adatközpontok és adatközpont HVAC rendszerek kritikus, energiaigényes infrastruktúrák működnek éjjel-nappal. Olyan számítási funkciókat biztosítanak, amelyek létfontosságúak a világ vezető gazdasági, tudományos és technológiai szervezeteinek napi működéséhez. Az e központok által fogyasztott energia mennyiségét a világ teljes villamosenergia-felhasználásának 3% – ára becsülik, éves növekedési üteme 4,4%. Természetesen ennek óriási gazdasági, környezeti és teljesítményhatása van, ami a hűtőrendszerek energiahatékonyságát az adatközpontok tervezőinek egyik elsődleges szempontjává teszi, megelőzve a rendelkezésre állás és a biztonság hagyományos szempontjait. Ez a cikk az ASHRAE adatközpont szabványait tárgyalja, amelyek korrelálnak ezekkel az aggodalmakkal.

az ASHRAE adatközpont szabványai és a kapcsolódó tanulmányok azt is mutatják, hogy egy tipikus adatközpont legnagyobb energiafogyasztója a hűtési infrastruktúra (50%), amelyet a szerverek és a tárolóeszközök követnek (26%) . Így annak érdekében, hogy a költségek szabályozhatók legyenek, miközben kielégítik az adatközpontok iránti növekvő igényt, a tervezőknek a hűtési infrastruktúrát és annak energiahatékonyságát kell elsődlegessé tenniük; bevezetve az ASHRAE adatközponti szabványokat.

adatközpont HVAC: mely szabványokat kell követni?

egészen a közelmúltig ez kihívást jelentő feladat volt, mivel az adatközpontok és szerverlétesítmények energiahatékonyságának értékelésére használt ipari szabványok nem voltak összhangban. Az adatközpont HVAC energiahatékonysági méréseinek irányadó szabályának megállapítása érdekében 2010-ben bevezették az energiafelhasználás hatékonyságát (PUE). Ez azonban inkább teljesítménymutatóként, mint tervezési szabványként szolgált, és még mindig nem foglalkozott a releváns tervezési komponensekkel, így a probléma továbbra is fennáll.

új energiahatékonysági szabvány ASHRAE 90.4

ez arra késztette az amerikai fűtési, hűtési és légkondicionáló mérnökök társaságát (ASHRAE), az egyik fő szervezetet, amely az épülettervezés különféle szempontjaira vonatkozó iránymutatások kidolgozásáért felelős, hogy dolgozzon ki egy új szabványt, amely praktikusabb lenne az adatközpontok számára. a kidolgozott ASHRAE adatközpont szabványok, az ASHRAE 90.4, több éve fejlesztés alatt áll, és 2016 szeptemberében jelent meg, így egy nagyon szükséges szabványt hozott az adatközpontok közösségébe. ASHRAE szerint ez az új adatközpont HVAC szabvány többek között ” meghatározza az adatközpontok minimális energiahatékonysági követelményeit a tervezéshez és az építéshez, az üzemeltetési és karbantartási terv létrehozásához, valamint a helyszíni vagy a helyszínen kívüli megújuló energiaforrások felhasználásához.”

ashrae adatközpont szabványok adatközpont hűtési modell
adatközpont modell

Összességében ez az új ASHRAE 90.4 szabvány ajánlásokat tartalmaz az adatközpontok tervezésére, építésére, üzemeltetésére és karbantartására. Ez az ASHRAE adatközpont-szabvány kifejezetten foglalkozik az adatközpontok egyedi energiaigényével, szemben a szabványos épületekkel, így integrálva az adatközpontok működését övező kritikusabb szempontokat és kockázatokat. A PUE energiahatékonysági mutatóval ellentétben az ASHRAE 90.4 számításai a tervezéshez kapcsolódó reprezentatív összetevőkön alapulnak. A szervezeteknek ki kell számolniuk a rendszerek különböző elemeinek hatékonyságát és veszteségeit, és azokat egyetlen számba kell egyesíteniük, amelynek egyenlőnek vagy kevesebbnek kell lennie, mint az egyes éghajlati zónák közzétett maximális adatai.

hogyan segíthet a számítási folyadékdinamika az ASHRAE 90.4 előírásainak való megfelelésben

tetszőleges számú különböző hűtőrendszer-tervezési stratégia vagy padlóelrendezési variáció befolyásolhatja az eredményeket, ezáltal megváltoztatva a hatékonyságot, hotspotokat hozva létre, vagy megváltoztatva a tervezéshez szükséges infrastruktúra mennyiségét. A Computational fluid dynamics (CFD) módszert kínál az új tervek vagy a meglévő tervek módosításának értékelésére, mielőtt azokat az ASHRAE adatközpont-szabványoknak megfelelően megvalósítanák.

ha meg szeretné tudni, hogyan segíthet a CFD az adatközpontok túlzott energiafogyasztásának csökkentésében és az ASHRAE 90.4 előírásainak betartásában, nézze meg ezt a webináriumot:

tervezési stratégiák az adatközpontok energiafogyasztásának csökkentésére

új adatközpont-létesítmény tervezése vagy egy meglévő cseréje a hűtési hatékonyság maximalizálása érdekében kihívást jelenthet. Az adatközpont energiahatékonyságának csökkentésére irányuló tervezési stratégiák a következők:

  • helymeghatározási adatközpontok a környezeti feltételek (földrajzi elhelyezkedés, éghajlat stb.)
  • az infrastruktúra topológiáján alapuló tervezési döntések (IT infrastruktúra és tier szabványok)
  • a legjobb hűtőrendszer-stratégiák adaptálása

az adatközpont hűtőrendszerének konfigurációjának javítása kulcsfontosságú lehetőség a HVAC Tervezőmérnök számára az energiafogyasztás csökkentésére. Néhány különböző hűtési stratégia, amelyet a tervezők és a mérnökök az energiatakarékosság érdekében követnek:

  • légkondicionálók és légkezelők
    a leggyakoribb típusok a légkondicionáló (AC) vagy a számítógépes helyiség levegőkezelő (CRAH) egységek, amelyek hideg levegőt fújnak a kívánt irányba, hogy eltávolítsák a forró levegőt a környező területről.
  • Melegfolyosó/hidegfolyosó
    a hideg levegő (vagy folyosók) a kiszolgálóállványok elülső részébe kerül, és a forró levegő az állványok hátsó részéből jön ki. A fő cél itt a légáramlás kezelése az energiatakarékosság és a hűtési költségek csökkentése érdekében. Az alábbi képen a hideg és a meleg folyosók légáramlási mozgása látható egy adatközpontban.
  • Melegfolyosó/hidegfolyosó elszigetelése
    a meleg/hideg folyosók elszigetelése elsősorban a helyiségben lévő hideg és meleg levegő elválasztására, valamint a meleg levegő eltávolítására szolgál a szekrényekből. Az alábbi kép a hideg és meleg elszigetelés részletes légáramlási mozgását mutatja külön-külön.

forró folyosó hideg folyosó elszigetelés ASHRAE 90.4

  • folyadékhűtés
    a folyadékhűtő rendszerek alternatív módot kínálnak a rendszer hőelvezetésére. Ez a megközelítés magában foglalja a légkondicionálókat vagy hűtőközegeket hideg vízzel a hőforrás közelében.
  • Zöld hűtés
    a zöld hűtés (vagy szabad hűtés) az adatközpontokban alkalmazott fenntartható technológiák egyike. Ez magában foglalhatja a szűrőkkel és rácsokkal borított adatközpont ablakának egyszerű megnyitását, hogy lehetővé tegye a természetes hűtési technikákat. Ez a megközelítés óriási mennyiségű pénzt és energiát takarít meg.

ezen hűtési technikák megfelelő kombinációjának azonosítása kihívást jelenthet. Így teheti könnyebbé a CFD szimuláció ezt a feladatot.

Esettanulmány: Az adatközpont hűtési rendszereinek fejlesztése

a számítási folyadékdinamika (CFD) segíthet a HVAC mérnökeinek és adatközpont-tervezőinek egy virtuális adatközpont modellezésében, valamint a hőmérséklet, a légáramlás sebessége és a nyomásmezők gyors és hatékony vizsgálatában. A numerikus elemzés mind a 3D vizuális kontúrozást, mind a kvantitatív adatokat bemutatja, amelyek rendkívül részletesek, mégis könnyen megérthetők. A komplex recirkulációs áramlás és a hotspotok területei könnyen láthatóvá válnak, hogy segítsenek azonosítani a lehetséges tervezési hibákat. A különböző tervezési döntések és stratégiák megvalósítása a virtuális modellbe viszonylag egyszerű és párhuzamosan szimulálható.

Data Center Cooling Systems: Project Overview

a tanulmányhoz a SimScale Public Projects Library szimulációs projektjét használtuk, amely két különböző adatközpont hűtési rendszer kialakítását, hűtési hatékonyságát és energiafogyasztását vizsgálja. Szabadon másolható és használható bármely SimScale felhasználó számára.

a két tervezési forgatókönyv az alábbi ábrán látható:

adatközpont hűtőrendszerének összehasonlítása

az első terv, amelyet fontolóra veszünk, emelt padlós konfigurációt használ, egy hűtőrendszert, amelyet gyakran alkalmaznak az adatközpontokban. Ha ezt a technikát alkalmazzák, a hideg levegő a padlón lévő perforált csempéken keresztül jut be a helyiségbe, ami viszont lehűti a szerver állványokat. Ezenkívül a második modell forró folyosó elszigetelést és leeresztett mennyezeti konfigurációt használ a hűtési hatékonyság javítása érdekében. CFD-t használunk a két konstrukció teljesítményének előrejelzésére és összehasonlítására, valamint a legjobb hűtési stratégia meghatározására.

ASHRAE adatközponti szabványok: CFD szimulációs eredmények

az adatközpont hűtőrendszerének Alapterve

mindkét tervezési konfigurációban megvizsgáltuk a hőmérséklet-eloszlást és a sebességmezőt a szerverteremben. Az alábbi utómunkálati képek a kiindulási terv középső szakaszának sebesség-és hőmérsékleti mezőit mutatják. Megfigyelhető, hogy a forró levegő a hideg folyosó régiójában van jelen. Ennek oka mind a hideg, mind a meleg folyosók keveredése a környező adatközpontban. Ennek az alaptervnek a maximális sebessége 0,44 m/s, hőmérsékleti tartománya 28,6-49,7 Celsius fok.

a hőmérsékleti kontúr azt mutatja, hogy a két szerverállvány közötti zónák sokkal hűtöttebbek a többihez képest. Ennek okai az áramlási minták áttekintésével érthetők meg.

a fenti képen látható, hogy azokban a kiszolgálósorokban, ahol bemenetek vannak, az állványok teteje csökkenő áramlási irányt lát, nem pedig magukból a bemenetekből kívánatos emelkedő áramlást. Ennek oka a termikus felhajtóerők által vezérelt erős recirkulációs áramok. Ez a hatás nagyon nemkívánatos, mivel csökkenti a hűtési hatékonyságot kifejezetten a szerver állványok felső polcain. Ez a hatás minimalizálható azáltal, hogy lehetővé teszi a megfelelő légáramlást az állványok felett, akár a mennyezet magasságának növelésével, több elosztott kimenet elhelyezésével a mennyezeten, akár valamilyen aktív áramlásszabályozó Rendszer (ventilátor) használatával az áramlás irányításához a szerver állványok felett. Vagy egyszerűbben, megakadályozva, hogy az állványokból érkező forró levegő szabadon keringjen.

ashrae adatközpont szabványok

a hőmérsékleti diagram jelentős hőmérsékleti rétegződést mutat, amely a nagy recirkulációs áramok miatt várható. Megfigyelhetjük, hogy csak a legalsó szerverek kapnak megfelelő hűtést.

az adatközpont hűtőrendszerének továbbfejlesztett kialakítása

a következő két kép a sebesség és a hőmérséklet eloszlását mutatja a továbbfejlesztett tervezési forgatókönyv, középső szakasz ablaktábla számára.

ashrae adatközpont szabványok

a sebességmező azt mutatja, hogy az áramlás most a kimenetekhez vezet. Ennek oka az állványok tetején lévő elszigetelés jelenléte. Ez jobb hőmérséklet-eloszlást is eredményez. A szerver állványok közötti hideg zónák különösen meghosszabbodnak.

ashrae adatközpont szabványok

a fenti kép azt mutatja, hogy a forró elszigetelés hogyan akadályozza meg a növekvő áramlás visszavezetését a bemeneti sorokba. Ez tisztább általános áramlási mintát eredményez, mint az előző kialakításban. Az is nyilvánvaló, hogy az új kialakítás csökkenti a hőmérsékleti rétegződést, különösen a szerverek közötti zárt régiókban.

ashrae adatközpont szabványok

az egyes állványokra számított átlagos hőmérséklet körülbelül 23% – kal alacsonyabb a továbbfejlesztett kialakítás érdekében.

ez tükröződik a szervernek a túlmelegedés elkerülése érdekében szállítandó energia mennyiségének csökkenésében is. Átlagosan 63% – os energiamegtakarítást sikerült elérni az adatközpont hűtőrendszerében.

 ashrae adatközponti szabványok

adatközponti hűtőrendszerek: Következtetések & az ASHRAE adatközponti szabványoknak való megfelelés

egy tipikus adatközpont annyi energiát fogyaszthat, mint 25 000 háztartás. A villamos energia növekvő költségeivel az energiahatékonyság növelése vált a mai adatközpont-tervezők elsődleges problémájává.

ez az esettanulmány csak egy kis illusztráció volt arra vonatkozóan, hogy a CFD-szimuláció hogyan segíthet a tervezőknek és a mérnököknek a tervezési döntéseik érvényesítésében és az adatközpont hűtőrendszereinek teljesítményének pontos előrejelzésében annak érdekében, hogy ne pazaroljanak energiát, az ASHRAE adatközponti szabványoknak megfelelően. A teljes elemzés egy webböngészőben történt, és csak néhány órányi kézi és számítási időt vett igénybe. Ha többet szeretne megtudni a webinar felvételéről:

ha többet szeretne megtudni az ASHRAE adatközpont szabványairól, és arról, hogy a CFD szimuláció hogyan segíti a mérnököket és építészeket az adatközpont HVAC rendszereinek és az épület általános teljesítményének javításában, töltse le ezt az ingyenes fehér könyvet.

  • W. V. Heddeghem et al., A világméretű IKT villamosenergia-fogyasztás tendenciái 2007 – től 2012-ig, Comput. Commun., vol. 50, pp. 64-76, szept. 2014
  • Top 10 energiatakarékos tippek egy zöldebb adatközpont, Info-Tech kutatócsoport, London, ON, Kanada, április. 2010, http://static.infotech.com/downloads/samples/070411_premium_oo_greendc_top_10.pdf
  • ASHRAE szabvány 90.4-2016-energia szabvány az adatközpontok számára, https://www.techstreet.com/ashrae/standards/ashrae-90-4-2016

állítsa be saját felhőalapú szimulációját az Interneten keresztül percek alatt, fiók létrehozásával a SimScale platformon. Nincs szükség telepítésre, speciális hardverre vagy hitelkártyára.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.

lg