顯見機房環保節能對企業而言，已是「Must to Have」而不再只是「Nice to Have」。
按一份研究報告指出，綜觀台灣機房，現今經常可見的「有礙節能」現象，大抵可歸納數項。其一是IT 設備未搭配採用節能管理機制，或者未使用虛擬化及整併技術，以致造成負載常定之高耗能情況。
其二是缺乏冷熱通道之設計，以及短循環回風，導致機房溫度場流於混亂，以致造成空調箱的溫控感測點不易設置，空調箱及冰機控制失序與頻繁切換，進而招致系統不穩定運轉及容易發生故障之風險；其三係與冰水主機相關，包括了冰機超量設計，冰水進出口溫差小，起停頻繁，及使用濕盤管及低溫冰水，導致除濕過度及再加濕而徒增能耗，冰水主機老舊及過大設計造成低效率運轉。
當然，有礙於機房節能的現象，並不僅止於上述內容，還包括了不適當的高架地板開口，造成氣流分配不均勻、氣流洩漏嚴重；UPS及配電系統過大設計，導致電力系統低負載、低效率之運轉；空間規劃不當，導致空調系統更新困難；配線系統雜亂造成氣流受阻、系統更新不易，以及接地系統不確實。
針對以上種種盲點，專家建議，企業宜儘速推動數項節能實務措施，包含建立動態PUE量測能力，建立冷熱通道減少混風、以避免熱點產生，按ASHRAE 建議調高冷通道溫度、以降低冰水系統能耗；將未使用的機櫃加以封板、以避免氣流短循環；推動伺服器虛擬化及整併；避免超量設計及主機台數規劃。
善用機櫃式空調 徹底杜絕冷熱混風
除此之外，其餘較偏向於機房設備面的改善舉措，亦有助於消弭種種不利現象，其中包括了採用變頻空調系統(涵蓋變頻冰水主機、變頻泵、變頻冷卻水塔、變頻風扇等關鍵項目)，使用水側或空氣側自然冷卻系統，採用冷媒冷卻系統，以及使用模組化及高效率的變壓器與UPS系統。
其餘同樣有助於提升機房能效的重要設備之一，便是有別於傳統上或下送風式集中式空調思維的「機櫃式空調(或稱列間空調)」，所謂機櫃式空調，係將空調系統直接嵌入機櫃，大幅縮短空調系統送風至IT設備之距離，因此系統無需恆常以最大風量輸送，先天上已佔省電優勢，與此同時，也有助於縮短流場，預先消弭風車耗損因子，並將混風疑慮減至最低。
據悉，以往多數人所認可的機房冷卻模式，乃是奠基於下送風空調系統，再輔以高架地板出風、天花板回風，據此減少冷熱空氣混風現象，可將熱氣導回機房空調設備CRAC內冷卻再予循環，易於掌控熱空氣氣流，回風效率比更早之前的自然回風模式為佳。
然而，這個結合了下送風空調、高架地板出風、天花板回風的冷卻模式，仍可能肇因於機櫃型式、擺設方式、空調設備出口的型式、出風口佈置方式等參數匹配不良，依然滋生風壓降、溫度梯度、風量不足、冷熱混風、短迴圈等不利現象，且可能導致機櫃吸入鄰近熱氣而致耗電量攀升，造成冷卻效果不如預期，相形之下，可大幅縮減冷空氣流動路徑的機櫃式空調，確實更勝一籌。
綜上所述，機櫃式空調著實擁有得天獨厚利基，一來可就近針對特定標的提供製冷，保有較大的控制風量彈性，避免因送風過量而徒增耗能；二來，機櫃式空調採取水平式送風，能確使冷空氣平均傳送到每台伺服器，進而克服傳統上吹或下吹式空調模式常見的冷熱不均情況，如此一來，日後就不致出現同座機櫃下冷上熱，或者同排機櫃後熱前冷等種種怪異現象。
另值得一提的，機櫃式空調系統可隨著IT設備負載的高低變化，動態調整風扇轉速，因而較有能力降低離峰期間的電力損耗，再加上若干產品搭配有三通控制閥組設計，所以可進行變流量控制，足以協助企業大幅節省機房空調運行成本。
而與機櫃式空調系統有些神似的「背板式(Rear Door heat Exchanger；RDHx)機櫃冷卻系統」，亦是值得企業研究或採納的標的，究其運作原理，乃是在每座機櫃後板裝設一台水冷式熱交換器，再由個別冷卻分配器(CDU)經由冰水(由該區域冰水系統輸送)獲取所需冷源，所以無需配置風扇，即可達到預期冷卻效果。
借助自然冷卻 大降機房耗能
另一方面，也有專家建議可思考採取間接冷卻方式，導入水側自然冷卻節能系統，假使機房外界環境溫度較高，便依照往常慣性啟用冰水系統，然而一旦外界環境溫度下降，此時便利用板式熱交換器來促成降溫效果，順勢產生節能效益，即使單憑此方式唯恐降溫效果不足，也可同時運用冰水主機及板式熱交換器來供應冰水，同樣能夠削減耗能。
或許有人質疑，冰水系統提供攝氏7度或5度冰水，能耗大同小異，既然如此，借助外部自然冷卻的必要性何在？事實上，不少人往往忽略，溫度過低的水，很容易形成結露現象，此時若適度結合水側自然冷卻節能，則冰水主機的供水溫度，便可調升到10%以上，不僅可避免結露，亦可降低冰水系統耗電量，可謂一舉數得。
值得留意的，已有專家做過仔細推算，觀察一座資訊機房的能耗結構，廣義的空調系統佔比大約40~50%，然而空調機組(CRAC)佔比約不過是10%出頭，並非耗電的元兇，真正兇手其實是落在冰水機組(Chiller)，因此若能減少冰水主機能耗，對於整座機房的節能減碳，必然可望產生極大貢獻。
同樣針對自然冷卻，也有諸如富士電機之類的日系廠商大力提倡間接外氣空調概念。探究此類系統的主要特色，首先乃在於可以活用外氣能量，一來遮斷污染與腐蝕氣體、避免造成IT設備短路，二來可在「乾球溫度低於機房回風溫度達攝氏2度以下」情況引用外氣冷卻，無疑是一年四季皆宜；其次，此類系統也內建變頻壓縮機，由外氣與壓縮機聯袂提供機房所需冷房能力，如果氣溫愈低，低到100%倚靠外氣製冷即可，就不需要運轉壓縮機，藉此降低耗電量。
此外，間接外氣空調系統不需倚賴水源供應，所以企業用戶不需擔心會因停水導致停電，而既然無需水源，所以也大可省卻冷卻水塔、冷卻水配管、冰水主機、冰水泵浦、蓄熱交換器、水槽等一干投資，更無需動員人力工時投入繁複配置，連帶也可壓低機房基礎建設成本。
