1.行動簡介

        現今社會資訊產業發展迅速,資訊產品的運用十分廣泛,且深入各行各業。設置電腦機房以提供足夠的電腦計算能力與儲量負載,伴隨人們對資訊產品的需求日益擴大,包括民間企業、團體、政府機關及學校皆設有數坪甚至數百坪的電腦機房空間,但由於早期機房建置較無節能設計概念,導致其耗電量過高。進行機房節能改善措施,即為達到改善能源使用效率,避免能源浪費及耗電增加,降低機房設置及維護成本等目的。

2.行動之重要性

        為提供更便捷的資訊服務,資訊設備的增加為不可避免的趨勢,隨著近年來的環境保護意識提高及電力價格快速飛漲,節省空調及機房整體用電,並負起環境保護的責任,是推動機房節能措施最大的目的。推動機房節能措施對於設置機房的單位短期除了可以減少電費支出,長期更可達到提高效能管理、提升空間使用率、降低維護成本、延長使用壽命之成效。

3.行動負責及參與單位與人員

  1. 中央:經濟部能源局。
  2. 直轄市、縣(市):縣市政府、縣市資訊處/局。
  3. 村里(社區):鄉鎮市區公所。

4.行動推動時程

  1. 短期(1~3年):宣傳推廣,自行調查機房能源使用效率,進行節能管理、虛擬化與整併等措施。
  2. 中期(3~5年):持續推動強化節能管理、虛擬化與整併措施。

5.行動實施要項及作法

1. 了解現有機房設施應用概況與用電情況解析

  一般而言,機房係由空調設施(室內外機、冰水機、冷卻水塔、幫浦)、電力設施(不斷電系統、配電盤、配電纜線及電力插座等)、電腦主機設備、網路設備、儲存設備、機櫃、高架地板、消防系統,門禁系統、環控系統、數位影像紀錄DVR系統、照明及發電機等系統所組成,以綠色網格協會(The Green Grid)的機房設施耗能排行,由大至小為空調設備、資訊設備、電力設備(徐建華,建置節能電腦機房,中央研究院計算中心通訊電子報,2013)。因此,在現有機房規劃進行相關節能措施時,可先調查了解現有設施的應用情形以及相關用電情況,再加以分析、規劃、實施最有效節能改善措施。

2.計算機房能源效率

  計算機房能源效率指標,包括:能源使用效率(PUEPower Usage Effectiveness)、資料中心基礎效率(DCIEData Center Infrastructure Efficiency)、資訊設備使用率(資訊EU,資訊 Equipment Utilization)等,其中又以PUE為目前國際間資訊機房最通用之能源評估及設計基準指標。
  PUE為機房總耗能量與資訊設備耗能量之比值,其數值越接近1,代表能源使用效率越佳。以國內資訊機房PUE 平均實際量測結果約為1.9 以上,而國際間在綠色機房建築結構方面的認證以LEED (Leadership in Energy and Environment Design)最為普遍,其內容是針對中央空調使用300噸以上冰水主機系統的資訊機房為對象,其要求PUE 值至少須在1.52 以下,則可符合其基本門檻(電信網路機房節能應用技術手冊,經濟部能源局,2010)。

  進行機房節能措施時,可藉由實際量測各項資訊設備及非資訊設備的耗能情形,據以了解機房能源性能與效率,確認機房耗能的情形,並建議量測週期為12個月,以涵蓋因季節不同衍生之PUE值變化。於採取改善措施後,在資訊設備負載相同的條件下,若PUE值降低,表示機房的能源效率提升。

3.評估問題及改善措施

  依據電信網路機房節能應用技術手冊,我國機房常見現況問題如下:

(1)資訊設備無節能管理、無虛擬化與整併技術,造成負載常定之高耗能現象。

(2)回風設計主要採無風管之直接回風,造成氣流短循環,氣流無法有效率地冷卻機櫃。

(3)回風口與出風口太接近,造成氣流短循環,氣流無法有效率地冷卻機櫃。

(4)無冷熱通道之設計及短循環之回風,造成機房溫度場混亂,以致於造成空調箱之溫控感測點不易設置,空調箱及冰機控制失序,頻繁切換,並導致系統不穩定運轉及容易故障之風險。

(5)冰機超量設計之現象,冰水進出口溫差小,起停頻繁。

(6)使用濕盤管及低溫冰水,造成除濕過度及再加濕之能源浪費。

(7)冰水主機老舊及過大設計造成低效率運轉。

(8)配線系統雜亂造成氣流受阻、系統更新不易。

(9)不適當之高架地板開口造成氣流分配不均勻、氣流洩漏嚴重。

(10)UPS 及配電系統負載量設計過大,造成電力系統低負載、低效率之運轉。

(11)接地系統不完整及不確實。

(12)空間規劃不敷使用,亦造成空調系統更新困難。

(13)資安系統或機電設施之備援與安全設計不足。

(14)消防設施不符規範。

  為解決前述問題,建議採用之節能實務措施如下:

(1)進行動態PUE 量測:藉由量測能源消耗及PUE 監測了解機房能源性能與效率。

(2)氣流管理:良好氣流管理是機房節能的基本,建立冷熱通道減少混風避免熱點發生。

(3)調整溫度設定:依據美國冷凍空調學會(ASHRAEAmerican Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers)建議調高冷通道溫度,降低冰水系統能源消耗。

(4)變頻空調系統:變頻冰水主機、變頻泵、變頻風扇、變頻冷卻水塔之投入。

(5)避免超量設計,及主機台數規劃。

(6)將未使用之機櫃予以封板,以避免氣流短循環。

(7)使用自然冷卻:採用水或空氣節能器可以大大改善能源效率。

(8)最佳化電力系統供應:盡可能使用模組化及高效率之變壓器(98%以上)及UPS 系統(90%以上)。

(9)採用冷媒冷卻系統以提升冷卻效率。

(10)伺服器虛擬化及整併。

4.機房環境改善措施

  依據電信網路機房節能應用技術手冊,電信機房環控條件設計之節能技術實務如下

(1)屋頂內面加隔熱材,建築外牆用淡色塗料以降低太陽輻射熱之吸收,淡色塗料之輻射吸收率只有暗色之ㄧ半左右。

(2)降低太陽輻射熱,以內外遮陽手法減少輻射熱,例如採用建築外遮陽板或窗內面之百葉簾;使用低輻射玻璃,降低陽光穿透量。

(3)減少外氣的滲入,一般機房操作人員或維修人員待在機房內的時間短暫,減少外氣供應量,以固定一段時間定期進行換氣,可減少外氣所增加的熱負荷。

(4)根據熱力學之冷凍循環原理,製冷冷凍主機之蒸發溫度愈高效率愈好,因此儘可能讓系統遠離低溫運轉條件,也就是儘可能在建議的環境條件範圍內,提高機房之運轉溫度與相對濕度;另一方面,運轉溫度愈高則外氣冷房之自然冷卻的可利用時間愈多,節能愈多,電費愈少。

(5)增加溫度及濕度控制之中立區(dead band)範圍以避免低效率之衝突與追逐運轉控制。

(6)以電信機房之露點溫度進行除濕與加濕之控制。

(7)空調箱過濾網之初始壓損不應設計過大,並且應定時維護,以避免造成灰塵阻塞而造成能源浪費。

6.行動專案成本及資源需求

  資訊及非資訊設備更新裝設成本、電力監測設備裝設成本、機房環境改善設置成本、虛擬化與整併措施設置成本及管控人力資源。

7.中央推動之相關方案

8.縣市推動之相關方案

9.取得認證點數須提交之文件

  機房節能改善設置文件及PUE 量測數據資料。

10.亮點:鄉鎮市區進行之作為

 

  環保署原有主機伺服器300餘套,為遂行「綠色機房」,第一期作業於98、99年以虛擬技術推動主機共構(consolidations),實體主機減為189套,每年約節省用電18萬度,並將部分主機分別移置中華電信之台北東七及台中文心機房,以分散風險並強化備援量能。
  環保署機房實行主機共構後,留置機房之實體主機尚有約80套,主要為核心系統及網管設施,由於容納主機之舊有機櫃及空調設施節能效率不佳,能源使用效率PUE值逾2.5。故執行第二期節能工作,並分二階段進行電腦機房節能改善工程,以同步維持各系統服務持續運轉。
  目前已完成第一階段機房節能改善工程(自101年度10月起至102年3月底完成),主要以汰換機櫃及冷卻設施(cooling systems)為主,重要措施及成果摘述如下:
  1. 機櫃採美國能源署建議之「冷熱通道分離」技術,冷卻設施與機櫃一體化,將熱通道密封,並透過熱循環水路帶至冷卻水塔,大幅減少機房內混風混流,使溫度呈現平穩狀態。
  2. 機房電壓改成380V,使電流降低,減少壓降及線路損失。能源使用效率PUE值由原來2.5降為1.8,降幅約20%。
  3. 自102年2月底試運轉以來,機房用電由每週18,000度降為9,000度左右,降幅達50%,估計每年可節電46萬度。
  4. 101年度投入經費中直接運用於節能設備約510萬元,以每度電費3元計算,約4年左右可以攤平。節能型機櫃及冷卻設施估計可使用10年,往後6年節省之電費約816萬元。
  第二階段機房節能改善工程預計於102年底完成,主要工作係配電系統及作業空間調整,以持續減少用電。另第二階段將再落實全署伺服器利用效率查核,對於利用率低之伺服器,在不影響業務推展下,再次整併或退場,以減少耗能。