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中心能耗分析及節(jié)能策略研究與應(yīng)用

薛瑤瑤 ? 來源:jf_10059468 ? 作者:jf_10059468 ? 2024-04-07 13:32 ? 次閱讀
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摘要:數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗管理和智能化運(yùn)維提供支撐。

關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)中心能耗;數(shù)據(jù)分析;關(guān)聯(lián)分析;節(jié)能研究;皮爾遜相關(guān)系數(shù)

安科瑞薛瑤瑤18701709087

0、引言

近些年,國內(nèi)大型數(shù)據(jù)中心的運(yùn)營管理和節(jié)能改造具有方向性和指導(dǎo)性意義。

1、數(shù)據(jù)中心能耗分析

在中心的能耗構(gòu)成和主、次要能耗類型;另一方面是定量分析,從數(shù)據(jù)角度對(duì)能耗規(guī)律及相關(guān)關(guān)系進(jìn)行挖掘。

1.1定性分析

(1)IT負(fù)荷能耗:主要是數(shù)據(jù)最大。

(2)制冷系統(tǒng)能耗:主要包括冷機(jī)、冷卻泵、冷凍泵、冷塔、蓄冷罐、末端空調(diào)等制冷設(shè)施在數(shù)據(jù)中心的各個(gè)機(jī)房內(nèi),根據(jù)各機(jī)房內(nèi)的設(shè)備運(yùn)行情況,為局部提供適當(dāng)?shù)臏囟拳h(huán)境。

(3)消防系統(tǒng)能耗:主要包括:消防給水設(shè)備、滅火設(shè)備、緊急廣播、漏電報(bào)警、火災(zāi)報(bào)警、應(yīng)急照明指示燈等在運(yùn)行保障期間所消耗的電力能源。大多數(shù)時(shí)間中,這些設(shè)備處于靜默或休眠狀態(tài),電能消耗不大。

(4)輔助設(shè)備消耗的能耗:主要包括照明、電梯系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、屏蔽設(shè)施、動(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)設(shè)備等運(yùn)行過程時(shí)所消耗的能源。通常這部分設(shè)備能耗占比并不大。

(5)損耗能耗:包括UPS損耗、線路及接口損耗等。這部分能耗并不提供有用功,屬性于系統(tǒng)性損耗。通常施工改造等外接設(shè)備消耗的能源也計(jì)入損耗能耗。

雖然上述分析針對(duì)所調(diào)研的數(shù)據(jù)中心能耗類型也與此類似,只是在能源消耗占比上有所區(qū)別。

1.2定量分析

在定性分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合實(shí)際能耗數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)中心能耗情況進(jìn)行分析,挖掘能耗規(guī)律特點(diǎn)及關(guān)聯(lián)關(guān)系,為節(jié)能策略的提出提供數(shù)據(jù)支撐。根據(jù)數(shù)據(jù)范圍及數(shù)據(jù)量,定量分析又分為總體分析和局部分析。

1.2.1總體能耗分析

通過對(duì)數(shù)據(jù)中心2021年能耗進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可得各部分的能耗占比,如圖所示:

wKgZomYSL96AD6g7AAAd0oSJCs485.jpeg

圖1總體能耗占比分析

從圖1可知,數(shù)據(jù)中心的總體能耗和IT設(shè)備能耗使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,如圖2所示:

wKgaomYSL9-AGA3cAAAZi6inJxg77.jpeg

圖2數(shù)據(jù)中心能源總體消耗情況

從圖2可以看出,總體能耗規(guī)律與IT設(shè)備的能耗規(guī)律基本一致,呈波動(dòng)形;IT設(shè)備能耗較總能耗波動(dòng)性較平緩,說明IT總負(fù)載全年變化不大;總能耗波動(dòng)性較大,尤其在7、8、9月能耗較突出,11、12月的能耗較小,較符合中國北方夏季氣溫高制冷能耗突出而冬季氣溫低制冷能耗較低的特點(diǎn)。

衡量數(shù)據(jù)中心總能耗與IT設(shè)備能耗之比,即:

P

PIT

PUE=

其中,P是數(shù)據(jù)中心整體按月進(jìn)行PUE計(jì)算,可得PUE規(guī)律如圖3所示:

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圖3數(shù)據(jù)中心PUE分布情況

分析可知,數(shù)據(jù)中心的能耗效率較好。

1.2.2局部能耗分析

數(shù)據(jù)中心總能耗達(dá)70%以上,因此,對(duì)機(jī)房進(jìn)行進(jìn)一步精細(xì)化能耗分析,掌握機(jī)房能耗分布情況,識(shí)別能耗主要節(jié)點(diǎn),對(duì)后續(xù)的能耗管理及節(jié)能措施具有重要意義。

經(jīng)調(diào)研機(jī)房內(nèi)的設(shè)備主要包括:主機(jī)機(jī)柜、路由器、列頭柜、UPS電源、精密空調(diào)及部分動(dòng)環(huán)監(jiān)測(cè)設(shè)備等,設(shè)備分布如4圖所示,所采集到的能耗數(shù)據(jù)有:各列機(jī)柜能耗數(shù)據(jù)、精密空調(diào)能耗數(shù)據(jù)、機(jī)房內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)、室外氣溫?cái)?shù)據(jù)等。

wKgZomYSL4mAM6I6AABZyqnm41w775.png

(1)機(jī)房能耗規(guī)律分析及挖掘

wKgaomYSL-CAWGYkAAA_6vD6jEE670.png

圖5機(jī)房IT設(shè)備能耗分析

通過分析可知,A-J共10列機(jī)柜中H、J列機(jī)柜能耗這一年均為0,說明這兩列機(jī)柜并未啟用,B、C、D列機(jī)柜全年中僅部分時(shí)間使用,A、E、F、G、I列機(jī)柜全年均在使用;其中D列機(jī)柜在使用期間的月能耗最?。?/p>

(2)精密空調(diào)能耗消耗情況及規(guī)律

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圖6機(jī)房精密空調(diào)能耗規(guī)律

精密空調(diào)最低能耗的月份2、3、4月,能耗分布具有明顯的波動(dòng)特性,電能用量規(guī)律與北方室外氣溫變化相符,即6、7、8月份氣溫較熱,在集中制冷系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,精密空調(diào)需提供較大的額外制冷,空調(diào)負(fù)荷較重,能耗較高,2-4月份氣溫較低,空調(diào)負(fù)荷較輕,能耗較低。

(3)能耗相關(guān)性分析

為進(jìn)一步研究各部分能耗數(shù)據(jù)與溫濕度的相關(guān)性,對(duì)各類設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)與溫濕度數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析。首先對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。由于能耗和溫度、濕度的計(jì)量單位不同,所以采用min-max方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化處理。然后采用皮爾遜(Pearson)相關(guān)系數(shù)對(duì)IT能耗、精密空調(diào)能耗、室外溫度和濕度間進(jìn)行相關(guān)性分析。

表1皮爾遜相關(guān)系數(shù)矩陣

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從表1中可以看出,IT能耗與精密空調(diào)能耗、室外溫度、濕度之間都是正相關(guān)的關(guān)系(相關(guān)性數(shù)值均大于0)。其中,IT能耗與精密空調(diào)能耗為強(qiáng)相關(guān)性(相關(guān)性數(shù)值大于0.7),與濕度中度相關(guān)性(相關(guān)性數(shù)值大于0.5),與溫度弱相關(guān)性(相關(guān)性數(shù)值小于0.4);精密空調(diào)能耗與溫度、濕度、IT能耗的均為強(qiáng)相關(guān)性,與溫度相關(guān)性最大。

圖7展示出了的IT能耗與精密空調(diào)能耗、溫度、濕度的分布規(guī)律??梢钥闯?,IT能耗在2月、6月和9月有所下降,空調(diào)能耗在2月和9月下降,濕度在2月、4月、9月和10月下降,溫度在8月、9月和10月下降,其余月份均穩(wěn)定上升。綜上,IT能耗和精密空調(diào)能耗的變化趨勢(shì)較相近,二者關(guān)聯(lián)性更大。

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圖7IT能耗與空調(diào)能耗、溫度、濕度的分布規(guī)律

圖8展示出了的精密空調(diào)能耗與溫度、濕度的分布規(guī)律對(duì)比??梢钥闯觯芸照{(diào)能耗在2月、8月和9月有所下降,其余月份均穩(wěn)定上升。濕度在2月、4月、9月和10月下降,溫度在8月、9月和10月下降,2月平穩(wěn)沒變,其余月份均穩(wěn)定上升。因此,精密空調(diào)能耗和溫度的變化趨勢(shì)較相近,二者關(guān)聯(lián)性更大。

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圖8精密空調(diào)能耗與溫度、濕度的分布規(guī)律

(4)局部能耗效率分析

與數(shù)據(jù)中心整體相比,機(jī)房內(nèi)的用電設(shè)備相對(duì)較少,更容易分析其能耗效率。計(jì)算機(jī)房的能耗效率可以衡量在機(jī)房的總電能中,具體多少是用到IT設(shè)備上的,多少是用到制冷上的,從而調(diào)整優(yōu)化制冷的分配。機(jī)房的能耗效率是機(jī)房總功耗與機(jī)房內(nèi)IT設(shè)備的能耗

之比,即:

p

pue=

pit

其中p為機(jī)房總能耗,pit為機(jī)房內(nèi)的IT設(shè)備能耗。下圖給出了機(jī)房總能耗(p)、IT設(shè)備能耗(pit)、能耗效率(pue)的分布規(guī)律。

wKgaomYSL-SAAvVEAABRg1LP0Js156.png

圖9機(jī)房的pue分布規(guī)律-按月統(tǒng)計(jì)

從圖中可看出,數(shù)據(jù)最小,為1.13。說明機(jī)房pue和總功耗、IT能耗的變化趨勢(shì)相近。

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圖10機(jī)房的PUE分布規(guī)律-按天統(tǒng)計(jì)

根據(jù)上述分析,可總結(jié)數(shù)據(jù)中心各系統(tǒng)按電能消耗占比排序分別為IT負(fù)荷、制冷系統(tǒng)、損耗、輔助設(shè)備、消防系統(tǒng)五個(gè)部分;能耗一般在7-9月份較突出,11-12月份較低,能耗及PUE分布呈現(xiàn)波動(dòng)特征;通過局部分析可知,IT能耗與精密空調(diào)能耗、室外氣溫、溫度之間呈正相關(guān)關(guān)系,且IT能耗與濕度相關(guān)性較強(qiáng),與氣溫相關(guān)性較弱;局部機(jī)房的IT能耗、能耗效率及總功耗的變化趨勢(shì)相近。

2節(jié)能策略及建議

綜合上述數(shù)據(jù)中心運(yùn)行條件的基礎(chǔ)上,節(jié)約能源消耗。

(1)利用室外自然冷源

自然冷卻是很多大型數(shù)據(jù)中心或商業(yè)建筑采用的

冷卻方式之一,即當(dāng)室外溫度低于某一溫度時(shí)(如10C°至13C°),將數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)由冷水機(jī)組制冷轉(zhuǎn)換

為自然冷源制冷。因此,可根據(jù)能耗及氣溫?cái)?shù)據(jù)采用自動(dòng)化的主-被動(dòng)制冷控制,即根據(jù)歷史數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),若在一定時(shí)間內(nèi),當(dāng)?shù)貧鉁剡_(dá)到低溫閥值,則自動(dòng)給出自然冷卻建議及方案,并由運(yùn)維人員判斷進(jìn)行判斷,將冷水機(jī)組切換為自然冷卻制冷,以達(dá)到節(jié)約能耗的目標(biāo),但具體冷量需要根據(jù)冷卻模型進(jìn)行估算

(2)優(yōu)化機(jī)房空調(diào)運(yùn)行

基于能耗分析結(jié)果及溫濕度與能耗的相關(guān)關(guān)系,進(jìn)一步分析機(jī)房內(nèi)的熱源分布,風(fēng)道風(fēng)速等,根據(jù)溫度規(guī)律優(yōu)化調(diào)配空調(diào)送風(fēng)溫度及開啟數(shù)量,使機(jī)房空調(diào)工作在一個(gè)相對(duì)較低的能耗水平;此外,因能耗與濕度間呈強(qiáng)相關(guān)關(guān)系,可考慮采購一定數(shù)量的除濕機(jī),不再依靠機(jī)房空調(diào)或新風(fēng)機(jī)來降低模塊機(jī)房的濕度,做到精準(zhǔn)除濕,降低空調(diào)系統(tǒng)耗電。

(3)關(guān)閉不必要的機(jī)房空調(diào)

進(jìn)入冬季后,柴房樓、運(yùn)維樓相關(guān)功能房間受室外環(huán)境溫度影響,房內(nèi)溫度較低,可以關(guān)閉蓄電池室、配線間、智能建筑機(jī)房、控制室等房間機(jī)房空調(diào)或立式組合空調(diào),節(jié)省能耗,相關(guān)專業(yè)要做出比較敏感的反應(yīng)。

(4)夏季關(guān)閉柴油發(fā)電機(jī)組水套加熱器

每年5月下旬至9月中旬可關(guān)閉柴油發(fā)電機(jī)組水套加熱器,減少為柴發(fā)冷卻液加熱造成的耗電。柴發(fā)帶載模式為一路斷電柴發(fā)啟動(dòng),空載運(yùn)行。夏秋季氣溫高,且柴發(fā)為空載啟動(dòng),關(guān)閉水套加熱器仍可保證柴發(fā)正常啟動(dòng)。

3安科瑞能耗統(tǒng)計(jì)分析(能源管理)解決方案

3.1能效管理解決方案介紹

建立高效的能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng),對(duì)建筑各類耗能設(shè)備能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量,對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。能夠合理的確定各區(qū)域建筑能耗經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及績效考核指標(biāo),發(fā)現(xiàn)能源使用規(guī)律和能源浪費(fèi)情況,提高人員主動(dòng)節(jié)能的意識(shí)。

①搭建數(shù)據(jù)中心智慧能源管理系統(tǒng)的基本框架,對(duì)各個(gè)用能環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè);

②排碳數(shù)據(jù)化:通過系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)人均能耗分析(包括水、電、能量),實(shí)現(xiàn)低碳辦公數(shù)據(jù)化;

③區(qū)域能效比:實(shí)現(xiàn)建筑單位內(nèi)區(qū)域能耗對(duì)比,方便能耗考核;

④同期能效比:實(shí)現(xiàn)同年、同期、同一區(qū)域能耗對(duì)比,方便節(jié)能數(shù)據(jù)分析;

⑤能耗評(píng)估管理:按照能源消耗定額標(biāo)準(zhǔn)約束值、標(biāo)準(zhǔn)值、引導(dǎo)值進(jìn)行分析單位面積能耗和人均能耗指標(biāo);

⑥能耗競爭排名:各個(gè)功能區(qū)能耗對(duì)比,實(shí)現(xiàn)能耗排名,增強(qiáng)工作人員的節(jié)能意識(shí);

⑦對(duì)能耗的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合的分析、統(tǒng)計(jì)、打印和查詢等功能,并根據(jù)能耗監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的需要可選擇不同樣式報(bào)表的打印。為能耗運(yùn)營管理部門提供可靠的依據(jù);

⑧能耗數(shù)據(jù)采集,隨時(shí)查詢,并根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,監(jiān)測(cè)異常能源用量,對(duì)能源智能儀表故障進(jìn)行報(bào)警,提高系統(tǒng)信息化、自動(dòng)化水平。

wKgaomYSL-WAUUH-AAH7nOKyBgc613.png

3.2能源管理系統(tǒng)硬件配置

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審核編輯 黃宇

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    在制造業(yè)工廠中,水電能耗占據(jù)企業(yè)經(jīng)營成本的大頭。為實(shí)現(xiàn)精益化能源管理和全面成本控制,構(gòu)建智能、高效的水電監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)已成為企業(yè)提升競爭力的重要策略。 通過建立高效智能的水電能耗監(jiān)測(cè)
    的頭像 發(fā)表于 12-09 13:39 ?623次閱讀

    淺析軌道地鐵智能照明系統(tǒng)的能耗分析節(jié)能優(yōu)化措施

    摘要:地鐵智能照明系統(tǒng)的建設(shè)是保證地鐵照明合理配置的關(guān)鍵。文章針對(duì)我國地鐵智能照明系統(tǒng)建設(shè)的現(xiàn)狀,總結(jié)了智能照明系統(tǒng)的能耗問題,并提出了優(yōu)化節(jié)能技術(shù)、提高地鐵智能照明系統(tǒng)集成建設(shè)質(zhì)量的策略。 關(guān)鍵詞
    的頭像 發(fā)表于 11-14 11:25 ?994次閱讀
    淺析軌道地鐵智能照明系統(tǒng)的<b class='flag-5'>能耗</b><b class='flag-5'>分析</b>及<b class='flag-5'>節(jié)能</b>優(yōu)化措施

    建筑能耗監(jiān)測(cè)對(duì)既有建筑節(jié)能研究

    摘 要:在建筑能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上,融合建筑能源審計(jì)技術(shù)性和工程建筑能耗等級(jí)評(píng)價(jià)技術(shù),研究現(xiàn)有建筑的能耗,明確提出節(jié)能改造計(jì)劃方案。在未來,
    的頭像 發(fā)表于 11-06 16:59 ?578次閱讀
    建筑<b class='flag-5'>能耗</b>監(jiān)測(cè)對(duì)既有建筑<b class='flag-5'>節(jié)能</b>的<b class='flag-5'>研究</b>

    建筑能耗監(jiān)測(cè)對(duì)建筑節(jié)能研究

    摘要:基于建筑能耗監(jiān)測(cè)技術(shù),融合建筑能源審計(jì)技術(shù)與工程建筑能耗等級(jí)評(píng)價(jià)技術(shù),研究既有建筑能耗,提出節(jié)能改造方案。該
    的頭像 發(fā)表于 10-23 09:36 ?633次閱讀
    建筑<b class='flag-5'>能耗</b>監(jiān)測(cè)對(duì)建筑<b class='flag-5'>節(jié)能</b>的<b class='flag-5'>研究</b>

    建筑能耗監(jiān)測(cè)對(duì)既有建筑節(jié)能研究分析

    摘 要: 在建筑能耗監(jiān)測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上,融合建筑能源審計(jì)技術(shù)性和工程建筑能耗等級(jí)評(píng)價(jià)技術(shù),研究現(xiàn)有建筑的能耗,明確提出節(jié)能改造計(jì)劃方案。在未來
    的頭像 發(fā)表于 10-15 16:09 ?525次閱讀
    建筑<b class='flag-5'>能耗</b>監(jiān)測(cè)對(duì)既有建筑<b class='flag-5'>節(jié)能</b>的<b class='flag-5'>研究</b><b class='flag-5'>分析</b>

    商業(yè)中心節(jié)能耗管理平臺(tái)解決方案

    關(guān)注“acrelzx”微信號(hào),了解更多產(chǎn)品資訊 隨著碳達(dá)峰、碳中和成為政府工作主要任務(wù),商業(yè)中心作為能耗密集,用能情況較為復(fù)雜的大型建筑,有效的降低能源消耗,減少能源成本,避免用能過程中的“跑冒滴漏
    的頭像 發(fā)表于 10-08 17:17 ?481次閱讀
    商業(yè)<b class='flag-5'>中心</b><b class='flag-5'>節(jié)能耗</b>管理平臺(tái)解決方案

    能耗管理 能源分析為什么要在數(shù)據(jù)中心中進(jìn)行管理呢?

    越來越非常需要關(guān)注。 現(xiàn)階段數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展,降低能耗也變得非常重要。為了解決這個(gè)能耗高的問題,從能耗現(xiàn)狀進(jìn)行分析探討,通過數(shù)據(jù)的展示充分
    的頭像 發(fā)表于 09-10 11:00 ?471次閱讀
    <b class='flag-5'>能耗</b>管理  能源<b class='flag-5'>分析</b>為什么要在數(shù)據(jù)<b class='flag-5'>中心</b>中進(jìn)行管理呢?

    數(shù)據(jù)中心能耗較多 如何科學(xué)智慧化進(jìn)行整體解決方案呢

    解決問題的意義: 數(shù)據(jù)中心能耗問題**像今天這樣引起行業(yè)、全國甚至全世界的關(guān)注。在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi),數(shù)據(jù)中心能耗分析優(yōu)化不僅是數(shù)據(jù)
    的頭像 發(fā)表于 07-29 16:58 ?594次閱讀
    數(shù)據(jù)<b class='flag-5'>中心</b><b class='flag-5'>能耗</b>較多 如何科學(xué)智慧化進(jìn)行整體解決方案呢