datacentre og datacenter HVAC-systemer er kritiske, energi-sultne infrastrukturer, der fungerer døgnet rundt. De leverer computerfunktioner, der er afgørende for den daglige drift af top økonomiske, videnskabelige og teknologiske organisationer rundt om i verden. Mængden af energi, der forbruges af disse centre, anslås til 3% af det samlede verdensomspændende elforbrug med en årlig vækstrate på 4, 4%. Naturligvis har dette en enorm økonomisk, miljømæssig og ydeevnepåvirkning, der gør energieffektiviteten i kølesystemer til en af de primære bekymringer for datacenterdesignere forud for de traditionelle overvejelser om tilgængelighed og sikkerhed. Denne artikel vil diskutere ASHRAE datacenterstandarder, der korrelerer med disse bekymringer.

ASHRAE datacenterstandarder og ledsagende undersøgelser viser også, at den største energiforbruger i et typisk datacenter er køleinfrastrukturen (50%) efterfulgt af servere og lagerenheder (26%) . For at kontrollere omkostningerne og samtidig imødekomme den stigende efterspørgsel efter datacenterfaciliteter skal designere således gøre køleinfrastrukturen og dens energieffektivitet til deres primære fokus; introduktion af ASHRAE datacenterstandarder.

datacenter HVAC: hvilke standarder skal man følge?

indtil for nylig var dette en udfordrende opgave på grund af det faktum, at de industristandarder, der blev brugt til at vurdere energieffektiviteten i datacentre og serverfaciliteter, var inkonsekvente. For at etablere en styrende regel for data center HVAC energieffektivitetsmålinger blev strømforbrugseffektivitet (PUE) introduceret i 2010. Det fungerede dog som en præstationsmetrik snarere end en designstandard og kunne stadig ikke adressere relevante designkomponenter, så problemet forblev.

ny Energieffektivitetsstandard ASHRAE 90.4

dette førte til, at American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), en af de vigtigste organisationer, der er ansvarlige for at udvikle retningslinjer for forskellige aspekter af Bygningsdesign, udviklede en ny standard, der ville være mere praktisk for datacenterindustrien. de udtænkte ASHRAE datacenterstandarder, ASHRAE 90.4, har været under udvikling i flere år og blev offentliggjort i September 2016, hvilket bringer en meget tiltrængt standard til datacenterfællesskabet. Ifølge ASHRAE fastlægger denne nye datacenter HVAC-standard blandt andet ” minimumskravene til energieffektivitet i datacentre til design og konstruktion, til oprettelse af en plan for drift og vedligeholdelse og til udnyttelse af vedvarende energiressourcer på stedet eller uden for stedet.”

ashrae datacenterstandarder datacenterkølemodel
Datacentermodel

samlet set indeholder denne nye ASHRAE 90.4-standard anbefalinger til design, konstruktion, drift og vedligeholdelse af datacentre. Denne ASHRAE datacenterstandard adresserer eksplicit de unikke energikrav i datacentre i modsætning til standardbygninger og integrerer således de mere kritiske aspekter og risici omkring driften af datacentre. Og i modsætning til PUE-energieffektivitetsmetrikken er beregningerne i ASHRAE 90.4 baseret på repræsentative komponenter relateret til design. Organisationer skal beregne effektivitet og tab for forskellige elementer i systemerne og kombinere dem i et enkelt tal, som skal være lig med eller mindre end de offentliggjorte maksimale tal for hver klimasone.

hvordan Computational Fluid Dynamics kan hjælpe dig med at overholde ASHRAE 90.4

et vilkårligt antal forskellige kølesystemdesignstrategier eller variationer i gulvlayout kan påvirke resultaterne og derved ændre effektiviteten, skabe hotspots eller ændre mængden af infrastruktur, der kræves til designet. Computational fluid dynamics (CFD) tilbyder en metode til evaluering af nye designs eller ændringer til eksisterende designs, før de implementeres i overensstemmelse med ASHRAE datacenterstandarder.

hvis du vil vide, hvordan CFD kan hjælpe dig med at begrænse det overdrevne energiforbrug i dine datacentersystemer og overholde ASHRAE 90.4, kan det være en udfordrende opgave at designe strategier til at reducere datacenterets energiforbrug

at designe et nyt datacenterfacilitet eller ændre et eksisterende for at maksimere køleeffektiviteten. Designstrategier for at reducere energieffektiviteten i et datacenter inkluderer:

  • positionering af datacentre baseret på miljøforhold (geografisk placering, klima osv.)
  • Design beslutninger baseret på infrastruktur topologi (IT infrastruktur og tier standarder)
  • tilpasning bedste kølesystem strategier

forbedring af datacenterets kølesystemkonfiguration er en vigtig mulighed for VVS-designingeniøren til at reducere energiforbruget. Nogle af de forskellige kølestrategier, som designere og ingeniører følger for at spare energi, er:

  • klimaanlæg og luftbehandlere
    de mest almindelige typer er et klimaanlæg (AC) eller COMPUTERRUMSLUFTHÅNDTERER (CRAH) enheder, der blæser kold luft i den ønskede retning for at fjerne varm luft fra det omkringliggende område.
  • varm gang/kold gang
    den kolde luft (eller gang) føres til forsiden af serverstativerne, og den varme luft kommer ud af bagsiden af stativerne. Hovedmålet her er at styre luftstrømmen for at spare energi og reducere køleomkostningerne. Billedet nedenfor viser de kolde og varme gange luftstrømsbevægelser i et datacenter.
  • varm gang/kold gangindeslutning
    indeslutning af de varme/kolde gangene sker hovedsageligt for at adskille den kolde og varme luft i rummet og fjerne varm luft fra skabe. Billedet nedenfor viser detaljeret luftstrømsbevægelse af kold og varm indeslutning individuelt.

varm gang kold gang indeslutning ASHRAE 90.4

  • væskekøling
    Væskekølesystemer giver en alternativ måde at sprede varme fra systemet. Denne fremgangsmåde omfatter klimaanlæg eller kølemidler med koldt vand tæt på varmekilden.
  • grøn køling
    grøn køling (eller fri køling) er en af de bæredygtige teknologier, der anvendes i datacentre. Dette kan indebære blot at åbne et datacentervindue dækket med filtre og lameller for at tillade naturlige køleteknikker. Denne tilgang sparer en enorm mængde penge og energi.

det kan være udfordrende at identificere den rigtige kombination af disse køleteknikker. Sådan kan CFD-simulering gøre denne opgave lettere.

Casestudie: Forbedring af Datacenterkølesystemer

Computational fluid dynamics (CFD) kan hjælpe VVS-ingeniører og datacenterdesignere med at modellere et virtuelt datacenter og undersøge temperatur, luftstrømshastighed og trykfelter på en hurtig og effektiv måde. Den numeriske analyse præsenterer både 3D visuel konturering og kvantitative data, der er meget detaljerede, men alligevel lette at forstå. Områder med kompleks recirkulationsstrøm og hotspots visualiseres let for at hjælpe med at identificere potentielle designfejl. Implementering af forskellige designbeslutninger og strategier i den virtuelle model er relativt enkel og kan simuleres parallelt.

Datacenterkølesystemer: projektoversigt

med henblik på denne undersøgelse brugte vi et simuleringsprojekt fra SimScale Public Projects Library, der undersøger to forskellige design af datacenterkølesystemer, deres køleeffektivitet og energiforbrug. Det kan frit kopieres og bruges af enhver SimScale bruger.

de to designscenarier er vist i nedenstående figur:

sammenligning af datacenterkølesystemdesign

det første design, som vi vil overveje, bruger en hævet gulvkonfiguration, et kølesystem, der ofte implementeres i datacentre. Når denne teknik anvendes, kommer kold luft ind i rummet gennem de perforerede fliser i gulvet og afkøler igen serverstativene. Derudover bruger den anden model varm gangindeslutning og sænket loftskonfiguration for at forbedre køleeffektiviteten. Vi vil bruge CFD til at forudsige og sammenligne ydeevnen for de to designs og bestemme den bedste kølestrategi.

ASHRAE Datacenterstandarder: CFD-simuleringsresultater

Baseline Design af datacenterets kølesystem

vi undersøgte temperaturfordelingen og hastighedsfeltet inde i serverrummet til begge designkonfigurationer. Efterbehandlingsbillederne nedenfor viser hastigheds-og temperaturfelterne for midtersektionen af basislinjedesignet. Det kan observeres, at den varme luft er til stede i området med den kolde gang. Dette skyldes blanding af både de kolde og varme gange i datacentret omkring. Den maksimale hastighed for dette baseline design er ved 0,44 m/s med et temperaturområde på 28,6 til 49,7 grader Celsius.

temperaturkonturen viser, at områderne mellem de to serverholdere er meget mere afkølet i forhold til de andre. Årsagerne til dette kan forstås ved at se på strømningsmønstrene.

det er tydeligt i ovenstående billede, at i serverrækkerne, hvor indløb er til stede, ser toppen af stativerne en faldende strømningsretning i stedet for den ønskelige stigende strøm fra selve indløbene. Dette skyldes de stærke recirkulationsstrømme drevet af termiske opdriftskræfter. Denne effekt er meget uønsket, da den reducerer køleeffektiviteten specifikt til de øverste hylder på serverstativene. Denne effekt kunne minimeres ved at muliggøre korrekt luftstrøm over stativerne, enten ved at øge lofthøjden, placere mere distribuerede udtag i loftet eller bruge en slags aktivt strømningskontrolsystem (ventilatorer) til at dirigere strømmen over serverstativene. Eller mere simpelt ved at forhindre, at den varme luft, der kommer fra stativerne, frit cirkulerer.

ashrae datacenterstandarder

temperaturplottet viser en signifikant temperaturstratificering, som kan forventes i betragtning af de store recirkulationsstrømme. Vi kan observere, at kun de nederste servere modtager passende afkøling.

forbedret Design af Datacenterkølesystemet

de næste to billeder viser hastigheden og temperaturfordelingen for det forbedrede designscenarie, midterste sektionsrude.

ashrae datacenterstandarder

hastighedsfeltet viser, at strømmen nu drives til udløbene. Dette skyldes tilstedeværelsen af indeslutning oven på stativerne. Dette resulterer også i en bedre temperaturfordeling. De kolde områder mellem serverrackene er særligt udvidede.

ashrae datacenterstandarder

ovenstående billede viser, hvordan den varme indeslutning forhindrer den stigende strømning i at recirkulere tilbage til indløbsrækkerne. Dette resulterer i et renere samlet strømningsmønster sammenlignet med det, der blev set i det foregående design. Det er også tydeligt, at det nye design reducerer temperaturstratificering, især i de indeholdte regioner mellem serverne.

ashrae datacenterstandarder

gennemsnitstemperaturen beregnet for hvert rack er lavere for det forbedrede design med omkring 23%.

dette afspejles også i faldet i mængden af strøm, der skal leveres til serveren for at forhindre overophedning. I gennemsnit er der opnået energibesparelser på 63% for datacenterets kølesystem.

ashrae datacenterstandarder

Datacenterkølesystemer: Konklusioner & overholdelse af ASHRAE Datacenterstandarder

et typisk datacenter kan forbruge så meget energi som 25.000 husstande. Med de stigende omkostninger til elektricitet er stigende energieffektivitet blevet den primære bekymring for nutidens datacenterdesignere.

denne casestudie var kun en lille illustration af, hvordan CFD-simulering kan hjælpe designere og ingeniører med at validere deres designbeslutninger og nøjagtigt forudsige ydeevnen for deres datacenterkølesystemer for at sikre, at der ikke spildes energi og i overensstemmelse med ASHRAE datacenterstandarder. Hele analysen blev udført i en netsøgemaskine og tog kun et par timers manuel og computertid.

hvis du vil læse mere om ASHRAE data center-standarder, og hvordan CFD-simulering hjælper ingeniører og arkitekter med at forbedre datacenterets HVAC-systemer sammen med den samlede bygningsydelse, skal du hente denne gratis hvidbog.

  • Heddeghem et al., Tendenser i verdensomspændende IKT-elforbrug fra 2007 til 2012, beregne. Commun., vol . 50, s. 64-76, Sep. 2014
  • Top 10 energibesparende tips til et grønnere datacenter, Info-Tech Research Group, London, ON, Canada, Apr. 2010, http://static.infotech.com/downloads/samples/070411_premium_oo_greendc_top_10.pdf
  • ASHRAE Standard 90.4 – 2016-energistandard for datacentre, https://www.techstreet.com/ashrae/standards/ashrae-90-4-2016

Opret din egen skybaserede simulering via internettet på få minutter ved at oprette en konto på SimScale-platformen. Ingen installation, specielt udstyr eller kreditkort er påkrævet.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.

lg