一种应用模拟负载测试的数据中心能效评价方法

1.本发明涉及数据中心机房it设备测试技术领域，具体涉及一种应用模拟负载测试的数据中心能效评价方法。


背景技术：

2.美国ashrae和tgg共同发布的能效评价指标pue，其采用数据中心基础设施总能耗与it设备能耗的比值pue的提出很大程度地促进了数据中心冷却系统、电气损耗等辅助系统的节能技术的发展。
3.然而，数据中心的节能要求日益提高，传统pue的评价方法无法反映出更详细的能耗关系，并被发现一些不符合节能本意的计算的漏洞，如it设备的风扇转速提高，能耗增大，但是此部分为it设备能耗，pue反而降低。
4.在实际测量中，不论是传统机房负载还是it服务器，均没有将此部分能耗分开计算，本测量方法基于新型模拟负载，对数据中心的主要部件运行状态、信息交互、能耗数据进行监测，提出精细化评价方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是一种应用模拟负载测试的数据中心能效评价方法，以解决上述背景中的问题，通过新型模拟负载的发热芯片和散热风扇，测量实际运行中it设备实际用于计算的能耗，进一步根据不同型号it设备的计算能力与其能耗关系，建立数据-能耗的与评价方法。
6.为解决上述技术问题，本发明申请采用以下技术方案来实现的：
7.一种应用模拟负载测试的数据中心能效评价方法，包括以下步骤：
8.1)部署满足模拟负载测试的数据中心机房真实环境；
9.2)通过模拟负载替代it设备，并且对内部散热风扇、发热模块的供电端布置传感器计算功率，对模拟负载进出口及发热模块表面布置温度传感器采集温度；
10.3)对室内模拟负载供电端、暖通空调系统供电端布置相应的功率测量设备测试相应的功率；对室外冷却塔、冷水机组、冷却水泵和冷冻水泵供电端布置相应的功率测量传感器采集相应的功率；
11.4)通过获得的参数分别计算得到it设备内部工作运行的电能使用率和机房内外冷却系统的电能使用率。
12.本发明进一步的改进在于，步骤1)中，室内机房的空调送风温度要求为18～27℃，相对湿度要求为40％～65％。
13.本发明进一步的改进在于，步骤2)中通过布置电流和电压传感器计算散热风扇、发热模块的功率。
14.本发明进一步的改进在于，步骤2)中测试电流电压的传感器精度至少为0.5级。
15.本发明进一步的改进在于，步骤3)中，对于室内空调送风口设置温度传感器和湿
度传感器，并设定空调参数来满足机房环境需求。
16.本发明进一步的改进在于，步骤3)中，测试温度的传感器的测量范围至少为0℃～50℃，测量精度为
±
0.2℃；测量湿度的传感器测量范围为0％～95％rh，测量精度为
±
5％rh。
17.本发明进一步的改进在于，步骤3)中，交流配电柜给空调系统的供电端布置功率测试点，对冷却设备：冷却塔、冷水机组和泵设置功率监测点。
18.本发明进一步的改进在于，步骤3)中，测试功率的功率表的精度为0.5级以上。
19.本发明进一步的改进在于，步骤4)中，当单台模拟负载的能耗为e
it
，单台模拟负载的风扇能耗为e
fan
时，单台模拟负载内部工作运行的电能使用率为(e
it-e
fan
)与e
it
的比值，即
20.其中it设备内部的电子器件耗能为e
flectronic components
＝e
it-e
fan
；
21.模拟负载的预设功率根据实际需求设置n组，全年单台模拟负载内部工作运行的电能使用率为：n组功率对应的工作时间分布系数，与测试的n组功率下的电能使用率加权求和。
22.本发明进一步的改进在于，步骤4)中，当空调系统供电回路上的平均能耗为e
hvac
，所有模拟负载的能耗为e
it-total
以及所有模拟负载内部的风扇能耗为e
fan-total
；
23.机房内冷却系统的电能使用率
24.模拟负载的预设功率根据实际需求设置n组，全年机房内冷却系统的电能使用率为：n组功率对应的工作时间分布系数，与测试的n组功率下的电能使用率加权求和；
25.室内外冷却系统整体的电能使用率为：
[0026][0027]
其中室内外冷却系统整体的能耗为：
[0028]ecooling
＝e
cooling tower
e
chill
e
pump
e
crac
e
fan
[0029]
室外冷却塔能耗为e
cooling tower
，冷水机组能耗为e
chiller
，冷却水泵和冷冻水泵能耗为e
pump
；
[0030]
it设备处理数据的电能使用率为：
[0031][0032]
it设备处理数据的冷却电能使用率为：
[0033][0034]
本发明至少具有如下有益的技术效果：
[0035]
由上述的技术方案可见，本发明通过模拟负载替代it设备，在模拟负载内部布置电流电压测试点来获取散热风扇、发热模块的能耗，在外部供电端布置测试点对模拟负载的有功功率进行测量，包括电压、电流、实际功率(kw)，根据测试过程获得的相关数据来计算it设备的内部工作运行电能使用率。同时对冷却系统布置测点，对it设备处理数据进行
监测，可计算获得暖通空调系统机房内外冷却系统的电能使用率、it设备处理数据的电能使用率和it设备处理数据的冷却电能使用率。
附图说明
[0036]
以下附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围：
[0037]
图1为本发明实施例冷却系统测点布置的示意图；
[0038]
图2为本发明实施例提供的it设备内部工作运行电能使用率及机房内冷却系统的电能使用率的测试流程示意图；
[0039]
图3为it设备内部工作能耗组成的示意图
具体实施方式
[0040]
下面结合本发明实例中的附图，对本发明的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0041]
根据本发明的实施例提供一种应用模拟负载测试的数据中心能效评价方法，包括：部署满足模拟负载测试的数据中心机房真实环境；通过新型模拟负载替代it设备，并且对内部所需要测试的位置布置温度、电流、电压等数据传感器；对与模拟负载供电端、暖通空调系统供电端布置相应的功率、电量测量设备，进而通过获得的参数分别计算得到it设备内部工作运行的电能使用率和机房内外冷却系统的电能使用率。
[0042]
首先部署机房室内环境，室内机房的空调送风温度要求为18～27℃，相对湿度要求为40％～65％；参见图1，图1为本发明实施例冷却系统测点布置的示意图。对于室外冷却系统布置测点1-3，即对冷却设备：冷却塔、冷水机组和泵设置功率监测点；对于室内空调送风口设置温度传感器和湿度传感器，并设定空调参数来满足机房环境需求。测试温度的传感器的测量范围至少为0℃～50℃，测量精度为
±
0.2℃；测量湿度的传感器测量范围为0％～95％rh，测量精度为
±
5％rh；交流配电柜给空调系统的供电端布置电量测试点，如图1测点4，测试功率的功率表的精度为0.5级以上，测量范围满足空调系统最大负荷工作的耗电量需求。
[0043]
其次选用模拟负载替代it设备，模拟负载不仅要模拟it设备的发热布局，还需要模拟内部风扇的散热控制逻辑。在模拟负载内部布置多个温度测点，如图1测点5，测量负载进出口风温，温度测量范围为0～50℃，测量精度要求为
±
0.2℃；对模拟负载内部的散热风扇的输入端布置电流、电压传感器采集输入的电流电压，测量量程要满足风扇满负荷运行时的测试需求，测量的精度要求在0.5级以上；模拟负载的供电端选用智能pdu，智能pdu可实现对每个插孔的有功功率测量，包括电压、电流、实际功率(kw)和用电量(kwh)，计量精度至少为1％，如图1测试点6。
[0044]
由于单机柜可能存在不完全布满模拟负载或it设备的情况，机柜进风面存在空缺的u位，这可能会导致热空气局部回流，降低冷空气的使用率，严重浪费了制冷设备的制冷量，也使得热气回流附近的计算测量数据存在偏差，因此机柜进风面需要在空缺的u位安装盲板。同时机房室内环境布置封闭冷热通道有利于减少模拟测试环境对实验数据的影响误差。
[0045]
至此，测试环境搭建完成且测试传感器布置完毕，下面可以结合附图，正式进入测量工作流程：
[0046]
参见图2，图2为本技术实例it设备内部工作运行电能使用率及机房内冷却系统的电能使用率的测试流程示意图。
[0047]
设置空调的送风温度和湿度，如可以设置为送风温度23℃、送风湿度50％rh，设定空调送回风温差平均值最大不大于15℃。当空调系统稳定运行使室内环境达到送风温度、湿度要求后，再设置模拟负载的功率及单机柜的上架率。模拟负载的预设功率可以根据实际需求设置，如设置负载率20％、40％、60％、80％、100％。散热风扇的转速控制随着模拟负载的变化有着不同的调速模式，与之相应的实际能耗也有较大差别。因此测试过程中需要考虑控制模拟负载的功率及相应的运行时间。同时对于单机柜模拟负载的上架率需要保证在70％以上，便于对多组实验数据测试。
[0048]
空调系统和it设备系统布置完成后，需要预设实验环境稳定后的测试记录时间，如60min。在预设时间内，通过智能pdu监测内每台模拟负载的能耗，同时在模拟负载内部风扇供电回路上布置传感器来监测风扇的能耗。
[0049]
当单台模拟负载的能耗为e
it
，单台模拟负载的风扇能耗为e
fan
时，单台模拟负载内部工作运行的电能使用率为(e
it-e
fan
)与e
it
的比值，即
[0050]
其中it设备内部的电子器件耗能为e
electronic components
＝e
it-e
fan
。
[0051]
模拟负载的预设功率根据实际需求设置n组，全年单台模拟负载内部工作运行的电能使用率为：n组功率对应的工作时间分布系数，与测试的n组功率下的电能使用率加权求和。
[0052]
具体实现时，如设置模拟负载的负载率为20％、40％、60％、80％、100％，相应的电能使用率分别为ppue
it1
、ppue
it2
、ppue
it3
、ppue
it4
、ppue
it5
，相应的工作时间分布系数分别为a％、b％、c％、d％、e％，那么全年单台模拟负载内部工作运行的电能使用率为：ppue
it
＝a％
×
ppue
it1
b％
×
ppue
it2
c％
×
ppue
it3
d％
×
ppue
it4
e％
×
ppue
it5
。
[0053]
本实施例中使用模拟负载替代it设备，通过上述单台模拟负载内部工作运行的电能使用率计算方法，同理可得到it设备内部工作运行的电能使用率。
[0054]
数据中心机房内的冷却主要是空调系统经由冷通道送风对it设备系统进行散热。
[0055]
上述预设时间测试中，可计算得到交流配电柜到空调系统供电回路上的平均能耗e
hvac
，所有模拟负载的能耗e
it-total
以及所有模拟负载内部的风扇能耗e
fan-total
。
[0056]
机房内冷却系统的电能使用率
[0057]
具体实现时，如设置模拟负载的负载率为20％、40％、60％、80％、100％，相应的电能使用率分别为ppue
first-cooling1
、ppue
first-cooling2
、ppue
first-cooling3
、ppue
first-cooling4
、ppue
first-cooling5
，相应的工作时间分布系数分别为a％、b％、c％、d％、e％，那么全年机房内冷却系统的电能使用率为：
[0058]
ppue
first-cooling
＝a％
×
ppue
first-cooling1
b％
×
ppue
first-cooling2
c％
×
ppue
first-cooling3
d％
×
ppue
first-cooling4
e％
×
ppue
first-cooling5
[0059]
数据中心机房室内外冷却系统除了室内空调系统，还包括室外冷却塔、冷水机组、
冷却水泵和冷冻水泵等，因此室内外冷却系统整体的能耗为：
[0060]ecooling
＝e
coolingtower
e
chiller
e
pump
e
crac
e
fan
[0061]
室内外冷却系统整体的电能使用率为：
[0062][0063]
通过监测it设备存储、计算、传输的总数据量，可进一步得到：
[0064]
it设备处理数据的电能使用率为：
[0065][0066]
it设备处理数据的冷却电能使用率为：
[0067][0068]
综上所述，本技术通过部署数据中心机房真实模拟环境，通过新型模拟负载替代it设备，并且对内部所需要测试的位置布置温度、电流、电压等数据传感器；对室内模拟负载供电端、暖通空调系统供电端布置功率、电量测量设备，进而通过测试计算的相关参数；对室外冷却系统设备布置测点进行能耗采集计算，客观、真实地得到it设备内部工作运行的电能使用率，机房内冷却系统的电能使用率以及室内外冷却系统整体的电能使用率。同时监测it设备存储、计算、传输的总数据量可得到it设备处理数据的电能使用率和it设备处理数据的冷却电能使用率。
[0069]
上述具体实施方式，并不构成对本技术保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本技术的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术保护范围之内。