電力見える化によるサーバ室の電力分析
杉浦徳宏

三重大学 総合情報処理センター
sugiura@cc.mie-u.ac.jp
概要：三重大学総合情報処理センターでは、2012 年 4 月から電力見える化システムを導入し、全関係個所の電力計測を行い、消費電力削減に取り組んでいる。本稿では、特に主サーバ室について、IT機器による消費電力量と空調の消費電力量の関係について PUE や COP を用いて調査分析を行った。
また、これらをもとに空調電力の削減に成功したので、報告する。

職員用の居室等を保有している。主サーバ室には、

1はじめにインターネット及びキャンパスネットワーク用の昨今、省電力化の要求はますます高まっていスイッチ群と多数のサーバを収容している。主サる。東日本大震災以降、電力単価は上がり続けており、環境の観点よりも、電気代削減のために消費電力削減取り組まなければならない差し迫ったーバ室の最大ピーク電力は、2014 年 7 月で約22[kW]である。
また、キャンパス内の別棟に、PC 教室２室(全状況になっている。また、近年構築されるように173 台)、サーバ室の分室１室がある。さらに、市なった高効率データセンターでは、PUE[1]を公内別キャンパスにサーバ室の分室１室がある。以表している場合が多くみられるようになった。

上が、当センターの管理管轄すなわち電気代を負PUE は、The Green Grid[2]が提唱するデータセ担している部分となり、今回の電力見える化の対ンターの全消費電力量と純粋に IT 機器が消費す象範囲である。尚、教育用端末については、図書る電力量の比を定式化したもので、データセンタ館等への設置分があるが、電気代が設置場所負担

ーのエネルギー効率を表す指標である。となっているため、対象範囲とはしなかった。

さて、電力削減に取り組むためには、継続的な電力計測を行い、電力の使用状況を随時把握で2.2 電力見える化システムの全体概要きるよう、いわゆる「電力見える化」を行う必要

本システムでは、電力計測用にパナソニック社がある。そこで、三重大学総合情報処理センター

製のネットワーク対応の電力計測機器「エネルギでは、2012 年 4 月に電力見える化システムを導入

ーモニター」シリーズを使用した。また、「見えるし、全関係個所の電力見える化を開始した。また、化」部分は市販のシステム等を購入せず、手製ス

特にサーバ室については、他箇所よりも詳細な電クリプトにより MRTG に組み組んでグラフ化を力計測を行い、また、効率評価のため温湿度や外行った。一般に電力見える化システムにおいては、気温の計測も行っている。この取り組みにおいて、電力計測機器よりも「見える化」部分に多くの費

主サーバ室のエアコンが効率的な運転を行ってい用がかかっているため、電力計測機器のみに抑えない場合があることを発見し、改善に取り組んだ

ることで安価な導入が可能である。尚、電力計測結果、消費電力削減に成功した。以下では、導入点は、全体で 36 点である。

した電力見える化システムの詳細と運用及び分析について主サーバ室を中心に詳解する。

2

電力見える化システム

2.1 導入範囲

3 主サーバ室の電力計測方法
電力計測は、分電盤内にカレントトランスと呼ばれる電流センサを取り付けることで行われる。
まず、分電盤には２種類あり、電灯用と動力用に分けられる。電灯用は、一般家庭用の電力引き込

三重大学総合情報処理センターは、棟内に主みと同じく単相三線式で相接続の方法によりサーバ室と PC 教室３室(全 124 台)、事務室、教100V と 200V を同時に取り出すことができる。

IT 機器類(100V, 200V)や、照明(200V)は通常こちできる。主サーバ室内の室温については、26℃をらに接続される。動力用は、三相三線式の 200V維持するよう適宜調整している。

を分電供給する。通常、空調機等に用いられる。
主サーバ室の場合、電灯用分電盤が４機、動力用分電盤が１機である。分電盤は、上流の電気室に接続される主幹ブレーカ(50～250A)と、下流に分配する 15A～30A 程度の分岐ブレーカで構成され4.2 エネルギー効率指標
本稿では、エネルギー効率指標として PUE とCOP を定義し用いる。

る。分電盤全体の電力計測を行うには、主幹ブレ(1)PUE (Power Usage Effectiveness)
PUE は 、 PUE: A Comprehensiveーカで一括で計測を行うか、すべての分岐ブレーExamination of the Metric [1] によると、カ単位で計測し、ソフトウェアによって合算処理PUE = データセンターの総消費エネルギー／することになる。分岐ブレーカ単位で計測すれば、IT 機器の総消費エネルギーより詳細なデータ採取が可能となるが、分岐ブレと定義される。厳密な PUE を計測することは設ーカは分電盤あたり数十個程度あるため、計測点備的に困難な場合も多いため[3]、PUE の算出や評数が非常に多くなり導入費用が増大することとな

価にあたっては、各値の算出条件を明確にしておる。このため、主サーバ室の場合には、電灯用分く必要がある。本稿では、電盤は基本的に主幹ブレーカで計測することとし、分岐ブレーカについては主サーバ室外への電力供給を行っていた一点のみ、減算処理するため計測することとした。また、動力用分電盤は、３つのP1 = IT 機器の総消費電力量
P2 = 空調機器の総消費電力量とし、PUE = (P1 + P2)／P1

分岐ブレーカがあり、それぞれ別系統のエアコンと定義する。厳密な PUE との違いでは、照明やへ電力供給を行っているため、分岐ブレーカ単位入退室管理用電力が考慮されていないこと、UPSで計測することとした。の消費電力（損失）が IT 機器側に含まれているこ

PUE や COP 算出の際に必要となる IT 機器のとがあげられる。尚、照明は常時消灯し、入退室総消費電力量は、４機の電灯用分電盤の電力量をについても最小限に抑える運用を行っているため、ソフトウェアにより合算することによって求める。

影響は軽微であると考えられる。

同様に、空調の総消費電力量は、動力量分電盤の空調機器の消費電力は外気温と密接な関係が３つの分岐ブレーカの電力量の合算によって求めあるため、PUE は外気温により大幅に変動する。

る。尚、主サーバ室の空調機は、３系統の一般オ

従って、一般的には１年間の平均を求め、PUE とフィス用エアコンのみで調湿器はない。また、後している[3]。本稿では、年間だけでなく月次の指述するサーキュレータについては、電灯系への接標としても用いる。PUE は、値が小さいほどエ続となるため、IT 機器の一部として計測されてネルギー効率が高いことを意味し、最小値(最良値)いる。

が 1.0 である。

4 エネルギー効率指標(2)COP (Coefficient of Performance)
COP は、本来 JIS B 8616 に定められた空調機

4.1 計測条件の能力を示す成績係数で、COP = 冷房能力／消費電力

本分析のおいての諸条件は次のとおりである。と定義される。本稿では、COP を主サーバ室全体

外気温については、主サーバ室付近の屋外においの総合的な空調能力の評価指標として用いることても計測を行っているが、簡易的な計測機で誤差とし、単純にがあるため、津地方気象台のデータを採用した。

COP = P1／P2

尚、主サーバ室から津地方気象台までは直線距離と定義する。COP は、値が大きいほどエネルギーで約 1km であり、同一の環境条件とみなすことが効率が高いとことを示す。

35120003010000

258000206000

154000102000

502012/4

外気温[℃]

消費電力量[KWh]

14000

空調
IT機器
外気温

02012/102013/52013/112014/6

図 1 消費電力量と外気温の変化
この定式化では、空調の冷房能力は内部発生熱含まれていないため、エアコン単体の能力の評価値としては不適切である。IT 機器の消費電力が一定の場合でも、外気温が高い場合には、COP はエアコン装置が持つ COP よりも小さくなり、外気温が低い場合には、大きくなることになる。室内への流入出熱量と外気温との関係及び、外気温と3530252015COP
外気温105外気温[℃]

であり、外部からの流入熱量に対する仕事が全く

5.00
4.50
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00

COP量である IT 機器の消費電力と等しいという前提

0

エアコン装置の運転効率との関係については、定式化したいと考えており、今後の課題とする。

図 2 2013 年 7 月の COP と外気温

図 1 に、2012 年 4 月から 2014 年 8 月までの各月の IT 機器と空調の消費電力量と外気温の関係を示す。IT 機器の消費電力が減少傾向にあるが、これは、物理サーバから仮想サーバへと移行を進めたことで、物理サーバ数が減少しているためである。また、空調の消費電力は、IT 機器の消費電力と外気温に大きく依存して変動していることが

5.00
4.50
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00

3530
2520

COP

5.1 年間の総消費電力量

1510COP
外気温読み取れる。しかし、どの程度効率的であるかは非常にわかりにくい。
そこで、前述の PUE や COPといった評価指標を用いることになる。
表 1 に、2012 年度及び 2013 年度の各消費電力と年間の PUE を示す。尚、後述する改善効果を明確にするため、年度の期間は当年 9 月から翌年8 月までの１年間とする。

図 3 2014 年 7 月の COP と外気温

50

外気温[℃]

5 分析結果と改善効果

表 1 年間総消費電力量と PUE100%近くなっている系統がある場合には、空調全IT 機器の空調の体としての運転効率は大きく低下することになる。

総消費電

総消費電

年間

尚、この状況においても室温は問題なく維持され力量

力量

PUEているため、運転の偏りに気づくことは大変困難

[kWh]

[kWh]

2012 年度

147,150

35,5071.24のエアコンの電力を個別に計測し、常時監視する

2013 年度

131,878

24,0341.18

ことで、この問題の発見することができたといえである。電力見える化システムを導入し、３系統る。
年間 PUE の値は非常に小さく、最新の高効率

さて、2013 年 7 月末にこの問題が発見された

データセンターに近い値となっているが、算出条ことで、翌 8 月から３系統のエアコンが均等に負件が違うため、絶対値としての評価には注意が必

荷分散して運転されるよう試行錯誤しながら改善要である。本稿では、専ら電力効率改善の指標とを行った。具体的には、３系統のエアコンの設定して、相対評価するために用いる。

温度、風量、風向の調整を行った。次に、サーキ
ュレータを６台設置し、主サーバ室内の冷気と暖5.2 空調運転効率の問題の発見と改善気を考慮して積極的な導風を行った。しかし、時

図 2 に、2013 年 7 月の日ごとの外気温と COPの関係を示す。この期間、IT 機器の消費電力にほぼ変化はないため、7/6～16 の間、著しく空調の消費電力が増大し、運転効率が落ちていることが折、偏り運転が発生するため、安定した状況になるまで３週間程度の試行錯誤を要した。

5.3 改善効果わかる。原因を調査したところ、３系統あるエア

図 3 に、１年後の 2014 年 7 月の日ごとの外気コンが、均等に負荷分散して運転しておらず、１温と COP の関係を示す。図 2 との比較により、もしくは２系統に大きく偏っていたことが判明し2014 年 7 月においては、全体的に COP が高く、た。この３系統のエアコンは、完全に独立したシ偏り運転の発生頻度も抑えられていることがわかステムとなっているため、こうした偏り運転が発る。尚、偏り運転が発生した場合には、手動にて生する場合がある。また、エアコンは能力の 50～調整を行っているため、土日や夜間の場合には対70%を超えると運転効率が低下し、100%運転時で応できない。従って、偏り運転を完全には排除では著しく運転効率が下がるという運転効率特性ときておらず、自動調整等を今後の課題として検討なっている。従って、偏り運転によって負荷がしていきたい。

1.45

1.40
1.35
PUE

1.3035.0

PUE(2012)

30.0

PUE(2013)
外気温(2012)25.0

外気温(2013)
20.0

1.25
1.2015.0

1.1510.0

1.105.0

1.05
1.000.0
9月 10月 11月 12月 1月

2月

3月

4月

5月

6月

7月

図 4 2012 年度と 2013 年度の月間 PUE と外気温

8月

気温[℃]

1.50図 4 に、2012 年度と 2013 年度の同月での PUEの違いを示す。改善策を講じた 2012 年の 9 月以

今後、PUE や COP の外気温との関係を明らかにし、定式化していきたいと考えている。

降、年間を通して PUE は概ね向上していることがわかる。9,10 月では 2012 年度とあまり変わら謝辞ないが、これらの月では 2012 年度の PUE が比較

電力見える化システムの導入と運用にご尽力的小さかったため改善効果が表れなかったと推測いただいた三重大学総合情報処理センター伊藤篤

される。また、冬季に PUE が向上しているのは氏に感謝いたします。

サーキュレータによる撹拌効果によるものと推測される。冬季にはエアコンの運転が抑制されるため、室内にホットスポットが発生しやすかったが、撹拌効果により対流が促進され、室外への熱量流出が大きくなったものと推測している。

参考文献
[1]

TheGreenGrid,
http://www.thegreengrid.org, 2014/10/27 確
認効果については、IT 機器の消費電力自体が約 10%[2] PUE: A Comprehensive Examination of theMetric,
http://www.thegreengrid.org/Global/Content/white-papers/WP49-PUEAComprehensive
ExaminationoftheMetric,2014/10/27 確認

減少しているため、前年度と同程度の消費電力量[3] 日本データセンター協会, PUE 計測・計算方

この結果、前述の表 1 のとおり、年間 PUE は、1.24 から 1.18 へと向上した。
１年間の全消費電力量すなわち電気代の削減に換算して算出する必要がある。そこで COP が一法に関するガイドライン

Ver.2.5 /JDCC

定と仮定し換算を行った場合の電力量削減効果は、

ES-0025.0[%]となった。電気代に換算すると、単価を本

http://www.jdcc.or.jp/facility/index.html,
2014/10/27 確認

学の基準である 19.5[円/kWh]とした場合、約 17万円の削減となる。

5 おわりに
本稿では三重大学総合情報処理センターにて電力見える化システムを導入し、電力計測及び電力削減に取り組み、年間で 5.0%程度、17 万円分の改善に成功したことを報告した。本稿では、主サーバ室について、エネルギー効率の向上による削減分だけを抽出して分析を行ったが、電力削減にとっては根本的に機器数を削減したり、高効率品に変更することが大きく貢献する。2013 年度の主サーバ室における IT 機器の消費電力量は、前年度よりも 10%程度削減されており、これは前述のとおり仮想サーバへの移行により物理サーバを停止したことによるものである。これら全体を削減として評価した場合には、15%の削減を達成していることになる。
電力見える化システムによってエアコンの運転状態が把握できるようになったが、エアコンの設定やサーキュレータの調整など手動になっている部分があり、今後自動化したいと考えている。
また、PUE や COP は外気温に大きく依存しているため、一日の中でも変動していることになる。

Ver.2.5

ダ イ ジ ェ ス ト 版 ,