以PUE为核心的数据中心设计思路初步探讨

时间: 2024-04-10 23:21:19 |   作者: jrs直播低调看直播

  》的发布，对数据中心的建设提出了更高的要求，对本文以1000个机架为假定规模，以PUE值为1.3为控制目标，以南亚热带地区的城市为例，对数据中心的规划设计进行探讨。本文的结论是：在亚热带南部代表城市海口，数据中心PUE小于1.3是能做到的，需要对能机设备的选型进行严格的计算。

  在碳中和大背景下，GB40879-2021《数据中心能效限定值及能效等级》发布，给数据中心的设计和建设提出了新的要求，以往的设计经验已经不能够满足新形势下的数据中心建设的要求，本文以南亚热带城市海口为假设，对数据中心能机和PUE控制目标的设计规划提出粗浅的看法，供探讨。

  冷却系统=末端空调设备+湿度调节设备+室外冷却系统+制冷输送设备+新风机及送风+回风+风阀

  其中：辅助电子设备指安装在机房内的:网络管理设备、可视化显示器、控制终端。

  设定PUE目标值为1.3，规划思路是，首先确定IT设备的功耗，PDU的损耗、和配电列头柜至设备柜的损耗，其次计算风量冷量的需求，再次计算UPS回路的线损、第四计算UPS的损耗、第五计算冷却系统和新风其他市电回路功耗及线阻，第六计算整体市电需求功耗，第七计算空调与UPS选型，第八调整修正上述设计参数最终值。

  IT设备用电规划，传统数据中心机房设计人员习惯使用每机架的功耗来估算IT设备功耗，但是这种估算使机房PUE运行的实测值与设计值往往偏差很大。根本原因是混淆了机架供电能力和IT设备实际用电需求的区别。

  事实上数据中心机架供电能力与IT设备实际的需求存在比较大的差别。数据中心的IT设备工作方式大致上可以分为：云计算、高性能计算、IDC托管、温冷数据存储或者以上混合用途。

  因此根据数据中心的使用管理方式确定单机架供电能力和IT设备实际功耗是符合实际的可行办法。

  IT设备耗电分析：要考虑IT设备的类型和机柜的空间利用，以及不同机架的用途，管理的便利性等多方面考虑。本文的重点不是讨论某一款主机，而是计算推导的过程。

  当前的数据中心机房建设以云计算为主要建设方式，温冷数据存储、高性能计算为次要方式。

  往往数据中心设计人员会被数据处理设备的标称功耗吓到，在通常情况下，从电源到主板，从线缆到连接器等都有为短时峰值电流留出的裕量设计。所以事实上数据中心的IT用电需要以实际的平均工作状态作为电能规划的依据。

  在云管理的模式下，CPU的物理占用超过70%，就要将业务漂移到其他宿主机上。云数据中心的主要IT设备类型及用电量推导：

  以每机架10P存储容量计算，最大8kw，待机0.1KW，工作功率4KW。

  1.高性能计算为用电负荷最高额度机柜；工程实务中高性能计算机柜有20台，可以建成至少实现2P的CPU算力+10P的GPU算力。应当为高性能计算单独设置一个区域。

  2.温冷数据存储，只有在调试和瞬间启动时，需要8kw的供电需求，其他机柜类型最大为9KW，工作功耗均低于5.5KW。因此，机柜的配电建议为：高性能计算30个柜位，供电能力为15KW，总负荷按照10KW/柜为基数来控制；其他机柜按照10KW供电能力，总负荷按照5.5KW/柜为基数进行控制。

  3.数据中心投产初期，机柜用途具有不确定性，所以全部以最大工作功率作为计算参考基数。

  1.柜位计算：每冷通道设置以不超过15米计算，考虑空调末端、配电列头柜和冷通道门的设置，每个冷通道有42个IT设备柜位，1000个IT设备机架需要24组冷通道，其中一组为高性能计算通道。

  2.主机房的面积需要：以每台设备柜需要4.5平方米计算，主数据中心规划面积为5400㎡。辅助支撑用房按照8100平方米估算

  GB50174-2017《数据中心机房设计规范》第5.4.6条要求：7.4.5 空调系统的新风量应取下列两项中的最大值：1、按工作人员计算，每人40m³／h；2、维持室内正压所需风量。

  机房投入运行以后，来安装调试维护等工作以20人计算，需要新风800 m³／h；以维持正压需求计算，GB50174并未给出参数，《采暖通风与空气调节设计规范》中亦无此项规定。为避免房间正压过大而使新风不能进入，并对室内气流组织产生不利影响，新风量参照乱流洁净室的设计，可按 1-2 次换气/h 来计算新风量，取值1.5能够很好的满足需要。

  数据中心UPS需求为5406KW，整机效率以96%计算， UPS损耗为5406KW*4%≈216KW，以此作为UPS间的冷量需求参数之一。

  数据中心及辅助支撑用房大部分时间为无人状态，所以照明平均工作功率按照0.5KW计算。其中数据中心机房按照热通道配置照明回路，按需进行照明控制。

  以柴发每季度运行一次、电池充放电维护每季度一次，计算平均功耗0.5KW/h。

  3. 水系统：考虑冷水空调末端用电约100KW左右，水泵和冷却塔的功耗100KW计算（10米扬程，4台机组）。海口20--30℃的分布系数为0.632，10--20摄氏度的分布系数为0.224，在室内27-29℃送风温度工况下，选用能效比高于7的冷冻水机组。主要竞争机型应该在磁悬浮机组之间展开。

  4. 热管方案：PUE值会有一点降低，以1000机架规模，热管也存在长配管的情况，所以要使用动力型热管，同时需要末端也需要用风扇，所以功耗与水冷机组相当，且投资相当于水冷机组的2--3倍。

  2. UPS选用600KVA的整机效率大于96%，共计24台，构成三个2N回路。

  1.在亚热带南部代表城市海口，数据中心PUE小于1.3是能做到的，需要对设备的选型进行严格的计算：