電腦機房節能設計

2007 年 Google 點出個人電腦 power supply 浪費太多能源，2008 年市售個人電腦電源供應器耗能已有改善。

電腦機房節能設計

一般電腦機房最耗電的是空調，大約佔 55%。其次是透過 UPS 供電的電腦、網路設備，大約佔 35%。照明及其它，大約佔 10%。不同建築冬季、夏季負載差異可從 10% 到 30%。電腦機房要節能，空調、機器、UPS、照明、建築設計都要改善。

區網級國立大學計算機網路中心大約有 500~600 台個人電腦、PC 級伺服器、半機櫃高的網路設備 20~30 台，200 頓冷氣、冰水機，50個服務人員，25 間辦公室，一個月大約用80000度冷氣、60000度 UPS、10000 度照明及其它。電算中心節能，相對於國立大學用電總量，省不了多少，但學生宿舍、教師實驗室、學校辦公室，個人電腦數以萬計，理工科為主的國立大學，兩三萬台不稀奇，節能規劃省電極為可觀。大學節能有示範作用。大學不買節能電腦，廠商不會生產節能電腦，個人家庭有心也買不到節能電腦。

家用大型冰箱大約一天用電 3 度。一台三年前買的 P4 單核桌上型個人電腦，不關機，只關螢幕，一天也要用電 3 度電。一台今年買的雙 CPU 四核個人電腦，不關機不啟動 power saving mode，一天要用電 6 度。一般家庭注意冷氣、冰箱、照明耗電，但常常忽略電腦。國內電腦機房鮮少考慮節能，改善空間很大。
國產 UPS 在滿載負載平衡時效率為 0.8，35% 的 UPS 耗電大約僅提供 28% 的設備負載。粗估電腦、網路設備每耗 1 度電，UPS 需要用 1.25 度電，空調需要另外的 2 度電來散熱。電腦機房裡的電信級傳輸設備使用 48V UPS，兩層 UPS 效率 0.8 再乘 0.8，設備每耗 1 度電，兩層 UPS 功率損耗，再加上空調，共需使用 4 度電。

空調要節能，最根本的是建築設計。機房隔間，挑高設計，有助於提高空間使用率，有助於溫濕度穩定，正方形機房比長條形機房節省空調。低樓層比高樓層節省空調。辦公區在四週，溫度最高。個人電腦在中間，溫度稍低。伺服器在內層，溫度較低。超級電腦在最核心，溫度最低。規劃具層次的機房，可以把人員進出，外界季節溫度變化，影響降到最低。

冷氣耗電最多，EER 高低與省電與否並無必然關係，適當規模的冷卻系統規劃，可以適應冬季夏季不同需求，適應三五年短期業務擴充即可，不需過度規劃，浪費能源。離心式壓縮機 EER 值高，但若未規劃冰水儲存系統，離心機單位頓數高達 4~500 頓，全年二十四小時離峰負載最要高達 2000 頓以上才適合離心式壓縮機壓縮機，需要搭配小型系統才能適應負載變化而節能。冷卻水馬達過大，冷卻水管徑過大，冷卻循環系統預留過多的擴充性，是冷氣耗費能源第二大因素。

台灣濕度高，需要考慮溫度低冷氣不運轉時系統除濕功能，台灣氣候加濕、恆溫、恆濕功能需求不大，若非必要，不必建置，建置也不需啟動，恆濕是耗費能源第三大因素。除濕靠冷氣，過冷靠暖氣，加濕靠煮水搭配冷氣降溫。若購置恆溫、恆濕冷氣，一定要設搭配逆滲透設備製造純水供應衡濕冷氣加濕所需。翡翠水庫供水區自來水硬度低，台灣其它地區自來水硬度偏高，水冷式冷卻水需要添加除藻藥劑、軟化劑，還要定時清洗。每年夏季負載會提升，要提前做冷氣機、冰水機熱交換系統清洗，才不會因負載突升而故障。設計冷卻水系統時，水塔要有清洗迴路，冷氣也要有清洗迴路。

大噸數變頻冷氣很少，小頓數機器效率不高，多台小冷氣，小冰水機，可以組構成簡易型變動負載冷氣、冰水機系統，比一台大型固定輸出的冷氣、冰水機更穩定，更節省能源。散熱水塔送水馬達，冰水送水馬達，長時間持續運轉，應該使用變頻馬達，避免過度規劃管徑，過度規劃馬力，過度規劃流量。這是冷卻系統最容易改善浪費能源的地方。

通常 20T 冷氣原廠建議使用 2 吋水管，30T冷氣建議使用 2.5 吋水管，習慣上大多規劃使用三吋管到冷氣機前縮到 2吋管加閥控制水壓，預留擴充性及因未清洗冷卻水系統導致水管部分阻塞仍可運轉的能力。冷氣廠商建議流量3~4kg/cm2，達到即可。要勤於清洗管路，勤於檢測，使用變頻冷卻水送水馬達，搭配電磁閥控制冷卻水開關，或開關冷氣時搭配手動開關冷卻水。

購置機器時要實際測量電腦二十四小時的負載與 CPU 散熱，使用具記錄功能的插座監測迴路負載最便宜。購買一台 plug in power monitor 支援 50/60Hz、 80V~250V、15A、3750VA，網路售價不超過 NT$1500，可以適應自己環境，確切測量自己的瞬間需求與長時間耗能記錄。現今主流電腦雙 CPU、四 CPU 主機板盛行，雙核、四核 CPU 也很普遍，CPU 頻率越做越高，電壓也越來越高，大多數情況 CPU 運算能力綽綽有餘，CPU 品牌Intel、AMD 等都支援節能、降頻、降壓功能，Windows、UNIX、MAC、Solaris 等作業系統也都支援省電功能，管理者要注意除筆記電腦外，大多數作業系統不會主動啟動省電設定，系統管理者要找出對自己應用最適當的省電設定，也就是說目前作業系統還無法自動判定最佳節能設定。

非長時間滿載應用，應考慮使用 Vmware 之類的 Virtual machine，多台電腦應用併成一台，提高尖鋒負載能力，降低電力總消耗。若有大量運算需求需求，經費亦可負擔時，可考慮使用刀鋒伺服器 Blade server，該等級伺服器大批電腦共用多組智慧型高效能電源供應器，可視負載機動調整電源供應器啟動台數，每一台啟動的電源供應器都維持在高耗能高效率的滿載狀態。

非長時間高負載重要服務，應評估啟動作業系統 CPU節能設定，啟動 CPU 節能，現在主流 Intel server 用 2G、2.4G、3G 時脈，最佳狀況可以降頻到 CPU 1/8 的時脈，CPU 可以降到 1/8 負載，一般 server 不會啟動硬碟省電休眠，加上server 其它耗電，一般應用可以節省三到五成電力。按 Goggle 2007 年對各種品牌 PC 電源供應器測試效率僅有 0.5 左右，PC Server 電源供應器效率可達 0.7 左右，Google 2007 年使用自己設計的 server，使用訂製的高效率電源供應器，效率可以提高到 0.93，但定做的 Google 電源供應器製造成本貴要 US$ 30。對利潤微薄的個人電腦製造廠商而言 US$ 30 是天文數字。尤其佔大宗的個人電腦並非全時間開機，與長時間不關機之伺服器，UPS、空調散熱考慮不同。電腦機房都有 UPS，都有空調，多花 US$30 選用高效率的電源供應器絕對有必要。目前除實際測試外，選購通過 80 plus認證(負載 20%、50%、100% 115V 230V效率都在 0.8 以上)適當大小的電源供應器，可以參考。電腦廠商只介意成本，買家自己要為能源效率負責。

電腦電源供應器效率高低，CPU 效率高低，是機房主要熱源，購買設備時需要計算清楚，設備三年、五年使用期，總耗電量與總發熱要與購置價格一起計算成本。一台 1U PC server 若多用 40W 電力，一天要多用一度電，三年要多用 1000 度電，加上 UPS 功率損耗，發出熱量需要冷卻系統，真實負載會增加為三倍，三年要多用 3000 度電，先不計算冷卻系統、UPS 不斷電系統因增加負載必須分擔的購置維運、維修成本，3000 度電，以營業用電計算要一萬五千元，以學校用電計算要七千元。

考慮配電電線線徑及傳送損耗，考慮電腦、網路設備電源供應器效率，電腦機櫃電源配置應以 220V 為主，110V 為輔。只要機器可以選用 110V/220V 時，應優先選用 220V 以節省能源，穩定服務，降低佈線成本。

規劃上吹式空調，還是下吹式空調，還是機櫃冰水直接冷卻，要看機器密度與發熱狀況。通常低密度、低發熱，規劃上吹式冷氣較適合。中等密度與發熱，規劃下吹式冷氣較適合。高密度與高發熱，規劃機櫃冰水冷卻較適合。不論採用上吹或下吹式冷氣電腦網路線(twist pair、cable、fiber)應該高架，電源線應該走地板下，冷卻水管應該在地板上面，沿牆壁四週。考量因素為降低訊號干擾，下吹式冷氣地板下送風通暢才節能，冷卻水管維修便利。

UPS 效率通常在 0.8~0.9，0.8~0.9 高效率要在負載平衡、滿載情況下才能達到的理想值。大型 UPS 容量在 1000KVA 左右，以三十年壽命計算搭搭配效率計算成本。中型 UPS 容量在100KVA 左右，以十年壽命搭配效率計算成本。小型 UPS 在 10KVA 左右，以三年壽命搭配效率計算成本。個人 UPS 容量在1 KVA 左右，以一年壽命期搭配效率計算成本。UPS 購置成本應計算電力消耗效率。UPS 最容易疏忽的是三相負載平衡、三個迴路負載平衡。當負載不平衡時，穩壓效果比負載平衡時差。當負載不平衡時，功率損耗比負載平衡時大。購置負載配置 PDU(power distribution unit)，可以輕易調整迴路負載。也可透過定期量測負載，重整電路，改善迴路負載平衡，省下購置 PDU 費用。若建制雙迴路備援 UPS 雙迴路供電，電腦配置雙電源供應器，搭配 PDU 可以不斷電調整三相負載。

現場操作電腦、網路設備，機房要明亮，其它時間需要穩定的低度照明，提供給監視系統使用。機房兩種照明需求要分開設計。監視照明是全區、全時段、低度照明，專供監視系統使用。工作照明是分區開關，高度照明。設計照明時要考慮發熱空調損耗。電腦機房照明除電腦教室外，並非長時間需要照明。選用 T4 燈管T5 燈管，不能只看購置成本與電費，豪要考慮使用便利性、維運便利性、維護成本。

節能設計要精算成本，立即更換設備，還是更新設備時使用節能規範，視環境而定。許多辦公大樓白天冷氣凍的要死，下班後冷氣全關要開窗透氣，不必檢視就可以猜測使用高 EER 的大頓數離心式壓縮機，浪費能源極為嚴重。我們也看到很多家庭臥室繼續使用耗能又不舒適的窗型冷氣機，因為窗型冷氣機沒壞，捨不得更換成節能的變頻冷氣。臥室冷氣一天開十小時，一年開六個月，三年省下的電費，可以補回冷氣購買差價。長年開機的 PC server 節能規劃能省多少，一天開機開機十六小時的電腦教室節能規劃能省多少，宿舍、實驗室、辦公室裡永不關機的個人電腦節能規劃能省多少，都需要精算，做適當的改善規畫。撇開節能可以省錢不談，節能還可以降低電子設備故的故障。地球只有一個，節約能原人人有責。

電算中心電腦數量僅佔全學校電腦 2% 左右，電腦中心節能做得再好，僅有宣導意義，實質效果不大。學校電腦 95% 來自中央機關共同供應聯合採購合約，若能修改電源供應器規範為 80 plus，可以影響全國公務電腦採購，督促廠商生產高效能電源供應器，為全球節能盡力。數位家庭、一般辦公室不像電腦機房需要全時段空調散熱，對家庭、一般辦公室電腦節比電算中心節能更重要。目前常用個人電腦作業系統除筆記電腦外，OS default 設定應均未啟動節能設定，若能修改 OS default 設定為節能，立刻可以節省大量能源。高耗能設備應該強制建立 power monitor 監控設備瞬間耗電、記錄累計耗電，讓使用者知道如何設定，可以能節能，讓設備生產者願意提高生產成本生產高效率電源供應器，拉高一點售價，節省更多的售後電力消耗。