Data center a datových center HVAC systémy jsou kritické, energie-hlad infrastruktur, které fungují nepřetržitě. Poskytují výpočetní funkce, které jsou životně důležité pro každodenní provoz špičkových ekonomických, vědeckých a technologických organizací po celém světě. Množství energie spotřebované těmito centry se odhaduje na 3% celkové celosvětové spotřeby elektřiny s ročním tempem růstu 4, 4%. Samozřejmě, že to má obrovský ekonomický, environmentální a dopad na výkon, který dělá energetické účinnosti chladicích systémů jedním z hlavních problémů pro datová centra návrháři, před tradiční úvahy o dostupnosti a zabezpečení. Tento článek se bude zabývat standardy datového centra ASHRAE, které korelují s těmito obavami.

ASHRAE datové centrum normy a doprovodné studie také ukazují, že největší spotřebitele energie v typické datové centrum je chladicí infrastruktura (50%), následované servery a paměťová zařízení (26%) . Aby tedy konstruktéři mohli kontrolovat náklady při uspokojování rostoucí poptávky po zařízeních datových center, musí se především zaměřit na chladicí infrastrukturu a její energetickou účinnost; zavedení standardů datového centra ASHRAE.

datové centrum HVAC: jaké standardy dodržovat?

až donedávna to byl náročný úkol vzhledem k tomu, že průmyslové standardy používané k hodnocení energetické účinnosti datových center a serverových zařízení byly nekonzistentní. Pro stanovení řídícího pravidla pro měření energetické účinnosti datového centra HVAC byla v roce 2010 zavedena účinnost využití energie (PUE). Sloužil však spíše jako metrika výkonu než jako konstrukční standard a stále se nezabýval příslušnými konstrukčními komponenty, takže problém přetrvával.

nový standard energetické účinnosti ASHRAE 90.4

To vedlo American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), jedna z hlavních organizací, odpovědných za vypracování pokynů pro různé aspekty navrhování budov, vyvinout nový standard, který by bylo praktičtější pro datová centra průmysl. navržené standardy datového centra ASHRAE, ASHRAE 90.4, se vyvíjejí již několik let a byly publikovány v září 2016 a přinášejí komunitě datových center tolik potřebný standard. Podle ASHRAE, to nové datové centrum HVAC standardní, mimo jiné, „se stanoví minimální požadavky na energetickou účinnost datových center pro návrh a konstrukci pro vytvoření plánu pro provoz a údržbu a pro využití on-site nebo off-site obnovitelných zdrojů energie.“

ashrae datové centrum norem chlazení datového centra model
Data Center Model

Celkově, to nové ASHRAE 90.4 standard obsahuje doporučení pro navrhování, výstavby, provozu a údržby datových center. Tento ASHRAE datových center standard výslovně řeší jedinečné energetické požadavky datových center na rozdíl od standardních budov, tedy integrací více důležité aspekty a rizika spojené s provozem datových center. A na rozdíl od metriky energetické účinnosti PUE jsou výpočty v ASHRAE 90.4 založeny na reprezentativních součástech souvisejících s návrhem. Organizace musí vypočítat efektivitu a ztráty pro různé prvky systémů a kombinovat je do jediného čísla, které musí být stejné nebo menší než zveřejněné maximální hodnoty pro každou klimatickou zónu.

Jak Výpočetní Dynamika Tekutin Může Pomoci v Souladu s ASHRAE 90.4

libovolný počet různých chladicí systém design strategie nebo patra mohou změny mít vliv na výsledky, čímž se mění účinnost, vytváření hotspotů nebo měnit množství infrastruktury potřebné pro navrhování. Computational fluid dynamics (CFD) nabízí metodu hodnocení nových návrhů nebo změn stávajících návrhů před jejich implementací v souladu se standardy datového centra ASHRAE.

naučit Se, jak CFD může pomoci omezit nadměrnou spotřebu energie datových center, systémů a v souladu s ASHRAE 90.4, sledovat tento webinář:

Návrh Strategie pro Snížení Datového Centra Spotřeba Energie

Navrhování nového datového centra zařízení nebo změnit stávající maximalizovat účinnost chlazení může být náročný úkol. Strategie návrhu ke snížení energetické účinnosti datového centra zahrnují:

  • umístění datových center na základě podmínek prostředí (geografická poloha, klima atd.)
  • rozhodnutí o Návrhu na základě topologie infrastruktury (IT infrastruktury a statusové normy)
  • Přizpůsobení nejlepší systém chlazení strategií

Zlepšení chlazení datového centra pro konfiguraci systému je klíčovou příležitost pro HVAC design engineer pro snížení spotřeby energie. Některé z různých strategií chlazení, které konstruktéři a inženýři sledují, aby šetřili energii, jsou:

  • klimatizační zařízení a zařízení pro úpravu vzduchu
    nejběžnější typy jsou klimatizace (AC) nebo computer room air handler (CVOK) jednotky, které foukat studený vzduch v požadovaném směru, aby odstranily horký vzduch z okolí.
  • Horká ulička/studené uličky
    studený vzduch (nebo do uličky) je předán do přední části serverových skříní a horký vzduch vychází ze zadní strany regálů. Hlavním cílem je řídit proudění vzduchu, aby se šetřila energie a snížily se náklady na chlazení. Obrázek níže ukazuje pohyby proudění vzduchu studené a horké uličky v datovém centru.
  • horká ulička/studená ulička kontejnment
    zadržování horkých / studených uliček se provádí hlavně k oddělení studeného a horkého vzduchu v místnosti a odstranění horkého vzduchu ze skříní. Obrázek níže ukazuje detailní proudění vzduchu studené a horké kontejnmentu jednotlivě.

Hot aisle cold aisle containment ASHRAE 90.4

  • chlazení Kapalinou
    Tekuté chladicí systémy poskytují alternativní způsob, jak rozptýlit teplo ze systému. Tento přístup zahrnuje klimatizační jednotky nebo chladiva se studenou vodou v blízkosti zdroje tepla.
  • Zelené chlazení
    Zelené chlazení (nebo volné chlazení) je jedním z udržitelných technologií používaných v datových centrech. To by mohlo zahrnovat jednoduše otevření datového centra okno pokryté filtry a žaluzie, aby se fyzické chladicí techniky. Tento přístup šetří obrovské množství peněz a energie.

identifikace správné kombinace těchto technik chlazení může být náročná. Zde je návod, jak může simulace CFD tento úkol usnadnit.

Případová Studie: Zlepšení Chlazení Datového Centra Systémů

Computational fluid dynamics (CFD) může pomoci HVAC inženýrů a datových center návrháři model virtuální datové centrum a zkoumat teplotu, rychlost proudění vzduchu a tlakové pole v rychlém a efektivním způsobem. Numerická analýza představuje jak 3D vizuální konturování, tak kvantitativní data, která jsou velmi podrobná, ale snadno pochopitelná. Oblasti komplexního recirkulačního toku a hotspotů jsou snadno vizualizovány, aby pomohly identifikovat potenciální konstrukční nedostatky. Implementace různých návrhových rozhodnutí a strategií do virtuálního modelu je relativně jednoduchá a lze ji simulovat paralelně.

Chlazení Datového Centra Systémů: Přehled Projektů

Pro účely této studie jsme použili simulace projektu z SimScale Veřejné Projekty Knihovna, která zkoumá dva různé datové centrum chladicího systému, vzory, jejich účinnost chlazení a spotřebu energie. Může být volně kopírován a používán jakýmkoli uživatelem SimScale.

dva scénáře návrhu jsou uvedeny na obrázku níže:

chlazení datového centra návrh systému srovnání

první design, který budeme uvažovat používá zdvojené podlahy konfigurace, chladicí systém, který je často realizován v datových centrech. Při použití této techniky vstupuje studený vzduch do místnosti přes perforované dlaždice v podlaze a následně ochlazuje stojany serveru. Druhý model navíc používá uzavření horké uličky a sníženou konfiguraci stropu ke zlepšení účinnosti chlazení. Použijeme CFD k předpovědi a porovnání výkonu obou návrhů a určení nejlepší strategie chlazení.

ASHRAE Datové Centrum Normy: CFD Simulace Výsledky

Základní Návrh Chlazení Datového Centra Systému

Jsme zkoumali rozložení teploty a rychlost pole uvnitř serverovny pro obě design konfigurací. Následující obrázky po zpracování ukazují pole rychlosti a teploty pro střední část základní konstrukce. Lze pozorovat, že horký vzduch je přítomen v oblasti studené uličky. To je způsobeno smícháním studených i horkých uliček v okolí datového centra. Maximální rychlost pro tuto základní konstrukci je 0,44 m / s s teplotním rozsahem 28,6 až 49,7 stupňů Celsia.

teplota obrys ukazuje, že zóny mezi oběma server regály jsou mnohem více ochladí ve srovnání s ostatními. Důvody pro to lze pochopit při pohledu na vzorce toku.

To je patrné na obrázku výše, že v server řádky, kde vstupy jsou přítomny, vrchol regály vidí sestupném směru toku, namísto žádoucí, vzestupné proudění z otvorů sebe. To je způsobeno silnými recirkulačními proudy poháněnými tepelnými vztlakovými silami. Tento efekt je velmi nežádoucí, protože snižuje účinnost chlazení speciálně pro horní police serverových regálů. Tento efekt by mohl být minimalizován umožněním správného proudění vzduchu nad stojany, a to buď zvýšením výšky stropu, umístěním více distribuovaných vývodů na strop, nebo použitím nějakého aktivního systému řízení toku (ventilátorů) k nasměrování toku nad stojany serveru. Nebo jednodušeji tím, že zabrání tomu, aby horký vzduch přicházející z regálů volně cirkuloval.

standardy datového centra ashrae

teplotní graf ukazuje významnou teplotní stratifikaci, kterou lze očekávat vzhledem k velkým recirkulačním proudům. Můžeme pozorovat, že pouze nejnižší servery dostávají odpovídající chlazení.

vylepšený návrh chladicího systému datového centra

následující dva obrázky ukazují rozložení rychlosti a teploty pro vylepšený scénář návrhu, podokno střední sekce.

ashrae datové centrum normy

rychlostního pole ukazuje, že tok je nyní řízen na prodejnách. To je způsobeno přítomností kontejnmentu na horní části regálů. To také vede k lepšímu rozložení teploty. Studené zóny mezi serverovými regály jsou zvláště rozšířeny.

ashrae datové centrum normy

výše uvedený obrázek ukazuje, jak horké kontejnment zabraňuje vzestupné proudění od recirkulační zpět do vstupní řádky. Výsledkem je čistší celkový průtok ve srovnání s tím, co bylo vidět v předchozím návrhu. Je také zřejmé, že nový design snižuje teplotní stratifikaci, zejména v uzavřených oblastech mezi servery.

standardy datového centra ashrae

průměrná teplota vypočtená pro každý stojan je nižší pro vylepšenou konstrukci asi o 23%.

To se také odráží ve snížení množství energie, které musí být poskytnuty k serveru, aby se zabránilo přehřátí. V průměru bylo dosaženo úspory energie 63% pro chladicí systém datových center.

 standardy datového centra ashrae

chladicí systémy datového centra: Závěry & soulad se standardy datového centra ASHRAE

typické datové centrum může spotřebovat tolik energie jako 25 000 domácností. S rostoucími náklady na elektřinu se zvyšující se energetická účinnost stala hlavním zájmem dnešních návrhářů datových center.

Tato případová studie byla jen malá ukázka toho, jak CFD simulace mohou pomoci designéři a inženýři ověřit jejich rozhodnutí o návrhu a přesně předpovědět výkonnost svých datových center, systémy chlazení, aby zajistily, žádná energie je zbytečná, a v souladu s ASHRAE datové centrum normy. Celá analýza byla provedena ve webovém prohlížeči a trvalo jen několik hodin manuálního a výpočetního času. Chcete se dozvědět více, podívejte se na záznam z webináře:

Pokud si chcete přečíst více o ASHRAE datové centrum normy a jak CFD simulace pomáhá inženýrů a architektů zlepšení datového centra HVAC systémy spolu s celkovou stavební výkon, stáhnout zdarma bílý papír.

  • W. v. Heddeghem et al., Trendy ve světové spotřebě elektrické energie ICT v letech 2007 až 2012, Comput. Komunista., svazek. 50, s. 64-76, Sep. 2014
  • Top 10 energeticky úsporných tipů pro zelenější datové centrum, Info-Tech Research Group, Londýn, ON, Kanada, Duben. 2010, http://static.infotech.com/downloads/samples/070411_premium_oo_greendc_top_10.pdf
  • ASHRAE Standard 90.4-2016 – Energetický Standard pro Datová Centra, https://www.techstreet.com/ashrae/standards/ashrae-90-4-2016

Nastavte si vlastní cloud-based simulace prostřednictvím internetu během několika minut po vytvoření účtu na SimScale platformy. Není nutná žádná instalace, speciální hardware nebo kreditní karta.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.

lg