云計算供應商、云托管公司及其他 IT 服務提供商正在迅速建立多租戶數據中心 (MTDC) 。主要是由于面臨巨大的競爭壓力，因此這類設施必須保持極高的能效水平。
本白皮書闡明了各種挑戰致使目標實現具有難度的原因，并在隨后介紹了最新的不間斷電源系統 (UPS)、氣流控制解決方案以及空調節能器是如何幫助 MTDC 擁有者在不消弱設備可靠性及靈活性的情況下大幅降低與電能相關的運營費用的。本文還通過領先的主機托管零售商 Hurricane Electric Internet Services 的經驗，生動地證明踐行能效最佳做法能使 MTDC 運營商從中受益。
MTDC的主要需求
在一定程度上由云計算興起而推動的 MTDC 目前在規模、數量及普及方面正迅速發展。的確，分析公司 451 Research 預測北美的 MTDC 收入在 2015 年全年將以 15.42% 的復合年增長率攀升。
要想在越來越擁擠的市場中取得成功，MTDC 提供商必須持續不斷地專注于一些苛刻要求。這些要求包括：
負擔能力 盡管在評估第三方數據中心時價格并非是唯一的商務考慮變量，但它是最重要的因素之一，因此，MTDC 運營商必須始終都提供具有競爭力的價格。
高效 盡管價格較低，但 MTDC 供應商亦希望獲得不錯的利潤， 因此就必須利用各種機會來節約能源和空間。
可持續性 盈利能力并不是 MTDC 以提高能效為頭等要務的唯一 原因。全球 500 強公司中有大約 50% 的企業目前都在擬定可 持續發展計劃，這些計劃要求他們在購買產品及服務時，需從 對環境負責的供應商處購買。這樣的企業數目現在還在增加。
可靠性 為滿足其嚴格的服務水平協議 (SLA) 要求，MTDC 必須 提供近乎連續的運行時間。
靈活性 快速成長的企業更喜歡 MTDC 在配置、更改及規模應用 方面的靈活性。
常見的 MTDC 能效挑戰
為滿足此類急劇變化的需求，MTDC 的運營方式可能會產生嚴峻的能效挑戰，包括以下這些：
低UPS 負載 為保持可靠性，很多 MTDC 采用冗余 UPS 和(或) 2N 架構，其中多臺設備各自承擔部分負載下運行。因此，如果一個設備出故障或需要維修時，其它設備可馬上替補上。盡管此類配置方案可防止停機，但也會降低能效，因為 UPS 負載不足會浪費更多電能，產生的熱量的比例也相應地要比全負載 UPS 時的更高。
極端工作溫度 大多數 MTDC 供應商所服務的客戶廣泛使用虛擬技術和刀片式服務器。盡管這兩種技術從根本上均會增大數據中心的計算強度，但在較小空間內也會產生大量的熱量。消散這些熱量并不簡單而且所需費用昂貴。
瞬時尖峰 瞬間尖峰發生時，可能會使 UPS (濾波器 / 整流器)輸入端受損。進行預防性維修時，會檢查這些部件是否有任何損傷。
冷卻效率低下 在老舊的建筑中，MTDC 經常是依靠所謂的“混沌”空氣分布法將溫度保持在可接受范圍內。在此類冷卻方案中，大量冷空氣從服務器周邊的機房空調 (CRAC) 中抽出，這些冷空氣既冷卻了 IT 設備也將主機的熱廢氣推送至設備的回風管。然而，使冷風和熱風混合并再循環的這種混沌空氣分布設計會降低冷卻效率并使電費攀升。在效率更高的混沌氣流分布方案中，數據中心是這樣排列服務器機架的，那就是在一排中只將熱廢氣或冷空氣入口相互面對。這樣的“熱通道 / 冷通道”排列可使空氣對流產生連續的空氣流動，從而提高數據大廳的效率，但也還是會留給數據中心運營商不小的冷卻負擔去補償。
最大限度提高MTDC 能效的最佳做法
MTDC 運營商有多種選擇來應對這些及其它的效率挑戰。其中最有效的是：
1. 采用高效節能的UPS
新一代先進的 UPS 可幫助 MTDC 在不降低可靠性的情況下提高效率。這樣的設備有兩種基本類型：
可變的模塊化UPS 許多雙轉換 UPS 現在都包含多種供電Z模塊。最先進的設備還允許數據中心有變化地加載那些模塊。因此，數據公司并非將負載均勻分配到處于低水平的各模塊，而是可以使一個或多個模塊滿負載，而其它不需要的模塊則使其處于待機休眠狀態。如果是硬件故障或其它問題導致負載需求突然猛增，UPS 可自動且立即啟動待機模塊。最終結果是，當問題發生時，正常條件下以及連續不斷運行時的效率更高。
多模式UPS 可變的模塊化 UPS功能僅僅是雙變換模式轉換，而多模式 UPS 支持兩種工作模式。正常工作時，UPS 在高效節能的模式下運行，但當電源條件超出事先設定的允許范圍時，該設備會自動且立即地轉換成雙變換模式。當電源恢復到可接受范圍內時，UPS 會自動地轉換回節能模式。
盡管最新的雙變換模式 UPS 的節能效率通常達到 90% 以上，但多模式 UPS 在節能模式下運行時的節能效率可高達 99%。因此，它為 MTDC 供應商提供了低運行成本和高可靠性的完美組合。
某些多模式 UPS 還內置諧波抑制功能。諧波是數據中心電壓或電流變形的波形，通常由服務器、變頻驅動器以及熒光燈等非線性負載產生。如果不予處理，諧波可能會降低能效和可靠性，同時縮短昂貴的電器設備的使用壽命。
過去，數據中心運營商擔憂諧波專門吸收技術將會占用寶貴的使用面積。今天他們可以選擇使用具有降低諧波功能的多模式UPS。具有此功能的舊設備只在雙模式 UPS 中可吸收降低諧波，但較新的最先進設備可減緩諧波，進行功率因數校正，還能在節能狀態下平衡負載。
2.實施氣流控制解決方案
冷卻是數據中心能耗成本產生的主要原因，特別是像 MTDC 這樣布滿溫度較高服務器機架的設備。采用空氣控制方案，MTDC 運營商可降低其冷卻成本 30% 甚至更多。
控制方案是將服務器包圍在一個封閉的結構內封住熱空氣，并將其導入機房空調設備或其它冷卻系統中，并將冷空氣直接送入服務器的冷風入口。
以這種方法分布和控制氣流可極大地提高冷卻效率。例如，為抵消再循環廢空氣影響，熱氣 / 冷氣通道方案必須經常將返回的廢氣冷卻到 55?F/12.78?C，然而，基于控制冷卻系統，由于完全隔絕返回空氣，他們可安全地輸入溫度為 65?F/18.34?C 的空氣，這降低了可觀的冷卻能源費用。
氣流控制方案還有一個好處，那就是可防止服務器因熱廢氣而熱關機，因此可靠性能得到增強。該解決方案還能提高靈活性，使設備運營商能有更大的自由度來設置服務器機架，以便更好地滿足需求，而不是古板地排成線，按熱 / 冷通道要求統一排成行。
3.采用空調節能器
盡管大多數數據中心仍然依靠機房空調，但它占用寶貴的使用面積、維護成本高且是一個相當大的能量消耗源。因此，MTDC 擁有者越來越愿意部署較小的機房空調，要么完全取消它，要么只將它用作更高效節能的冷卻技術，例如空調節能器的備份。
有兩種基本的空調節能器：
●水輔助空調節能器利用寒帶室外溫度，來冷卻液體冷卻系統中閉環冷卻中的液體。
●空氣輔助空調節能器將數據中心中的服務器的熱廢氣抽出，同時泵入室外自然冷空氣。空氣輔助空調節能器將數據中心中的服務器的熱廢氣抽出，同時泵入室外自然冷空氣。盡管往往其在北緯、寒冷期使用效果很好。根據很多專家研究表明，其至少在部 分時日甚至在溫暖的氣候，也是一個現實的選擇。
MTDC 采用何種空調節能器需基于一些變量，比如其所處位置以及是否采取液體冷卻，但幾乎每個 MTDC 均會從空調節能器提供的“自然冷卻”中受益。
案例研究 Hurricane Electric Internet Services
Hurricane Electric Internet Services 總部設在加利福尼亞州佛利蒙市， 是一家 主 機 托 管 零 售 提 供 商，其 在 舊 金 山 灣 共設有三家 MTDC。按互聯網連接數來衡量，其運營的是世界上最大的 IPv6 骨干網以及全球 10 大 IPv4 骨干網之一。上述 Hurricane Electric 的經驗以及所采用的能效策略體現了哪些最佳做法對 MTDC 供應商的盈利能力、可靠性及靈活性的影響有多么的大。
處境
與很多其它 MTDC 擁有者不同，Hurricane Electric 是使用自有資金創立的企業，沒有吸收第三方風險投資資金。因此，他比其競爭者更需要盡可能地提高運營效率。另外，作為零售商，該公司交易的客戶群有小規模的新建公司也有成規模的云計算巨頭。這些公司同樣地都有各種容量需求。為此，Hurricane Electric 必須對小負載、大負載及介于兩者之間的任何負載均需保持較高的節能效率。此外，像所有的 MTDC 一樣，為必須保持不間斷可用性，其必須這樣做。
結果
在 正 常 運 行 中， 安 裝 多 模 式 UPS 能 夠 使 Hurricane Electric 將UPS 負載提高到 60%，UPS 節能效率提高到 99% 以上。由于這些改進，該公司的對冷卻需求在一定程度上得到大幅降低，從而使其能夠經常使用其全新的空調節能器系統。
另外，由于其選擇了模塊化多模式 UPS，可使其在維護期間不需將其下游設備下線。這些收益的最終結果是降低了故障平均間隔時間、可量化的節約及更加穩固的底線。
結論
在市場中競爭并贏得競爭，對于MTDC服務來說是不容易的，但是對于始終將提高效率作為要務的MTDC運營商來說，照樣可獲得堅實的穩定的利潤。特別是如Hurricane Electric Internet Services的經驗所表明的，采用新的高效率的UPS、空氣控制方案及空調調節器，可使MTDC擁有者在提高可靠性和靈活性時，降低能源浪費、減輕冷卻負擔。因此，想要在長期的經營中，取得成功的MTDC供應商，應該與能源系統及冷卻設備供應商對所處環境，按本文所述共同研究出適合的、最佳的節能方法。
關于伊頓
伊頓公司的電氣業務在配電及線路保護、備用電源保護、控制與自動化、雷電保護及安全、結構解決方案及配線、惡劣危險環境解決方案及工程服務領域處于全球領先地位。Eaton? 通過其全球解決方案確立地位，來應對當今最關鍵的電力管理方面的挑戰。
伊頓是一家全球領先的動力管理公司，2013年銷售額達220億美元。伊頓致力于提供各種節能高效的解決方案，以幫助客戶更有效、更安全、更具可持續性地管理電力、流體動力和機械動力。伊頓在全球擁有約10.1萬名員工，產品銷往超過175個國家和地區。如需更多信息，敬請訪問公司中文網站 www.eaton.com.cn/pq。
關于作者
Ed Spears 是伊頓公司在北卡萊羅納州羅莉市電能質量解決方案機構的產品經理。作為從事電力系統行業 30 年的資深人士，他在 UPS 系統檢測、銷售、應用工程設計及培訓等方面具備經驗，另外還曾參與電信、數據中心、有線電視、公共寬帶網絡的電能質量工程及市場營銷方面的工作。通過 [email protected] 可與他取得聯系。
Benny Ng 是 Hurricane Electric Internet Services 的基礎設施總監。Hurricane Electric 在加利福尼亞蒙特利市擁有其自己的全球 IPv4 和 IPv6 網絡，根據網絡接入數，它被認為是全球最大的 IPv6 骨干網。Ng 具有可持續建造顧問一級資質和二級建筑運營證，監管該公司的蒙特利市的數據中心建設。他在 Hurricane Electric 的工作年限已超過 16 年。
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