2017/12/27
｜撰文：黃釋緯
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圖片來源／Pixabay (CC0) https://pixabay.com/en/electrical-data-center-2476782/
在放滿系統主機的機房中，散熱是首要之務。想像中的機房，通常都有門禁管制，冷氣都開得很強、進入要脫鞋、或許還要換防塵衣！沒錯，機房是資訊處理中心，一旦機房環境出問題當機了，在離不開電腦的現代社會，這等「慘劇」所引起的恐慌恐怕是人人都不想承受的狀況！
電腦IT機房密佈主機，耗用電力非常驚人。美國能源部曾經調查指出，資料中心耗能相較於一般辦公室高出約100倍；又根據綠基會及台北科技大學的研究調查，我國能源大用戶的各類建築單位面積年用電量（kW/m2），電信機房、網路機房及電信公司是單位面積年用電量的前三名。因此，如何讓機房節能，也就成為各廠家降低成本的重點！
綠色機房 設備節能是關鍵
機房的節能很重要，那什麼樣的機房才可以冠上「綠色機房」呢？早在2005年，美國國家標準協會（American National Standards Institute, ANSI）和美國電信產業協會（Telecommunications Industry Association , TIA）已開始盤點機房基礎設施，對244項機房設備耗能提出客觀的耗能評估基準，2008年起也推出綠色機房建置草案，使得綠色機房有一致的評估標準。
節能始於規劃設計，在IT機房設計上，將設備部署和產品選擇融入節能概念以降低成本，是綠色機房的必要條件，也就是說，綠色機房是在節能風潮下產生出來的機房設計概念，大致上要符合「低耗電」、「高能源轉換效率」二大理念，並著重於機房建置設計與後續能源管理。所以綠色機房設計是以TIA-942（Telecommunications Infrastructure Standard for Data Centers, 數據中心電信基礎設施標準）為基礎，對於電力、電信、建築、機械部份進行機房評估及改善，並輔以Green Grid（綠色網路）及LEED（Leadership in Energy and Environmental Design, 能源與環境先導設計）評估標準，並以PUE（Power Usage Effectiveness, 能源使用效率）做為能源效率基準。
3種指標 建構綠色機房
第1項重要指標，是LEED，這是美國綠建築協會（The U.S. Green Building Council , USGBC）在1998年公佈的高效能綠建築之市場導向式評估系統，這項準則主要用來評估綠建築的等級。LEED標章共分為4級，分別為白金級、黃金級、銀級和認證級，評估指標是以做為永續基地開發、用水效率、能源與大氣、建材與資源，和室內環境品質等項目。
第2項重要指標，則是由TIA的TR-42.2委員分會制定的TIA-942，於2005年4月12日由TIA和ANSI共同公布，主要規範了各種數據中心或電腦機房對通信基礎設施最低要求。對於數據中心基礎設施的利用性（Availability）、穩定性（Stability）和安全性（Security）3大特性，TIA-942將後續要配合的機房的基礎設施如電源配電、冷暖空調、及其他能源管理系統區分為4個層級，分別為Tier I、Tier II、Tier III、Tier IV。
最後，是由全球性的IT組織「Green Grid」所研發、評估綠色機房的能源使用效率（PUE），主要用來衡量1個電腦機房是否夠節能。PUE的計算是以「電腦機房的總用電量」（分子）除以「資訊中心內資訊設備的總用電量」（分母），PUE數值越低，代表這個機房花費能源在冷暖空調、不斷電系統（Uninterruptible Power Supply , UPS）、照明等「非資訊設備」的比例越少，就代表越節能。
PUE下降 節能可觀
要檢視綠色機房的效果，PUE一直是評量的重要指標，因為該數值愈高，代表機房中用於空調系統、照明、電力轉換損耗等「非資訊設備」的能源耗用量愈高，這表示能耗用在太多非必要的能源消耗之上。
讓我們來看看，PUE的改善效果如何！假設機房耗電容量為100kW，如果該機房的PUE值是2.5的話，就表示資訊設備用電容量為40kW，而非資訊設備負載用電容量是60kW。若設法將PUE從2.5降到1.5，則非資訊設備負載用電容量也會降為20kW，以同樣使用條件換算，節省電費可達40%。因此對企業而言，節能設計確實是相當值得投資。
日本電子情報技術產業協會（Japan Electronics and Information Technology Industries Association, JEITA）在2010年7月到2011年1月這段期間，曾對該國20家企業的25座機房進行能源效率量測，平均PUE落在1.8~2之間。但是算出PUE後，企業要懂得從PUE數字的變化看出改善的方向，有些時候，只要進行些微的調整，甚至不需要大費周章斥資引進先進節能技術或系統，就可以降低PUE。
綠色機房 超級比一比
在節能成為世界潮流之下，綠色機房成為各個國家想要學習的典範，2017年〈Energy Digital〉雜誌就選出全球前10大綠色機房，特別撰文報導：
第10名：德國花旗集團資料中心
花旗資料中心位於德國法蘭克福，當初建置完成的PUE是2.8，目前為1.5，已接近減半，未來的目標要接近1.0。該中心也在2009年得到LEED白金級綠建築標章，建築外牆被綠色植物覆蓋並有空中花園，以綠色植被吸收熱源降低能源使用功效。
第9名：挪威綠山（Green Mountain）資料中心
綠山資料中心位於挪威史塔萬格市，引用挪威峽灣約攝氏7.7度的冷水來進行冷房，另外只需要相當少的能源去冷卻主機。綠山資料中心的PUE是1.2。
第8名：美國泰坦（Titan）資料中心
泰坦資料中心位於美國華盛頓州，此建築原是空軍的飛彈基地，華盛頓州是綠色行動的領頭羊，本中心使用蒸發冷卻技術（Evaporative Cooling），泰坦資料中心的PUE是1.18。
第7名：法國史特拉斯堡資料船塢中心（Datadock）
史特拉斯堡資料中心利用約攝氏12.2度水井地下水冷卻主機，其PUE是1.18，冷卻水不只帶走主機的熱，在設計時即考量零污染、零浪費的廢水回收。
第6名：美國微軟第4代資料中心
微軟第4代資料中心位於美國華盛頓州昆西鎮，是微軟在資料中心多次的試誤之後，使用冷空氣降溫的第4式整合型主機模組（ITPACs），可以使主機效率更高，使用更少的能源，其PUE平均是1.16，但是最低可達到1.12。
第5名：英國溫亞德（Wynyard）惠普資料中心
惠普資料中心位於英國史塔頓東北方，是惠普綠色倡議重要的綠色機房之一。多年來係利用北海的冷空氣做為冷卻溫度用，使用成本下降40％，其PUE由1.2降至1.16。
第4名：瑞典生態資料中心（EcoDataCenter）
生態資料中心位於瑞典法倫礦區，和鄰近的施耐德電機公司合作，使用其再生能源（風力及太陽能）當做主機冷卻電力，PUE是1.15，而且該資料中心也使用主機的部份餘熱給住商部門使用。
第3名：美國懷俄明綠屋資料中心（Green House Data）
綠屋資料中心位於懷俄明州首府香巖城，本地最適合低溫被動式冷卻，較少使用空調和風扇，PUE僅為1.14。
第2名：美國蘋果公司資料中心
蘋果資料中心位於美國加州北部，雖然沒正式公布，但是和第1名臉書的PUE一樣，是1.1。能達成這麼低的PUE是因為使用鄰近掩埋場的生質沼氣，且是全世界使用最大量太陽能的資料中心。
第1名：瑞典臉書資料中心
臉書資料中心位於瑞典北海岸的呂勒奧市，為降低其碳足跡，臉書大力改善其資料中心的效率，該中心的PUE是1.1，其濕冷的空氣有助於降低主機溫度。
表／全球最佳綠色機房中心排比，臉書、蘋果拔頭籌
整理／黃釋緯
台灣綠色機房產業 可朝輸出模組化設計發展
目前國際上先進的綠色機房，PUE約介於1.5～1.1之間，而我國機房平均PUE則為1.9，仍有努力的空間。台達資料中心資深業務經理林士基表示：「台灣以往機房建置，都是採經驗值，例如設備汰舊換新，仍使用相同的產品，當然產品隨著年代更迭效率是明顯增加，但這就產生一個問題，就是在機房的規劃通常沒考慮到未來需要的擴充性。」
在綠色機房的設備選擇，最重要的是要考慮設備的可靠性和可用性。所以建置綠色機房，首要是設備的選擇當然是效能比同類型產品好，其次則是要考慮使用的未來的擴充性；也就是建置初期常常會發生低負載或是低使用效率的問題，但綠色機房更新時，不是考慮最佳效率，而是考慮最常用的效率。再者，考慮企業的成長性，綠色機房的節能產品也朝向模組化設計。
圖片來源／台達電子
在機房建置好開始運轉後，最重要的就是主機散熱問題，以往的空調有上送風、下送風，後來透過新型的空調主機，將熱轉換為冷。而不同的機房位置佈置和陣列式空調，都可改善其能源耗用。最後則是使用控制軟體系統監測，即為資料中心基礎設施管理（DCIM）系統，整合「資源」和「資訊」的關係，提供所有資源維護或查詢的單一整合平台，以節省作業時間，更可正確掌握資源分配狀況。
台灣機房產業受限於本身規模太小，1年的規模大致約1.2億美元之間，而且產業機房汰換的速度較慢，因此藉由設備的節能認證，就是促使廠商汰換更新的誘因。在綠色機房政策推動上，我國有足夠的節能產品，也有相當充足的人才可以規劃節能設備，政府更可扮演平台的角色，讓我國未來綠色機房產業的發展，能朝向整套模組化產品的設計及輸出。
關鍵字：綠色機房,PUE,LEED綠建築