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技術專文

或增大風量之浪費。
表三、Google 彰濱廠及台積電 Row cooler、Intel 電腦機房空調說明 圖廿一、UPS 轉換效率─負載率越低整機效率越低
– 提高冰水送水溫度及機房溫度設
Class Google TSMC CCD room Intel Server room UPS Efficiency Comparison by Type and Operating Mode 定： 依 據 ASHRAE 建 議 調 高 環
100%
境設定溫度至 20~25℃，相對濕
99%
空調方式 度 60%，降低冰水之消耗。
Rack/Rack AHU Rack/Rack AHU
98%
– 變頻器應用：使用變頻冰水主機、
Ceiling
Rack Rack 97%
RCU RCU 變頻冰水泵、變頻風扇、變頻冷
Raise Floor 96%
CHWR 95% 卻水泵、變頻冷卻水塔。
CHWS Efficiency
CHWS CHWR CHWS CHWR 94% – 使用自然冷卻，通風，在焓值較
低時引進，供應機房空調使用，
發熱功率密度 95kW/Rack (Est.) 12kW/Rack 15~30kW/Rack 93%
改善能源效率。
92% Standard Double Conversion UPS, Eco-mode On
室內操作條件 溫度：<27°C 溫度：18-26°C 溫度：25°C TGG WP16 Double Conversion UPS
相對濕度：20-80% 相對濕度：≦60% 相對濕度：20-80% 91% Standard Double Conversion UPS – 空氣側、水側設置節能裝置
冰水溫度 冰水供水：21.1°C 冰水供水：5°C N/A 90% (Economizer)、提高回水溫度。
冰水回水：36.1°C (∆T=15°C) 冰水回水：13°C (∆T=8°C) 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%
– 機房廢熱回收，回收熱氣做成熱
Load
冰機耗能 0.354kW/RT 0.63kW/RT N/A
水供應健身房淋浴、廚房熱水及
說明 高溫差：冰水流量低，泵送耗能低。 低溫差：冰水流量高，泵送耗能高。 N/A 冬天水龍頭熱水使用。
冰水機耗能低。 冰水機耗能高。
– 避免超量設計及主機台數設計。
可省 98 萬，Delta 離線式一年可省 設備。依照目前瑞士 Green Data
66 萬，若是半載狀況下，Eaton 在 Center 供應商在蘇黎世測試的一個 – 將未使用之機櫃予以密封，避免
2
附屬系統）分為四個等級，分別 線式一年需多花 21 萬，Delta 在線 1,100m 的電腦機房，其獲得直流 氣流短循環。
表四、電腦機房各等級比較 [18]
是：Tier I 沒有多餘備援機機制組 式一年需多花 31 萬，以效能來講， 供電效益有： – 最佳化電力系統供應，使用高效
成的系統（提供 99.671% 穩定性） Eaton 可節省之電費較 Delta 為多。 率之變壓器（98% 以上）及避
Number of delivery paths Tier I Tier II Tier III Tier IV – 10% 能源效益之改善（不含減
Only 1 Only 1 1 active 2 active 到 Tier IV 有充足備援元件（能夠故 免 UPS 過量設計，提高 UPS 負
1 passive 少之冷卻需求）。
障容錯）和實現不停電維修的系統 載率。
直流 (DC) 供電之可行性
（提供 99.995% 穩定性）。其備 – 15% 電力供應系統之元件投資。
Redundant components N N+1 N+1 2 (N+1) or S+S 傳統的 UPS 設計架構，從市電通 – 空間足夠時將廠務設施與機櫃分
援方式彙整如 表四。 – 減少電力供應系統之元件，需要
過 UPS 設備，經變壓後送至配電櫃 離，可達最大坪效之使用。
Utility voltage 208,480 208,480 12-15kV 12-15kV 的機房空間可縮減 25%。
不斷電系統 (Uninterruptible Power
(Power Distribution Cabinet，PDC)
Annual IT downtime due to site 28.8 hours 22.0 hours 1.6 hours 0.4 hours Supply, UPS) 是維持電腦機房運作 以台積電某廠高密度電腦機房為
分配電力需求，最後輸送給 IT 設備 – 無諧波之產生，運轉更安全。
的一大核心，當電源供應有異常時 例， 分 析 Row cooler 及 CRAC 之
Site availability 99.671% 99.749% 99.982% 99.995% 的過程中，至少需要經過三次交 /
（壓降或斷電），可由 UPS 提供 目前之再生能源─太陽光電發電系 冷卻效益：
資料來源：The Uptime Institute 直流轉換。包括交流 (AC) UPS 的 統產出之電力亦為直流電，若由其
短暫的供電，避免機房功能喪失。
兩次交直流 (AC/DC) 轉 換、 伺 服 直接供電給電腦機房將可減少更多 6 間機房之耗電量為 4.25MW，
因其必須涵蓋所有電腦機櫃的用
器中電源供應單元 (Power Supply 之轉換損失。 UPS 發熱量因設置在外部，不考慮
電量，甚至為 2 倍容量，以提供
表五、Eaton 825 kVA 及 Delta 500 kVA UPS 比較 Unit) 的 AC/DC 轉換以及 PDU 的 其發熱量，需要 5.6kW 之 CRAC
2~10 分鐘之用電需求；UPS 可分
降壓變壓器，所產生的能源轉換損 53 台或 3kW Row cooler 100 台。
為在線式 (On-line)、離線式 (Off-line
UPS型式 模式 效率 年耗電 換算成825 kVA 年電費 差距% 失大約在 10%-20% 之間。都讓整 因冰水為冰機房提供，其耗能相
電費 年耗電電費 差距 或 eco mode) 及在線互動式 (Line
個交流供電的效率低落。採用高效 當，以耗電量及設置費用比較，
interactive)，一般 UPS 其整機滿載 率的 UPS 設備雖然有助於改善， 節能手法應用 100 台 3kW Row cooler 設置費用
Eaton 825 kVA 全載在線式 94.0% 19,387,557 19,387,557 － － 效率大約在 92%~96%，半載時效
p.f.=0.9 率較低，減少約 2.5~6.5%，離線 但成效仍不佳。低壓直流 (LV DC) 為 4,500 萬，一年運轉費用為 263
全載離線式 99.0% 18,408,388 18,408,388 -979,170 -5.1% 因傳輸距離及壓降問題，近來較可 電腦機房之機櫃用電越來越高，耗 萬，CRAC 設置費用為 1,325 萬，
式效率因平時不經過交直流轉換，
半載 93.0% 19,596,026 19,596,026 208,468 1.1% 行採用的是高壓直流 (HV DC) 供 電量也持續成長，可採用的節能方 一年運轉費用為 260 萬；每年運
當偵測到壓降或斷電時，在 4ms 內
電，高壓直流供電除了減少能源消 式有： 轉費用幾乎相近，雖然 Row cooler
Delta 500 kVA 全載在線式 92.5% 10,606,703 19,701,950 314,393 1.6% 進行切換，改由電池供電，可增加
p.f.=0.8 耗之外，設備佔地面積、UPS 檢修 設置費用高出 3,175 萬，假設空調
全載離線式 97.3% 10,083,453 18,730,014 -657,543 -3.4% 4~5% 能源利用率，目前工廠生產 成本以及纜線成本都能顯著降低， – 進行動態 PUE 量測：藉由量測 機設置在電腦機房內，Row cooler
機台之 UPS 均已經過測試，離線式 能源消耗及 PUE 監測了解機房 2
半載 92.8% 10,572,414 19,638,259 250,701 1.3% 另外，由於轉換的節點變少，架構 面 積（ 每 間 24m ） 較 CRAC（ 每
可在電力壓降時維持其正常運作。 能源性能與效率，並隨時進行調 2
更為簡單後，反而讓 UPS 的可靠 間 38m ）減少 58%，將若能將空
整。
以台積電常用之 Eaton 825 kVA 度提升一倍。但是要確實達到直流 調設施移出機房外，以廠房建置費
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範、可靠度等級、環境考量，是第 念、系統架構與技術指標。 及 Delta 500 kVA UPS 比 較， 換 供電，除了架構面之外，設備的支 – 氣流監控：良好氣流管理是機房 用每 m 約 3 萬元，提供 228m （費
一個電腦機房的技術規範標準，它 TIA-942 提出相對應的廠務基礎設 算成相同之 825 kVA，以全載在線 援也不可少，目前已有相當多的廠 節能的基本，冷熱通道隔離減少 用 684 萬），原本空間可設置更多
為現代機房工程提出了新的設計理 施（電源配置、冷暖空調、及其他 式為基準，Eaton 離線式一年電費 家設計出可支援 380V HV DC 的 混風，避免熱點發生及溫度調低 之機櫃，CRAC 供風方式將可減少
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