datakeskukset ja datakeskusten LVI-järjestelmät ovat kriittisiä, energiaa tarvitsevia infrastruktuureja, jotka toimivat ympäri vuorokauden. Ne tarjoavat laskentatoimintoja, jotka ovat elintärkeitä talouden, tieteen ja teknologian huippuorganisaatioiden päivittäisille toiminnoille ympäri maailmaa. Näiden keskusten energiankulutuksen arvioidaan olevan 3% koko maailman sähkönkäytöstä, ja vuotuinen kasvuvauhti on 4,4%. Tällä on luonnollisesti valtava taloudellinen, ympäristöllinen ja suorituskykyinen vaikutus, joka tekee jäähdytysjärjestelmien energiatehokkuudesta yhden tärkeimmistä huolenaiheista konesalisuunnittelijoille ennen perinteisiä saatavuuteen ja turvallisuuteen liittyviä näkökohtia. Tässä artikkelissa käsitellään ASHRAE datakeskuksen standardeja, jotka korreloivat näiden huolenaiheiden kanssa.

ASHRAE: n datakeskustandardit ja niihin liittyvät tutkimukset osoittavat myös, että tyypillisen datakeskuksen suurin energiankuluttaja on jäähdytysinfrastruktuuri (50%) ja sen jälkeen palvelimet ja tallennuslaitteet (26%) . Näin ollen, jotta voidaan hallita kustannuksia ja vastata datakeskusten kasvavaan kysyntään, suunnittelijoiden on otettava jäähdytysinfrastruktuuri ja sen energiatehokkuus ensisijaiseksi painopistealueekseen; ASHRAE-datakeskustandardien käyttöönotto.

datakeskuksen LVI: mitä standardeja kannattaa noudattaa?

viime aikoihin asti tämä oli haastava tehtävä, koska datakeskusten ja palvelintilojen energiatehokkuuden arvioinnissa käytetyt alan standardit olivat epäjohdonmukaisia. Konesalin LVI-energiatehokkuusmittausten sääntelemiseksi otettiin vuonna 2010 käyttöön tehonkäytön tehokkuus (power usage efficiency, PUE). Se toimi kuitenkin suorituskykymittarina eikä suunnittelustandardina eikä edelleenkään puuttunut relevantteihin suunnittelukomponentteihin, joten ongelma pysyi.

Uusi Energiatehokkuusstandardi ASHRAE 90.4

tämä johti siihen, että American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), yksi tärkeimmistä organisaatioista, joka on vastuussa rakennussuunnittelun eri osa-alueiden suuntaviivojen kehittämisestä, kehitti uuden standardin, joka olisi käytännöllisempi datakeskusteollisuudelle. suunniteltu ASHRAE datakeskustandardi, ASHRAE 90.4, on ollut kehityksessä useita vuosia ja julkaistiin syyskuussa 2016, mikä tuo kaivattua standardia datakeskusyhteisölle. ASHRAE: n mukaan tämä uusi datakeskusten LVI-standardi muun muassa ”asettaa datakeskusten energiatehokkuuden vähimmäisvaatimukset suunnittelua ja rakentamista varten, käyttö-ja kunnossapitosuunnitelman laatimiseksi sekä paikan päällä tai sen ulkopuolella olevien uusiutuvien energiavarojen hyödyntämiseksi.”

ashrae data center standards data center cooling model
Data Center Model

kaiken kaikkiaan tämä uusi ASHRAE 90.4-standardi sisältää suosituksia datakeskusten suunnittelua, rakentamista, käyttöä ja ylläpitoa varten. Tämä ASHRAE-datakeskusstandardi käsittelee nimenomaisesti datakeskusten ainutlaatuisia energiantarpeita verrattuna standardirakennuksiin, jolloin siihen sisällytetään datakeskusten toimintaan liittyvät kriittisemmät näkökohdat ja riskit. Ja toisin kuin PUE: n energiatehokkuusmittari, ASHRAE 90.4: n laskelmat perustuvat edustaviin suunnitteluun liittyviin komponentteihin. Organisaatioiden on laskettava järjestelmien eri osien hyötysuhteet ja häviöt ja yhdistettävä ne yhdeksi luvuksi, jonka on oltava yhtä suuri tai pienempi kuin kunkin ilmastovyöhykkeen julkaistut maksimiluvut.

kuinka laskennallinen Nestedynamiikka voi auttaa ASHRAE 90.4

mikä tahansa määrä erilaisia Jäähdytysjärjestelmän suunnittelustrategioita tai pohjaratkaisun vaihteluita voi vaikuttaa tuloksiin, jolloin tehokkuus muuttuu, syntyy kuormittumia tai suunnittelussa tarvittavan infrastruktuurin määrä muuttuu. Computational fluid dynamics (CFD) tarjoaa menetelmän arvioida uusia malleja tai muutoksia olemassa oleviin malleihin ennen kuin ne toteutetaan mukaisesti ASHRAE datakeskus standardeja.

jos haluat tietää, miten CFD voi auttaa sinua hillitsemään datakeskusjärjestelmiesi liiallista energiankulutusta ja noudattamaan ASHRAE 90.4: ää, katso tämä webinaari:

Suunnittelustrategiat konesalien energiankulutuksen vähentämiseksi

uuden konesalilaitoksen suunnittelu tai olemassa olevan muuttaminen jäähdytystehokkuuden maksimoimiseksi voi olla haastava tehtävä. Suunnittelustrategioita datakeskuksen energiatehokkuuden vähentämiseksi ovat:

  • datakeskusten paikannus perustuu ympäristöolosuhteisiin (maantieteellinen sijainti, ilmasto jne.)
  • infrastruktuurin topologiaan (IT-infrastruktuuri ja tasostandardit) perustuvat suunnittelupäätökset
  • parhaiden jäähdytysjärjestelmästrategioiden Mukauttaminen

konesalin Jäähdytysjärjestelmän kokoonpanon parantaminen on LVI – suunnitteluinsinöörille keskeinen mahdollisuus vähentää energiankulutusta. Jotkut erilaiset jäähdytysstrategiat, joita suunnittelijat ja insinöörit noudattavat energian säästämiseksi, ovat:

  • ilmastointilaitteet ja ilmankäsittelijät
    yleisimpiä ovat ilmastointilaitteet (AC) tai tietokonehuoneiden ilmankäsittelijät (CRAH), jotka puhaltavat kylmää ilmaa vaadittuun suuntaan poistaakseen kuumaa ilmaa ympäröivältä alueelta.
  • kuuma käytävä/kylmä käytävä
    kylmä ilma (tai käytävä) johdetaan palvelintelineiden etupuolelle ja kuuma ilma tulee ulos telineiden takapuolelta. Tärkein tavoite on hallita ilmavirtaa energian säästämiseksi ja jäähdytyskustannusten alentamiseksi. Alla olevassa kuvassa näkyy konesalin kylmien ja kuumien käytävien ilmavirtausten liikkeet.
  • kuuma-ja kylmäkäytävä-eristäminen
    kuuman ja kylmän käytävän eristäminen tehdään pääasiassa huoneen kylmän ja kuuman ilman erottamiseksi ja kuuman ilman poistamiseksi kaapeista. Alla olevassa kuvassa näkyy yksityiskohtaisesti kylmän ja kuuman eristyksen ilmavirtaus erikseen.

kuuma käytävä kylmä käytävä containment ASHRAE 90.4

  • Nestejäähdytys
    Nestejäähdytysjärjestelmät tarjoavat vaihtoehtoisen tavan haihduttaa lämpöä järjestelmästä. Tähän lähestymistapaan kuuluvat ilmastointilaitteet tai kylmäaineet, joissa on kylmää vettä lähellä lämmönlähdettä.
  • vihreä jäähdytys
    vihreä jäähdytys (tai vapaa jäähdytys) on yksi konesaleissa käytettävistä kestävistä teknologioista. Tämä voisi tarkoittaa yksinkertaisesti avaamalla datakeskuksen ikkunan peitetty suodattimet ja säleiköt, jotta luonnollinen jäähdytys tekniikoita. Tämä lähestymistapa säästää valtavasti rahaa ja energiaa.

näiden viilennystekniikoiden oikean yhdistelmän tunnistaminen voi olla haastavaa. Näin CFD simulointi voi helpottaa tätä tehtävää.

Tapaustutkimus: Konesalien jäähdytysjärjestelmien parantaminen

laskennallinen nestedynamiikka (CFD) voi auttaa LVI-insinöörejä ja konesalien suunnittelijoita mallintamaan virtuaalisen datakeskuksen ja tutkimaan lämpötilan, ilmavirran nopeuden ja painekentän nopeasti ja tehokkaasti. Numeerinen analyysi esittää sekä 3D-visuaalista muotoilua että kvantitatiivista dataa, joka on erittäin yksityiskohtaista, mutta helppo ymmärtää. Monimutkaisten kiertovirtausten ja hotspottien alueet on helppo visualisoida mahdollisten suunnitteluvirheiden tunnistamiseksi. Erilaisten suunnittelupäätösten ja strategioiden toteuttaminen virtuaalimalliin on suhteellisen yksinkertaista ja sitä voidaan simuloida rinnakkain.

Data Center Cooling Systems: Project Overview

tässä tutkimuksessa käytimme Simscale Public Projects Libraryn simulointiprojektia, jossa tutkitaan kahta eri konesalijäähdytysjärjestelmää, niiden jäähdytystehokkuutta ja energiankulutusta. Sitä voi vapaasti kopioida ja käyttää kuka tahansa SimScale käyttäjä.

kaksi suunnitteluskenaariota on esitetty alla olevassa kuvassa:

datakeskuksen Jäähdytysjärjestelmän suunnitteluvertailu

ensimmäinen suunnittelumme käyttää korotettua lattiakokoonpanoa, jäähdytysjärjestelmää, jota käytetään usein konesaleissa. Kun tätä tekniikkaa käytetään, kylmä ilma tulee huoneeseen lattian rei ’ itettyjen laattojen kautta ja vuorostaan jäähdyttää palvelinhyllyt. Lisäksi toisessa mallissa käytetään kuumakäytävän suojausta ja alennettua kattokokoonpanoa jäähdytystehokkuuden parantamiseksi. Käytämme CFD ennustaa ja vertailla suorituskykyä kaksi mallia ja määrittää paras jäähdytys strategia.

ASHRAE Data Center Standards: CFD Simulointitulokset

datakeskuksen Jäähdytysjärjestelmän perusrakenne

tutkimme lämpötilajakaumaa ja nopeuskenttää palvelinhuoneen sisällä molempien suunnittelukokoonpanojen osalta. Alla olevat jälkikäsittelykuvat näyttävät perusviivan keskiosien nopeus-ja lämpötilakentät. Voidaan havaita, että kuumaa ilmaa on kylmän käytävän alueella. Tämä johtuu sekä kylmän että kuuman käytävän sekoittumisesta ympäröivän datakeskuksen sisällä. Tämän lähtötilanteen suurin nopeus on 0,44 m / s lämpötila-alueella 28,6-49,7 celsiusastetta.

lämpötilakäyrä osoittaa, että kahden palvelintelineen väliset vyöhykkeet ovat muihin verrattuna paljon jäähdytetympiä. Syitä tähän voi ymmärtää tarkastelemalla virtauskuvioita.

yllä olevasta kuvasta käy ilmi, että palvelinriveillä, joissa läpivientejä on, telineiden yläpäässä näkyy laskeva virtaussuunta sen sijaan, että haluttaisiin nousevaa virtausta itse läpivienneistä. Tämä johtuu voimakkaista kiertovirtauksista, joita ohjaavat termiset kelluvuusvoimat. Tämä vaikutus on erittäin ei-toivottu, koska se vähentää jäähdytyksen tehokkuutta erityisesti palvelintelineiden ylähyllyille. Tämä vaikutus voitaisiin minimoida sallimalla asianmukainen ilmavirtaus telineiden yläpuolella, joko lisäämällä katon korkeutta, sijoittamalla enemmän hajautettuja myyntipisteitä kattoon, tai käyttämällä jonkinlaista aktiivista virtauksen ohjausjärjestelmää (puhaltimet) ohjaamaan virtausta palvelintelineiden yläpuolella. Tai yksinkertaisemmin estämällä telineistä tulevaa kuumaa ilmaa kiertämästä vapaasti.

ashrae data center standards

lämpötilakäyrä osoittaa merkittävää lämpötilan kerrostumista, joka on odotettavissa suurten kiertovirtausten vuoksi. Voimme havaita, että vain alimmat palvelimet saavat asianmukaista jäähdytystä.

konesalin Jäähdytysjärjestelmän parannettu rakenne

seuraavat kaksi kuvaa näyttävät parannetun suunnitteluskenaarion, keskilohkon ruudun, nopeus-ja lämpötilajakauman.

ashrae: n datakeskustandardit

nopeuskenttä osoittaa, että virtaus on nyt ajettu pistorasioihin. Tämä johtuu siitä, että telineiden päällä on eristystä. Tämä johtaa myös parempaan lämpötilajakaumaan. Kylmät vyöhykkeet palvelinhyllyjen välillä ovat erityisen pidennettyjä.

ashrae: n datakeskustandardit

yllä oleva kuva näyttää, miten kuuma suojus estää nousevaa virtausta kiertämästä takaisin tuloriveille. Tämä johtaa puhtaampaan kokonaisvirtauskuvioon verrattuna siihen, mitä edellisessä mallissa nähtiin. On myös selvää, että uusi muotoilu vähentää lämpötilan kerrostumista erityisesti palvelinten välisillä suljetuilla alueilla.

ashrae-datakeskustandardit

kullekin telineelle laskettu keskilämpötila on parannetun rakenteen vuoksi alhaisempi noin 23%.

tämä näkyy myös siinä, että palvelimelle on toimitettava vähemmän virtaa ylikuumenemisen estämiseksi. Konesalin Jäähdytysjärjestelmän energiansäästö on keskimäärin 63%.

 ashrae data center standards

datakeskusten jäähdytysjärjestelmät: Päätelmät & ASHRAE: n Datakeskustandardien noudattaminen

tyypillinen datakeskus voi kuluttaa energiaa jopa 25 000 kotitaloutta. Sähkön hinnan noustessa energiatehokkuuden lisäämisestä on tullut tämän päivän konesalisuunnittelijoiden ensisijainen huolenaihe.

tämä tapaustutkimus oli vain pieni esimerkki siitä, miten CFD-simulointi voi auttaa suunnittelijoita ja insinöörejä vahvistamaan suunnittelupäätöksensä ja ennustamaan tarkasti datakeskuksen jäähdytysjärjestelmien suorituskyvyn, jotta energiaa ei mene hukkaan, ja ASHRAE: n datakeskusstandardien mukaisesti. Koko analyysi tehtiin verkkoselaimella, ja siihen kului vain muutama tunti manuaalista ja laskenta-aikaa. Katso lisätietoja webinaarin tallenteesta:

jos haluat lukea lisää ASHRAE: n datakeskustandardeista ja siitä, miten CFD-simulointi auttaa insinöörejä ja arkkitehteja parantamaan datakeskusten LVI-järjestelmiä sekä rakennuksen yleistä suorituskykyä, lataa tämä ilmainen valkoinen kirja.

  • W. V. Heddeghem ym., Trends in worldwide ICT Electric consumption from 2007 to 2012, Comput. Kommuuni., vol. 50, s. 64-76, syys. 2014
  • Top 10 energy-saving tips for a greener data center, Info-Tech Research Group, London, ON, Kanada, Huhtikuu. 2010, http://static.infotech.com/downloads/samples/070411_premium_oo_greendc_top_10.pdf
  • ASHRAE-standardi 90.4-2016-datakeskusten Energiastandardi, https://www.techstreet.com/ashrae/standards/ashrae-90-4-2016

Määritä oma pilvipohjainen simulointi verkon kautta muutamassa minuutissa luomalla tili SimScale-alustalla. Asennusta, erikoislaitteita tai luottokorttia ei tarvita.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.

lg