綠色機房散熱規劃與節能技術

2010/05/31-企業IT編輯部  

如何善用相關技術與規範，強化機房散熱規劃與節能技術？台北科技大學李魁鵬博士表示，近1~2年來，大家愈來愈關心電信機房(Data Center)的耗能量，若從總能耗的角度切入，百貨公司的用電指標(Energy Usage Index；EUI)高於企業，然而電信機房又比百貨公司的總能耗要高上5~6倍，因此，隨著能源成本高漲與能源缺乏，此議題更受注目。上述EUI計算公式為用電度數／建築物樓地板面積，即單位樓地板面積之用電量。

IT需求量非固定不變

據統計，若不進行節能技術，能耗成長將很快如野馬脫韁般難以控制，事實上，相關的先進能源管理技術其實已經成熟，然而哪些已經可用？哪些是需要了解的先進趨勢？

李魁鵬博士談電能利用率(PUE)值，他說：「IT的需求量並非神話，並非固定，應該以間離峰來區分，進行規劃。」因為當IT規格不明確時，電源系統需求可能高估，冷卻系統有可能超量設計，造成系統失控，耗能量變大，李魁鵬表示，好的能源系統在不同情境的耗能量，以空調系統為例，應坐落於20~30%左右。


PUE降到1不是神話

Google電信機房的PUE可達1.15，為什麼台灣不行？

台灣高科技Fab晶圓廠高發熱機台的高顯熱特性，很像電信機房，根據李魁鵬博士調查，以台灣40個電信機房抽樣，平均PUE約座落於1.91，他補充，根據美國柏克萊大學統計，台灣PUE已有顯著提升(平均1.64)。

PUE意指資料中心的總電能消耗與IT設備本身的電能消耗之比，李魁鵬博士認為，PUE為動態指標，若能結合能源計算，估算出能耗效率，進行各種情境的設計與實際運轉，是非常有助於降低PUE的程序。


散熱規劃：液態冷媒效果比風好

李魁鵬博士表示，利用液態冷媒的冷卻效果比風(空氣)還好，且效果要好上7~8倍，但重點是避免冷熱的錯失(Missing)。舉例來說，風的出路是尋求較短的路徑，當熱風出來而冷風進去，若造成Missing，將導致空調系統需再降低溫度，以攝氏1度的空調系統調整將差3%的耗能來估算，降低攝氏5度電源的耗能將差15%，甚至還會出現溫度不均勻的狀況。

李魁鵬博士補充，利用液態冷媒，冷卻性質比水好，但需要考量冷卻水塔是否可順利送到終繼站，而不需要壓縮機，因為壓縮機的耗能又佔了空調系統的50% ，而其中風扇的耗能佔空調系統的20%，至於幫浦，目前也有機會拿掉，但已是非常先進的技術！

機房規劃要提升效率，除了IT產業需要更高效的電源和改良的電源系統管理方式，還必須考慮更高效的功率傳輸系統，其中，冷卻系統的效率必須最佳化，至於其他環節的效率，則完全仰賴工程師對供電電源和伺服器進行的設計和最佳化。


用RCI、RTI、SHI檢討氣流分布

目前台灣普遍面臨機房散熱的障礙，主要是冷熱通道的接合與冷源未100%送到目的地，才會導致冷卻不均勻的狀況，若冷熱能皆可有效接合，將有機會達到零能源消耗。舉例來說，電腦的中央處理器(CPU)熱度約攝氏80~90度，可用來燒熱水，或用於溫水泳池等，這樣的創新應用是可能達到的目標。

在典型的美國資料中心內，提升電力傳輸鏈的效率有2個主要障礙：鏈路中電源轉換器的數目以及傳輸損耗，舉例來說，鏈路中有很多電源轉換器，美國國家實驗室就曾指出，每當從AC轉換到DC，或從DC轉換至AC，就會產生損耗，這種損耗被轉換為熱，而這些熱必須散出，PDU轉換器增加了損耗，PSU也一樣，PSU是另1個AC/DC轉換器；另1個障礙是傳輸損耗，相對低的電壓意味著系統具有相對高的電，電流大並非不好，因為傳輸損耗和電流的平方成正比。

此外，進風與出風會隨著設備更新，因此，如有設備汰換與更新時，應進行新的機房散熱規劃與管理，考慮設備對流場的影響。李魁鵬博士建議，可用RCI與RTI以及SHI檢討氣流分布，RCI指數可以80作為評估標準。