データセンターおよびデータセンター HVACシステムは、24時間稼働 それらは世界中で上の経済的な、科学的な、および科学技術の組織の毎日操作に重大である計算機能を提供する。 これらのセンターで消費されるエネルギー量は、世界の総電力使用量の3%と推定され、年間成長率は4.4%です。 当然のことながら、これには経済的、環境的、およびパフォーマンスへの多大な影響があり、冷却システムのエネルギー効率は、従来の可用性とセキュリティの この記事では、これらの懸念に関連するASHRAEデータセンターの標準について説明します。

ASHRAEデータセンターの基準とそれに付随する研究によると、典型的なデータセンターで最大のエネルギー消費者は冷却インフラストラクチャ(50%)であり、サーバーとストレー したがって、データセンター設備の需要の増加に対応しながらコストを管理するためには、設計者は冷却インフラストラクチャとそのエネルギー効率を最

データセンター HVAC:どの基準に従うべきですか?

最近まで、データセンターやサーバー設備のエネルギー効率を評価するために使用された業界標準が一貫していなかったため、これは困難な作業でした。 データセンターのHVACエネルギー効率測定のための支配ルールを確立するために、電力使用効率(PUE)が2010年に導入されました。 しかし、それは設計標準ではなく性能指標として機能し、関連する設計コンポーネントに対処することができなかったため、問題は残っていました。

新しいエネルギー効率の標準ASHRAE90。4

これにより、建物設計のさまざまな側面に関するガイドラインの開発を担当する主要組織の一つであるAmerican Society of Heating,Refrigerating,And Air-Conditioning Engineers(ASHRAE)は、データセンター業界にとっ 考案されたASHRAEデータセンター標準であるASHRAE90.4は、数年前から開発されており、2016年9月に公開され、データセンターコミュニティに非常に必要な標準をもたらし ASHRAEによると、この新しいデータセンター HVAC標準は、とりわけ、”設計と建設のためのデータセンターの最小エネルギー効率要件を確立し、運用と保守のための計画の作成”

ashraeデータセンター標準データセンター冷却モデル
データセンターモデル

全体として、この新しいASHRAE90.4標準には、データセンターの設計、建設、運用、およびメンテ このASHRAEデータセンター標準は、標準的な建物ではなく、データセンターの固有のエネルギー要件に明示的に対応し、データセンターの運用を取り巻くより重要な側面 また、PUEのエネルギー効率測定基準とは異なり、ASHRAE90.4の計算は、設計に関連する代表的なコンポーネントに基づいています。 組織は、システムのさまざまな要素の効率と損失を計算し、それらを単一の数値に結合する必要があります。

計算流体力学がASHRAE90.4への準拠にどのように役立つか

任意の数の異なる冷却システム設計戦略やフロアレイアウトの変化が結果に影響を与え、効率の変化、ホットスポットの作成、または設計に必要なインフラストラクチャの量を変更することができます。 計算流体力学(CFD)は、ASHRAEデータセンター標準に従って実装される前に、新しい設計または既存の設計への変更を評価する方法を提供します。

CFDがデータセンターシステムの過剰なエネルギー消費を抑制し、ASHRAE90.4に準拠するためにどのように役立つかを学ぶには、このウェビナーをご覧ください。

データセンターのエネルギー消費を削減するための設計戦略

新しいデータセンター施設の設計や既存の施設の変更は、冷却効率を最大化するために困難な作業になる可能性があります。 データセンターのエネルギー効率を低下させるための設計戦略には、次のものがあります:

  • 環境条件(地理的位置、気候など)に基づいてデータセンターを配置する。)
  • インフラストラクチャトポロジに基づく設計決定(ITインフラストラクチャおよびtier標準)
  • 最適な冷却システム戦略の適応

データセンターの冷却システム構成を改善することは、HVAC設計エンジニアがエネルギー消費を削減するための重要な機会です。 設計者やエンジニアがエネルギーを節約するために従うさまざまな冷却戦略のいくつかは次のとおりです:

  • エアコンとエアハンドラー
    最も一般的なタイプは、エアコン(AC)またはコンピュータルームエアハンドラー(CRAH)ユニットで、周囲から熱い空気を除去するために必要な方向に冷たい空気を吹く。
  • ホットアイル/コールドアイル
    冷たい空気(または通路)がサーバーラックの前面に渡され、熱い空気がラックの背面から出てきます。 ここでの主な目標は、エネルギーを節約し、冷却コストを削減するために気流を管理することです。 下の画像は、データセンター内の冷たい通路と熱い通路の気流の動きを示しています。
  • 熱い通路/冷たい通路の封じ込め
    熱い/冷たい通路の封じ込めは、主に部屋内の冷たい空気と熱い空気を分離し、キャビネットから熱い空気を取 下のイメージは冷たく、熱い原子格納容器の詳しい気流の動きをそれぞれ示します。

ホットアイルコールドアイルアイルアイルアイルアイルアイルアイルアイルアイル90.4

  • 液体冷却
    液体冷却システムは、システムから熱を放散する別の方法を提供します。 このアプローチは熱源の近くの冷水が付いているエアコンか冷却剤を含んでいる。
  • グリーン冷却
    グリーン冷却(または自由冷却)は、データセンターで使用される持続可能な技術の一つです。 これは自然な冷却の技術を可能にするためにフィルターおよびルーバーで覆われるデータセンタの窓を単に開けることを含むことができる。 このアプローチは、お金とエネルギーの膨大な量を保存します。

これらの冷却技術の適切な組み合わせを特定することは困難な場合があります。 ここでは、CFDシミュレーションは、このタスクを容易にする方法です。

ケーススタディ: データセンターの冷却システムを改善する

計算流体力学(CFD)は、HVACエンジニアやデータセンター設計者が仮想データセンターをモデル化し、温度、気流速度、圧力場 数値解析は、非常に詳細でありながら理解しやすい3D視覚的な輪郭と定量的なデータの両方を提示します。 複雑な再循環の流れおよびホットスポットの区域は潜在的な設計上の欠陥の識別を助けるように容易に視覚化される。 さまざまな設計上の決定と戦略を仮想モデルに実装することは比較的簡単で、並行してシミュレートすることができます。

データセンター冷却システム:プロジェクト概要

この研究の目的のために、我々は二つの異なるデータセンター冷却システムの設計、それらの冷却効率、およ これは、任意のSimScaleユーザーが自由にコピーして使用することができます。

次の図に、2つの設計シナリオを示します:

データセンターの冷却システム設計の比較

最初に検討する設計では、データセンターで頻繁に実装される冷却システムである上げ床構成を使用します。 この技術が使用されると、冷たい空気が床の穿孔されたタイルを通って部屋に入り、次にサーバーラックを冷却する。 さらに、第2モデルは冷却の効率を改善するのに熱い通路の原子格納容器および下げられた天井構成を使用する。 CFDを使用して、2つの設計の性能を予測および比較し、最適な冷却戦略を決定します。

ASHRAE Data Center Standards:CFDシミュレーション結果

データセンター冷却システムのベースライン設計

両方の設計構成について、サーバールーム内の温度分布と速度場を調査しました。 下の後処理画像は、ベースライン設計の中央部の速度場と温度場を示しています。 熱い空気が冷たい通路の領域に存在することが観察され得る。 これは、周囲のデータセンター内の冷たい通路と熱い通路の両方が混在しているためです。 このベースライン設計の最大速度は0.44m/sで、温度範囲は摂氏28.6~49.7度です。

温度の輪郭は、2つのサーバーラック間のゾーンが他のサーバーラックと比較してはるかに冷却されていることを示しています。 この理由は、流れのパターンを見ることによって理解することができます。

入口があるサーバ列で、棚の上が入口自体からの好ましい上昇の流れの代りに下降の流れ方向を、見ることは上のイメージで明白である。 これは、熱浮力によって駆動される強い再循環電流によるものです。 この効果は、特にサーバーラックのトップシェルフの冷却効果を低下させるため、非常に望ましくありません。 この効果は、天井の高さを増やすか、天井に分散コンセントを配置するか、または何らかのアクティブフローコントロールシステム(ファン)を使用してサー またはもっと簡単に、棚から来る熱気が自由に循環することを防ぐことによって。

ashrae data center standards

温度プロットは、大きな再循環電流を考えると予想される重要な温度層別化を示しています。 最も低いサーバーだけが適切な冷却を受けていることがわかります。

データセンター冷却システムの改善された設計

次の二つの写真は、改善された設計シナリオ、中央セクションペインの速度と温度分布を示しています。

ashrae data center standards

velocityフィールドは、フローがコンセントに駆動されることを示しています。 これは棚の上の原子格納容器の存在が原因である。 これはまたよりよい温度の配分で起因する。 サーバーラック間のコールドゾーンは特に拡張されています。

ashrae data center standards

上の画像は、高温封じ込めにより、上昇流が入口列に再循環するのを防ぐ方法を示しています。 これは前の設計で見られたものがと比較されるよりきれいな全面的な流れパターンで起因する。 また、新しい設計により、特にサーバー間の含まれている領域での温度層別化が減少することも明らかです。

ashrae data center standards

各ラックで計算された平均温度は、改善された設計では約23%低くなっています。

これは、過熱を防ぐためにサーバーに供給する必要がある電力量の減少にも反映されます。 平均して、データセンターの冷却システムのための63%の省エネは達成されました。

ashraeデータセンター規格

データセンター冷却システム: 結論&ASHRAEデータセンター基準への準拠

典型的なデータセンターは、25,000世帯と同じくらいのエネルギーを消費する可能性があります。 電力コストの上昇に伴い、エネルギー効率の向上は、今日のデータセンター設計者にとって最大の関心事となっています。

このケーススタディは、CFDシミュレーションが、設計者やエンジニアが設計決定を検証し、エネルギーが無駄にならないように、ASHRAEデータセンターの基準に従っ 全体の分析は、webブラウザで行われ、手動および計算時間のわずか数時間を要しました。 詳細については、ウェビナーの記録をご覧ください:

ASHRAE data center standardsとCFD simulationがエンジニアや建築家がデータセンター HVACシステムを改善し、全体的な建物の性能を向上させる方法についての詳細を読みたい場合は、この無料のホワイトペーパーをダウンロードしてください。

  • W.V.Heddeghem et al.、2007年から2012年までの世界的なICT電力消費の動向、Comput。 コミュ…、vol. 50,pp.64-76,Sep. 2014
  • 環境に優しいデータセンターのためのトップ10省エネのヒント,情報技術研究グループ,ロンドン,ON,カナダ,Apr. 2010, http://static.infotech.com/downloads/samples/070411_premium_oo_greendc_top_10.pdf
  • ASHRAE Standard90.4-2016–データセンターのエネルギー標準, https://www.techstreet.com/ashrae/standards/ashrae-90-4-2016

SimScaleプラットフォーム上でアカウントを作成することにより、数分でweb経由で独自のクラウドベースのシミュレーションを設定します。 取付け、特別なハードウェアまたはクレジットカードは要求されません。

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