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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。

 
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