2012/6/11

奇美電案例分享

五大機房改造技巧 有效降低PUE

楊國祥、魏聖能、郭有福、羅美君

為確保伺服器持續運作，資訊機房（Internet Data Center，IDC）在建置時常有空調設計過大的疑慮，事實上，若於規劃時多導入一些節能的觀念與手法，其實資訊機房是可以在維持既有運作下有達到節能目的。

群創文教基金會本於企業社會責任與落實節能減碳，邀集工研院服務系統科技中心與奇美電子資訊管理總處，共同著手研究Green IT於資訊機房的節能改造，期望能落實節能減碳的目標。

奇美電子以T1機房為此次計畫改善標的，並將以此機房節能改善經驗作為集團內之典範案例，期望持續推動企業內部每一座資訊機房皆達到綠色機房標準。經施行後，奇美電子竹南基地T1廠IDC機房PUE值（註1）由1.94（銅級）降為1.27（黃金級），於冬季降至1.12（白金級）。

奇美電子T1機房背景說明

奇美電子竹南基地T1機房，其內送風方式為地板送風天花板回風，機櫃採背對背陳列，冷卻系統採冰水式空調箱，另外配置一台氣冷式空調機做為備援（圖1），但冰水式空調箱與氣冷式空調機必須同時開啟才足以冷卻伺服器。

▲圖1 IDC機房改善前氣流示意圖。

為降低IDC機房PUE值，首要目標是降低伺服器以外用電，如空調、照明、UPS損耗與風扇耗電。經量測與評估，T1機房若能建立冷熱通道，提高冷空氣利用效率，減少不必要混風與熱點發生，則有機會關閉氣冷式空調機，大幅降低PUE值，且不影響機房正常運作。

T1機房經過一連串節能改善工程後，總耗電量合計下降45.72 kW，每年可省下電費約65萬元（基本電費與流動電費）。

改善工程說明

奇美電子竹南基地T1機房經評估後決定從建立冷熱通道、調整出風口風量、調降風量、調整環境溫度及設置外氣引入系統等著手。

建立冷熱通道

評估後採用熱通道（圖2）施作方式，即將機櫃排出的熱空氣包圍於通道內，直接導入回風管回到空調箱；將機櫃所有空隙加以填補，如機櫃的空位、機櫃與地板的縫隙、機櫃上方的排氣孔，令所有高架地板出來的冷風全部進入機櫃與伺服器，有效利用冷空氣。

▲圖2 熱通道示意圖。

調整出風口風量

原系統因風量分布不均，單開一台空調機，另一端風量不足；且由圖1得知中間高架地板的出風量必須為左右側出風量的兩倍，但是現場的三排高架地板開孔率都是18%，中間排的風量無法達要需求。

改善方法是增加高架地板下方風道並調整開孔地板位置，增加空調箱近端風量；接著將中間高架地板開孔率由18%改為25%，開孔率提高後中間排高架地板風量增加並大幅降低風阻（圖3）。改善後機房整體風量較為一致，此節能措施使氣冷式空調機不必開啟，減少耗電31.7 kW。

▲圖3 提高高架地板開孔率。

調降風量

接著調降空調箱風機電源頻率以降低風量，電源頻率由60、55、50、45、40慢慢降至35Hz，同時記錄環境溫度、伺服器CPU與IO Board溫度。測試過程中發現風量逐漸降低至35Hz後，冷空氣未如預期進入伺服器，CPU溫度也逐漸提高。

經觀察，因空調箱風量降低，機櫃前後端壓力變小，伺服器內部熱氣經由機櫃內部空隙迴流到伺服器前端，使進入伺服器的空氣溫度提高。經阻隔機櫃內部空隙，阻斷熱空氣回流途徑，在送風風量與送風溫度不變的條件下，CPU溫度降低3℃回到正常值。最後將風機運轉頻率調整至40Hz為最佳運轉點，空調箱風機耗電量由4.9 kW降為1.67 kW。

調整環境溫度

通道內設置溫濕度計量測通道排風溫度與相對濕度，並將溫度控制改為出風控制，供給固定的出風溫度，配合天花回風板數量調整，使通道排風溫度趨於一致。經測試空調箱出風溫度由15℃慢慢提高至19℃，環境溫度也由改善前的17℃提高至23℃，CPU溫度最高上升至44℃，機房仍可正常運作無虞（圖4）。

▲圖4 出風溫度調整與CPU溫度變化。

設置外氣引入系統

熱通道排氣焓值（註2）介於60∼65 kJ/kg之間，地板出風口焓值介於45~50 kJ/kg之間；因此在外氣焓值低於60 kJ/kg時，將焓值較高的熱通道排氣排至室外，引入焓值較低外氣進入空調箱，經盤管冷卻除濕後進入機房，可減少部分空調負載。當外氣焓值低於約45 kJ/kg時，外氣焓值已低於空調箱出風焓值，不需要供應冰水給冷卻盤管，即可滿足IDC機房之散熱需求。