centra danych i systemy HVAC centrów danych są krytycznymi, energochłonnymi infrastrukturami, które działają przez całą dobę. Zapewniają funkcje obliczeniowe, które są niezbędne do codziennej działalności czołowych organizacji gospodarczych, naukowych i technologicznych na całym świecie. Ilość energii zużywanej przez te centra jest szacowana na 3% całkowitego światowego zużycia energii elektrycznej, przy rocznej stopie wzrostu wynoszącej 4,4%. Ma to oczywiście ogromny wpływ na gospodarkę, środowisko i wydajność, co sprawia, że efektywność energetyczna systemów chłodzenia jest jednym z głównych problemów projektantów centrów danych, wyprzedzając tradycyjne kwestie dostępności i bezpieczeństwa. W tym artykule omówimy standardy centrum danych ASHRAE, które korelują z tymi obawami.

standardy ASHRAE data center i towarzyszące im badania pokazują również, że największym odbiorcą energii w typowym centrum danych jest Infrastruktura chłodzenia (50%), a następnie serwery i urządzenia pamięci masowej (26%) . Tak więc, aby kontrolować koszty przy jednoczesnym zaspokojeniu rosnącego zapotrzebowania na obiekty data center, projektanci muszą skupić się na infrastrukturze chłodniczej i jej efektywności energetycznej; wprowadzenie standardów ASHRAE data center.

centrum danych HVAC: jakich standardów przestrzegać?

do niedawna było to trudne zadanie ze względu na fakt, że standardy branżowe stosowane do oceny efektywności energetycznej centrów danych i obiektów serwerowych były niespójne. W celu ustanowienia Zasady regulującej pomiary efektywności energetycznej centrów danych HVAC, w 2010 r. wprowadzono efektywność wykorzystania energii (Pue). Jednak służył jako metryka wydajności, a nie standard projektowy i nadal nie rozwiązał odpowiednich elementów konstrukcyjnych,więc problem pozostał.

nowy Standard efektywności energetycznej ASHRAE 90.4

dzięki temu American Society of Heating, Refrigerating, and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE), jedna z głównych organizacji odpowiedzialnych za opracowywanie wytycznych dotyczących różnych aspektów projektowania budynków, opracowało nowy standard, który byłby bardziej praktyczny dla branży centrów danych. opracowane standardy ASHRAE data center, ASHRAE 90.4, są opracowywane od kilku lat i zostały opublikowane we wrześniu 2016 r., wprowadzając bardzo potrzebny standard dla społeczności centrów danych. Według ASHRAE, ten nowy standard HVAC centrum danych, między innymi, „ustanawia minimalne wymagania dotyczące efektywności energetycznej centrów danych w zakresie projektowania i budowy, tworzenia planu eksploatacji i konserwacji oraz wykorzystania na miejscu lub poza zakładem odnawialnych źródeł energii.”

standardy centrum danych ashrae model chłodzenia centrum danych
Model Centrum Danych

Ogólnie rzecz biorąc, ten nowy standard ASHRAE 90.4 zawiera zalecenia dotyczące projektowania, budowy, eksploatacji i konserwacji centrów danych. Ten standard centrum danych ASHRAE wyraźnie odnosi się do unikalnych wymagań energetycznych centrów danych w przeciwieństwie do standardowych budynków, integrując w ten sposób bardziej krytyczne aspekty i zagrożenia związane z działaniem centrów danych. W przeciwieństwie do pomiaru efektywności energetycznej PUE, obliczenia w ASHRAE 90.4 opierają się na reprezentatywnych komponentach związanych z projektowaniem. Organizacje muszą obliczyć wydajność i straty dla różnych elementów systemów i połączyć je w jedną liczbę, która musi być równa lub mniejsza od opublikowanych maksymalnych wartości dla każdej strefy klimatycznej.

jak obliczeniowa dynamika płynów może pomóc w zachowaniu zgodności z ASHRAE 90.4

dowolna liczba różnych strategii projektowania systemu chłodzenia lub zmian układu podłogi może wpływać na wyniki, zmieniając wydajność, tworząc punkty aktywne lub zmieniając ilość infrastruktury wymaganej do projektowania. Computational fluid dynamics (CFD) oferuje metodę oceny nowych projektów lub zmian istniejących projektów przed ich wdrożeniem zgodnie ze standardami ASHRAE data center.

aby dowiedzieć się, w jaki sposób kontrakty CFD mogą pomóc ograniczyć nadmierne zużycie energii przez systemy centrów danych i zapewnić zgodność z ASHRAE 90.4, obejrzyj to webinarium:

projektowanie strategii zmniejszania zużycia energii przez centra danych

projektowanie nowego obiektu centrum danych lub zmiana istniejącego w celu zmaksymalizowania wydajności chłodzenia może być trudnym zadaniem. Strategie projektowania w celu zmniejszenia efektywności energetycznej centrum danych obejmują:

  • Pozycjonowanie centrów danych w oparciu o warunki środowiskowe (położenie geograficzne, klimat itp.)
  • decyzje projektowe oparte na topologii infrastruktury (infrastruktura IT i standardy warstwy)
  • dostosowanie najlepszych strategii systemów chłodzenia

ulepszenie konfiguracji systemu chłodzenia centrum danych jest kluczową szansą dla projektanta HVAC, aby zmniejszyć zużycie energii. Niektóre z różnych strategii chłodzenia, które projektanci i inżynierowie stosują w celu oszczędzania energii, to:

  • Klimatyzatory i centrale wentylacyjne
    najczęstszymi typami są klimatyzatory (AC) lub centrale wentylacyjne do pomieszczeń komputerowych (CRAH), które wydmuchują zimne powietrze w wymaganym kierunku, aby usunąć gorące powietrze z otoczenia.
  • Przejście gorące/Przejście zimne
    zimne powietrze (lub przejście) jest przekazywane do przedniej części szafy serwerowej, a gorące powietrze wychodzi z tylnej części szafy. Głównym celem jest zarządzanie przepływem powietrza w celu oszczędzania energii i obniżenia kosztów chłodzenia. Poniższy obraz przedstawia przepływ zimnego i gorącego powietrza w centrum danych.
  • izolacja korytarzy gorących/zimnych
    Izolacja korytarzy gorących/zimnych odbywa się głównie w celu oddzielenia zimnego i gorącego powietrza w pomieszczeniu i usunięcia gorącego powietrza z szafek. Poniższy obraz pokazuje szczegółowy przepływ powietrza zimnego i gorącego zamknięcia indywidualnie.

przejście na gorąco przejście na zimno ASHRAE 90.4

  • chłodzenie cieczą
    Systemy chłodzenia cieczą zapewniają alternatywny sposób rozpraszania ciepła z systemu. Podejście to obejmuje klimatyzatory lub czynniki chłodnicze z zimną wodą w pobliżu źródła ciepła.
  • Green cooling
    Green cooling(lub free cooling) to jedna z zrównoważonych technologii stosowanych w centrach danych. Może to obejmować po prostu otwarcie okna centrum danych pokrytego filtrami i żaluzjami, aby umożliwić naturalne techniki chłodzenia. Takie podejście oszczędza ogromną ilość pieniędzy i energii.

określenie właściwej kombinacji tych technik chłodzenia może być trudne. Oto jak symulacja CFD może ułatwić to zadanie.

Studium Przypadku: Ulepszenie systemów chłodzenia centrów danych

Computational fluid dynamics (CFD) może pomóc inżynierom HVAC i projektantom centrów danych w modelowaniu wirtualnego centrum danych i szybkim i wydajnym badaniu temperatury, prędkości przepływu powietrza i pól ciśnienia. Analiza numeryczna przedstawia zarówno wizualne kontury 3D, jak i dane ilościowe, które są bardzo szczegółowe, a jednocześnie łatwe do zrozumienia. Obszary złożonego przepływu recyrkulacyjnego i hotspotów są łatwo wizualizowane, aby pomóc zidentyfikować potencjalne wady projektowe. Wdrażanie różnych decyzji i strategii projektowych do modelu wirtualnego jest stosunkowo proste i może być symulowane równolegle.

Systemy chłodzenia centrów danych: Przegląd projektu

do celów tego badania wykorzystaliśmy projekt symulacji z biblioteki projektów publicznych SimScale, który bada dwa różne projekty systemów chłodzenia centrów danych, ich wydajność chłodzenia i zużycie energii. Może być swobodnie kopiowany i używany przez każdego użytkownika SimScale.

dwa scenariusze projektowe przedstawiono na rysunku poniżej:

porównanie projektu systemu chłodzenia centrum danych

pierwszy projekt, który rozważymy, wykorzystuje konfigurację podniesionej podłogi, system chłodzenia, który jest często wdrażany w centrach danych. Gdy ta technika jest stosowana, zimne powietrze dostaje się do pomieszczenia przez perforowane płytki w podłodze, a to z kolei chłodzi szafy serwerowe. Dodatkowo w drugim modelu zastosowano izolację korytarza gorącego i obniżoną konfigurację sufitu, aby poprawić wydajność chłodzenia. Wykorzystamy kontrakty CFD do przewidywania i porównywania wydajności obu projektów i określenia najlepszej strategii chłodzenia.

standardy centrum danych ASHRAE: wyniki symulacji CFD

projekt bazowy systemu chłodzenia centrum danych

zbadaliśmy rozkład temperatury i pole prędkości wewnątrz serwerowni dla obu konfiguracji projektowych. Poniższe obrazy po przetworzeniu przedstawiają pola prędkości i temperatury dla środkowej części projektu linii bazowej. Można zaobserwować, że gorące powietrze jest obecne w rejonie przejścia zimnego. Wynika to z mieszania zarówno zimnych, jak i gorących przejść w otoczeniu centrum danych. Maksymalna prędkość dla tego projektu bazowego wynosi 0,44 m / s Przy zakresie temperatur od 28,6 do 49,7 stopni Celsjusza.

kontur temperatury pokazuje, że strefy między dwoma szafami serwerowymi są znacznie bardziej chłodzone w porównaniu z innymi. Przyczyny tego można zrozumieć, patrząc na wzorce przepływu.

na powyższym obrazku widać, że w rzędach serwerów, w których znajdują się wloty, górna część regałów widzi zstępujący kierunek przepływu, zamiast pożądanego rosnącego przepływu z samych wlotów. Wynika to z silnych prądów recyrkulacyjnych napędzanych przez termiczne siły wyporu. Efekt ten jest bardzo niepożądany, ponieważ zmniejsza skuteczność chłodzenia specjalnie dla górnych półek regałów serwerowych. Efekt ten można zminimalizować poprzez umożliwienie prawidłowego przepływu powietrza nad szafami, poprzez zwiększenie wysokości sufitu, umieszczenie bardziej rozproszonych wylotów na suficie lub użycie jakiegoś aktywnego systemu kontroli przepływu (wentylatorów) do kierowania przepływu nad szafami serwerowymi. Lub prościej, zapobiegając swobodnemu cyrkulacji gorącego powietrza pochodzącego z regałów.

standardy centrum danych ashrae

wykres temperatury pokazuje znaczną stratyfikację temperatury, której należy się spodziewać ze względu na duże prądy recyrkulacji. Możemy zauważyć, że tylko najniższe serwery otrzymują odpowiednie chłodzenie.

Ulepszona konstrukcja systemu chłodzenia centrum danych

kolejne dwa zdjęcia pokazują prędkość i rozkład temperatury dla ulepszonego scenariusza projektowania, panel sekcji środkowej.

standardy centrum danych ashrae

pole prędkości pokazuje, że przepływ jest teraz kierowany do gniazd. Wynika to z obecności przechowalni na górze regałów. Skutkuje to również lepszym rozkładem temperatury. Strefy zimne między szafami serwerowymi są szczególnie wydłużone.

standardy centrum danych ashrae

powyższy obraz pokazuje, w jaki sposób gorące zabezpieczenie zapobiega recyrkulacji wznoszącego się przepływu z powrotem do rzędów wlotowych. Skutkuje to czystszym ogólnym wzorcem przepływu w porównaniu z tym, co zaobserwowano w poprzednim projekcie. Oczywiste jest również, że nowa konstrukcja zmniejsza stratyfikację temperatury, szczególnie w zamkniętych regionach między serwerami.

standardy ashrae data center

średnia temperatura obliczona dla każdej szafy jest niższa dla ulepszonej konstrukcji o około 23%.

znajduje to również odzwierciedlenie w zmniejszeniu ilości energii, która musi być dostarczona do serwera, aby zapobiec przegrzaniu. Osiągnięto średnio 63% oszczędności energii dla systemu chłodzenia centrum danych.

standardy centrum danych ashrae

Systemy chłodzenia centrum danych: Wnioski &zgodność ze standardami ASHRAE Data Center

typowe centrum danych może zużywać nawet 25 000 gospodarstw domowych. Wraz ze wzrostem kosztów energii elektrycznej, zwiększenie efektywności energetycznej stało się głównym problemem dzisiejszych projektantów centrów danych.

to studium przypadku było tylko małą ilustracją tego, w jaki sposób symulacja CFD może pomóc projektantom i inżynierom w zatwierdzaniu decyzji projektowych i dokładnym przewidywaniu wydajności systemów chłodzenia centrów danych, aby zapewnić, że energia nie jest marnowana, i zgodnie ze standardami centrum danych ASHRAE. Cała analiza została wykonana w przeglądarce internetowej i zajęła tylko kilka godzin czasu ręcznego i obliczeniowego. Aby dowiedzieć się więcej, obejrzyj nagranie z webinarium:

jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o standardach ASHRAE data center oraz o tym, w jaki sposób symulacja CFD pomaga inżynierom i architektom ulepszać systemy HVAC centrów danych wraz z ogólną wydajnością budynku, Pobierz ten bezpłatny dokument.

  • W. V. Heddeghem et al., Trends in worldwide ICT electricity consumption from 2007 to 2012, Comput. Commun., vol. 50, s. 64-76, 2014
  • Top 10 Wskazówki dotyczące oszczędzania energii dla bardziej ekologicznego centrum danych, Info-Tech Research Group, Londyn, ON, Kanada, kwiecień. 2010, http://static.infotech.com/downloads/samples/070411_premium_oo_greendc_top_10.pdf
  • ASHRAE Standard 90.4 – 2016-standard energetyczny dla centrów danych, https://www.techstreet.com/ashrae/standards/ashrae-90-4-2016

Skonfiguruj własną symulację opartą na chmurze przez internet w kilka minut, tworząc konto na platformie SimScale. Nie jest wymagana instalacja, specjalny sprzęt ani karta kredytowa.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.

lg