在过去，更强大的数据中心处理能力是人们追求的目标。供电与冷却成本并不明显，在能源开销与日俱增的同时，处理器及存储技术的反战需要消耗更多资源，此时供电与冷却能力也受到人们的关注。随着服务器密度增大，供电需求也在增加，随着而来的是数据中心内的热量也在不断增长。

　　一、现实中的数据中心能耗负担究竟有多重

　　在过去的十年中，服务器的供电密度增长了近十倍，这不仅为冷却以及供电基础设施带来空前的压力，还预示这数据中心每年巨额的电费开支。以100个插满机架式服务器的机架为例，每台机架自耗电12至13千瓦，服务器耗电1.3兆瓦，而驱散产生的热量所需的冷却耗电量几乎等同于计算机硬件自身的耗电量——1.3兆瓦。可见，降低能耗支出、提高数据中心电力效率迫在眉睫。

　　在一个典型的数据中心里，全部的耗电量分为量大部分：IT负载消耗的电力及支持IT设备消耗的电力，其中支持设备消耗的电力包括供电电路设备的损耗及非供电线路支持设备消耗的全部电力。如果将IT负载消耗的电能看做是数据中心内的有用“功”，那么支持设备消耗的电力均可以被认为是“浪费”。

　　二、造成电力效率低下的五大主因

　　如果要通过提高电源及冷却系统的性能来减少数据中心的电力浪费，那么就不能仅仅从设备的物理配置或者改变个别设备的效率入手，而是要综合数据中心设计的各种要素，对整体系统进行改造。我们先来看看造成数据中心低效率的五大关键因素：

　　1、电源设备的效率低

　　UPS、变压器、转换开关和配线等设备在工作时会消耗部分电力，虽然此类设备标称的效率评级很高(90%或更高)，但这些效率值却有误导性，其实不能将其用于计算设备在真实安装环境中损耗的电力。当出于冗余目的成倍配置设备或设备在远远低于其额定功率的情况下运行时，效率会明显降低。而且，电源设备中这部分“浪费”能源产生的热量还必须使用冷却系统制冷，从而致使空调系统使用更多的电力。

　　2、冷却设备的效率低

　　空气处理器、冷却器、冷却塔、冷凝器、水泵和风干冷却器等设备在执行冷却功能时会消耗部分电力(即，输入功率中会有部分以热量形式散发出去，而不是完全用于冷却的机械功)。事实上，冷却设备的效率低下(废热)通常远远高于电源设备的效率低下(废热)。当出于冗余目的成倍配置设备或设备在远远低于其额度功率运行时，效率也会明显降低。因此，提高冷却设备的效率可直接增进整个系统的效率。

　　3、照明系统的电力损耗

　　照明会消耗电力并产生热量，这些热量又必须经制冷系统冷却，并相应地增加空调系统消耗的电力，即使此时室外温度很低。如果数据中心内没有工作人员时或在数据中心的未用区域仍开启照明设备，便会产生无用的功耗。因此，提高照明系统的效率或控制照明系统仅在需要的时间及地点开启，可极大地增进整个系统的效率。

　　4、过度规划

　　过度规划是造成电力浪费的最大动因之一，但却最难以为用户所认知和评估。当电源和冷却系统的设计值高于IT负载时，便会导致电源和冷却设备过度规划。下述因素的任意组合均可造成这种情况：

　　(1)高估IT负载，并按照超大负载确定电源和冷却系统规模;

　　(2)IT负载分阶段部署，但却按照将来更大的负载确定电源和冷却系统规模;

　　(3)冷却系统设计不当，致使需采用过度规划的冷却设备才能顺利冷却IT负载。

　　从投资角度来看，显然安装过多的电源和冷却设备是一种浪费。过度规划还能极大地降低整体系统的电力效率，并导致过多的持续电力损耗，这一点在运行中并不容易发现。

　　电源和冷却设备过度规划导致数据中心电力效率降低的根本原因在于，负载减少时，许多电源和冷却设备的电力效率会大幅度下降。虽然某些电气设备(如电气线路)在低负载下效率更高，但大多数重要设备(如风扇、水泵、变压器和变频器)在低负载下的效率会下降，这是由“固定损耗”造成的，即便它在IT负载为零时依然存在。

　　5、配置因素造成的低效率

　　IT设备的物理配置会对冷却系统的能耗产生极大影响。不当的配置不但会迫使冷却系统超过IT设备的实际需要增加空气流动，还会导致冷却系统产生温度低于IT设备实际需要的空气。此外，物理配置可能会导致多种冷却设备发生“冲突”，会形成极大降低系统效率但又难以诊断的典型情况。目前新数据中心及现有数据中心内电力密度不断增加的趋势更加剧了这些低效率情况。当前，几乎所有正在运行的数据中心都存在这些配置问题，并由此产生无谓的能源浪费。因此，对物理配置进行系统优化的架构可大大减少能源损耗。

　　三、提高电力效率的应对方法

　　1、利用列式冷却提高冷却效率

　　列式冷却是将制冷装置放置在IT设备列中，而非放置在房间的周边部分。缩短风流路径可减少冷热气流混合的机会，借以提高气流分配的可预测性。预测针对IT设备的气流分配可更精确地控制不断变化的气流速度，实现自动调节，以满足附近IT负载的需求。可变速风扇只以IT负载所需的速度旋转，不会像恒速风扇那样浪费能源。此外，列式冷却可捕获IT负载刚刚释放出热空气，减少其与周围空气混合的机会。上述作用加在一起可极大提高机房内空气处理设备的效率。

　　2、提高UPS效率

　　UPS的效率直接决定了整个UPS系统的能耗，这也使得数据中心客户对UPS的效率的要求日益提高。以一个容量为300kVA的UPS为例,每度电按0.9元计算,UPS效率每提高1%,一年节省的电费为300×0.8×0.01×24×365×0.9=18921.6元。可见提高UPS的工作效率,可以为数据中心节省一大笔电费,因此提高UPS效率是降低整个机房能耗的最直接方法。而提高UPS效率，降低输入电流谐波是关键。

　　谐波的危害表现为引起电气没备(电机、变压器和电容器等)附加损耗和发热：使同步发电机的额定输出功率降低，转矩降低，变压器温度升高，效率降低，绝缘加速老化，缩短使用寿命，甚至损坏：降低继电保护、控制、以及检测装置的工作精度和可靠性等。谐波注入电网后会使无功功率加大，功率因数降低，甚至有可能引发并联或串联谐振，损坏电气设备以及干扰通信线路的正常工作。

　　因此降低输入电流谐波以及提高输入功率因数除了大大降低所带来的危害外，还能够减少前端的配电装置和电缆的成本，同时使得数据中心的UPS供电系统的前端发电机的容量大为降低，从而大大降低数据中心的电源系统成本。

　　目前知名品牌UPS治理谐波的方式有6脉冲整流器+无源(或有源)滤波器、12脉冲整流器+无源滤波器、IGBT整流器等方式，这些都能够实现低输入电流谐波(<3%)和高输入功率因数(>0.99)，从而实现数据中心的节能要求。

　　UPS是整个交流供电环节的核心所在,做好UPS的节能不仅可以节约大笔的设备投资和维护费用,同时也大幅度降低了后期的运行成本。将UPS节能技术全面应用于数据中心，必将有效的降低数据中心的能耗。

　　3、模块化设计避免过度规划

　　传统数据中心在规划的时候，常根据服务器提供的相关参数进行电力配备，但服务器提供的参数值通常是其最高负载情况下的电力消耗，再加上机房、UPS冗余设计，大量机房在规划时就已经过度投资了，接踵而至的滚雪球式的能源消耗，但企业为了应付未来无可预计的业务增长，在设计环节上又不得不做一些过度的规划，这种矛盾盾催生了下一代数据中心规划和设计的核心技术——模块化设计。

　　既不太大，也不太小，正是数据中心采用模块化设计方法的关键，其模块化设计和灵活性避免了数据中心的过度规划，也迎合了大部分用户的需求。

　　模块化数据中心的具体优点有：

　　第一，比其他的设计提高了能效;

　　第二，它是一个非常经济有效的办法，可以提高可扩展性，可以灵活添加新的数据中心容量;

　　第三，模块化数据中心的做法，可以缩短数据中心的建设时间。

　　4、优化机房布局

　　数据中心内的许多电力效率低下问题均源于整个系统内电源和冷却设备的配置方式。即使采用效率非常高的电源和冷却设备，仍会经常出现整体效率低下的现象。造成该问题的最大因素之一是冷却设备和IT设备的物理布局。

　　针对效率优化的机房布局应具备以下特征：

　　(1)尽可能缩短气流路径的长度，以降低风扇功耗

　　(2)尽可能减小气流阻力，以降低风扇功耗

　　(3)IT设备排出的热空气在高温状态下直接回流至制冷设备内，以最大限度地将热量传回制冷设备。

　　(4)空调的安装位置应使其所能提供的冷空气和附近的负载需求保持平衡。

　　另外，IT设备和空调的地板布局会极大的优化制冷设备。最佳地板布局随数据中心的具体情况而异，具体来说，它取决于机房的形状和大小、机房内IT设备功率密度。要设计出最佳的布局，一方面需要遵守相关规范，另一方面还必须进行复杂的计算。

　　四优化数据中心架构

　　通过分析导致数据中心效率低下的因素，不难看出，如果只是优化个别低效率设备，其效果及其有限，而从数据中心整体出发，基于下述原则的集成系统可以大大提高数据中心的效率。

　　(1)目前用不上的电源和冷却设备不应供电;

　　(2)尽量减少系统过度规划的情况，以便设备能够在其效率曲线的最佳范围内运行;

　　(3)电源、冷却和照明设备应采用最新技术，以最大限度地减少功耗;

　　(4)对于必须低于额定功率(以支持冗余)运行的子系统，应优化该部分负载运行时的效率，而非设备的满负载效率;

　　(5)应使用容量管理工具最大限度地减少数据中心内的“闲置容量”，在所有电源和冷却系统能够承受的情况下安装尽可能多的IT设备，以期使系统在其效率曲线的最高点附近运行;

　　(6)最佳的一体式物理配置应来源于数据中心系统，而不与其所安装的房间的特征相关;(7)系统应配备监控装置，以便在出现不良功耗时显示和预警，方便工作人员迅速解决问题;

　　(8)系统应包含安装和运行工具及规则，以最大限度地提高运行效率，并尽可能减少或消除导致不佳配置或安装的可能性。