centrele de date și sistemele HVAC ale centrelor de date sunt infrastructuri critice, înfometate de energie, care funcționează non-stop. Acestea oferă funcții de calcul care sunt vitale pentru operațiunile zilnice ale organizațiilor economice, științifice și tehnologice de top din întreaga lume. Cantitatea de energie consumată de aceste Centre este estimată la 3% din consumul total de energie electrică la nivel mondial, cu o rată anuală de creștere de 4,4%. Desigur, acest lucru are un impact economic, de mediu și de performanță extraordinar, care face ca eficiența energetică a sistemelor de răcire să fie una dintre preocupările principale pentru proiectanții centrelor de date, înaintea considerentelor tradiționale de disponibilitate și securitate. Acest articol va discuta despre standardele Centrului de date ASHRAE care se corelează cu aceste preocupări.

standardele ASHRAE data center și studiile însoțitoare arată, de asemenea, că cel mai mare consumator de energie dintr-un centru de date tipic este infrastructura de răcire (50%), urmată de servere și dispozitive de stocare (26%) . Astfel, pentru a controla costurile în timp ce satisface cererea tot mai mare de facilități de centre de date, proiectanții trebuie să facă din infrastructura de răcire și eficiența energetică a acesteia obiectivul principal; introducerea standardelor ASHRAE data center.

Centrul de date HVAC: ce standarde trebuie respectate?

până de curând, aceasta era o sarcină dificilă datorită faptului că standardele industriale utilizate pentru evaluarea eficienței energetice a centrelor de date și a instalațiilor de servere erau inconsistente. Pentru a stabili o regulă de reglementare pentru măsurătorile de eficiență energetică HVAC din centrele de date, eficiența utilizării energiei (PUE) a fost introdusă în 2010. Cu toate acestea, a servit mai degrabă ca o metrică de performanță decât ca un standard de proiectare și încă nu a reușit să abordeze componentele de proiectare relevante, astfel încât problema a rămas.

noul standard de eficiență energetică ASHRAE 90.4

acest lucru a determinat Societatea Americană de ingineri de încălzire, refrigerare și Aer Condiționat (ASHRAE), una dintre principalele organizații responsabile de elaborarea liniilor directoare pentru diferite aspecte ale proiectării clădirilor, să dezvolte un nou standard care ar fi mai practic pentru industria centrelor de date. standardele ASHRAE data center concepute, ASHRAE 90.4, sunt în curs de dezvoltare de câțiva ani și au fost publicate în septembrie 2016, aducând un standard atât de necesar comunității centrelor de date. Potrivit ASHRAE, acest nou standard HVAC pentru centrele de date, printre altele, „stabilește cerințele minime de eficiență energetică ale centrelor de date pentru proiectare și construcție, pentru crearea unui plan de operare și întreținere și pentru utilizarea resurselor de energie regenerabilă la fața locului sau în afara amplasamentului.”

standardele Centrului de date ashrae modelul de răcire a Centrului de date
Modelul Centrului de date

în general, acest nou standard ASHRAE 90.4 conține recomandări pentru proiectarea, construcția, operarea și întreținerea centrelor de date. Acest standard ASHRAE data center abordează în mod explicit cerințele energetice unice ale centrelor de date, spre deosebire de clădirile standard, integrând astfel aspectele și riscurile mai critice legate de funcționarea centrelor de date. Și spre deosebire de metrica de eficiență energetică PUE, calculele din ASHRAE 90.4 se bazează pe componente reprezentative legate de proiectare. Organizațiile trebuie să calculeze eficiența și pierderile pentru diferite elemente ale sistemelor și să le combine într-un singur număr, care trebuie să fie egal sau mai mic decât cifrele maxime publicate pentru fiecare zonă climatică.

cum dinamica computațională a fluidelor vă poate ajuta să respectați ASHRAE 90.4

orice număr de strategii diferite de proiectare a sistemului de răcire sau variații de dispunere a podelei pot afecta rezultatele, modificând astfel eficiența, creând puncte fierbinți sau modificând cantitatea de infrastructură necesară pentru proiectare. Computational fluid dynamics (CFD) oferă o metodă de evaluare a noilor modele sau modificări ale modelelor existente înainte de a fi implementate în conformitate cu standardele ASHRAE data center.

pentru a afla cum CFD vă poate ajuta să reduceți consumul excesiv de energie al sistemelor dvs. de centre de date și să respectați ASHRAE 90.4, urmăriți acest webinar:

strategii de proiectare pentru reducerea consumului de energie al centrelor de date

proiectarea unei noi instalații de centre de date sau schimbarea uneia existente pentru a maximiza eficiența răcirii poate fi o sarcină dificilă. Strategiile de proiectare pentru reducerea eficienței energetice a unui centru de date includ:

  • poziționarea centrelor de date în funcție de condițiile de mediu (Locație geografică, climă etc.)
  • decizii de proiectare bazate pe topologia infrastructurii (infrastructura IT și standardele de nivel)
  • adaptarea celor mai bune strategii ale sistemului de răcire

îmbunătățirea configurației sistemului de răcire a centrelor de date este o oportunitate cheie pentru inginerul de proiectare HVAC de a reduce consumul de energie. Unele dintre diferitele strategii de răcire pe care proiectanții și inginerii le urmează pentru a economisi energie sunt:

  • Aparate de aer condiționat și manipulatoare de aer
    cele mai frecvente tipuri sunt un aparat de aer condiționat (AC) sau un dispozitiv de tratare a aerului din camera computerului (CRAH) care suflă aer rece în direcția necesară pentru a îndepărta aerul cald din zona înconjurătoare.
  • culoar cald/culoar rece
    aerul rece (sau culoarul) este trecut în fața rafturilor serverului și aerul cald iese din partea din spate a rafturilor. Scopul principal aici este de a gestiona fluxul de aer pentru a economisi energie și a reduce costurile de răcire. Imaginea de mai jos prezintă mișcările fluxului de aer rece și cald într-un centru de date.
  • izolare culoar cald/culoar rece
    izolarea culoarelor cald/rece se face în principal pentru a separa aerul rece și cald din cameră și pentru a îndepărta aerul cald din dulapuri. Imaginea de mai jos prezintă mișcarea detaliată a fluxului de aer de izolare la rece și la cald individual.

culoar cald culoar rece izolare ASHRAE 90.4

  • răcire cu lichid
    sistemele de răcire cu lichid oferă o modalitate alternativă de a disipa căldura din sistem. Această abordare include aparate de aer condiționat sau agenți frigorifici cu apă rece aproape de sursa de căldură.
  • răcirea Verde
    răcirea verde (sau răcirea gratuită) este una dintre tehnologiile durabile utilizate în centrele de date. Aceasta ar putea implica pur și simplu deschiderea unei ferestre a Centrului de date acoperite cu filtre și jaluzele pentru a permite tehnici naturale de răcire. Această abordare economisește o cantitate imensă de bani și energie.

identificarea combinației corecte a acestor tehnici de răcire poate fi o provocare. Iată cum simularea CFD poate face această sarcină mai ușoară.

Studiu De Caz: Îmbunătățirea sistemelor de răcire a centrelor de date

Computational fluid dynamics (CFD) poate ajuta inginerii HVAC și proiectanții centrelor de date să modeleze un centru de date virtual și să investigheze temperatura, viteza fluxului de aer și câmpurile de presiune într-un mod rapid și eficient. Analiza numerică prezintă atât conturarea vizuală 3D, cât și datele cantitative, care sunt foarte detaliate, dar ușor de înțeles. Zonele cu flux complex de recirculare și punctele fierbinți sunt ușor vizualizate pentru a ajuta la identificarea potențialelor defecte de proiectare. Implementarea diferitelor decizii și strategii de proiectare în modelul virtual este relativ simplă și poate fi simulată în paralel.

sisteme de răcire a centrelor de date: Prezentare generală a proiectului

în scopul acestui studiu, am folosit un proiect de simulare din biblioteca de proiecte publice SimScale care investighează două modele diferite de sisteme de răcire a centrelor de date, eficiența lor de răcire și consumul de energie. Poate fi copiat și utilizat în mod liber de orice utilizator SimScale.

cele două scenarii de proiectare sunt prezentate în figura de mai jos:

comparație de proiectare a sistemului de răcire a centrelor de date

primul design pe care îl vom lua în considerare folosește o configurație de podea ridicată, un sistem de răcire care este implementat frecvent în centrele de date. Când se utilizează această tehnică, aerul rece intră în cameră prin plăcile perforate din podea și, la rândul său, răcește rafturile serverului. În plus, al doilea model folosește izolarea culoarului cald și configurația tavanului coborât pentru a îmbunătăți eficiența răcirii. Vom folosi CFD pentru a prezice și compara performanța celor două modele și pentru a determina cea mai bună strategie de răcire.

ASHRAE Data Center Standards: rezultate simulare CFD

Proiectare de bază a sistemului de răcire a Centrului de date

am investigat distribuția temperaturii și câmpul de viteză din interiorul camerei serverului pentru ambele configurații de proiectare. Imaginile post-procesare de mai jos arată câmpurile de viteză și temperatură pentru secțiunea intermediară a designului de bază. Se poate observa că aerul cald este prezent în regiunea culoarului rece. Acest lucru se datorează amestecării atât a culoarelor reci, cât și a celor calde din Centrul de date din jur. Viteza maximă pentru acest proiect de bază este de 0,44 m / s cu un interval de temperatură de 28,6 până la 49,7 grade Celsius.

conturul temperaturii arată că zonele dintre cele două rafturi de server sunt mult mai răcite în comparație cu celelalte. Motivele pentru acest lucru pot fi înțelese prin analizarea modelelor de flux.

este evident în imaginea de mai sus că în rândurile serverului în care sunt prezente intrări, partea superioară a rafturilor vede o direcție descendentă a fluxului, în loc de fluxul ascendent dorit din intrările în sine. Acest lucru se datorează curenților puternici de recirculare acționați de forțele de flotabilitate termică. Acest efect este foarte nedorit, deoarece reduce eficacitatea răcirii special pentru rafturile superioare ale rafturilor serverului. Acest efect ar putea fi minimizat prin permiterea unui flux de aer adecvat deasupra rafturilor, fie prin creșterea înălțimii tavanului, plasarea unor prize mai distribuite pe tavan, fie prin utilizarea unui fel de sistem activ de control al fluxului (ventilatoare) pentru a direcționa fluxul deasupra rafturilor serverului. Sau mai simplu, împiedicând circulația liberă a aerului cald care vine din rafturi.

ashrae data center standards

graficul de temperatură arată o stratificare semnificativă a temperaturii, care este de așteptat având în vedere curenții mari de recirculare. Putem observa că numai serverele cele mai joase primesc o răcire adecvată.

design îmbunătățit al sistemului de răcire al Centrului de date

următoarele două imagini arată distribuția vitezei și temperaturii pentru scenariul de proiectare îmbunătățit, panoul secțiunii din mijloc.

ashrae standarde centru de date

câmpul de viteză arată că fluxul este acum condus la prizele. Acest lucru se datorează prezenței izolației deasupra rafturilor. Acest lucru duce, de asemenea, la o distribuție mai bună a temperaturii. Zonele reci dintre rafturile serverului sunt deosebit de extinse.

ashrae data center standards

imaginea de mai sus arată modul în care izolarea la cald împiedică recircularea fluxului ascendent înapoi la rândurile de admisie. Acest lucru are ca rezultat un model de flux general mai curat în comparație cu ceea ce s-a văzut în designul anterior. De asemenea, este evident că noul design reduce stratificarea temperaturii, în special în regiunile conținute între servere.

ashrae data center standards

temperatura medie calculată pentru fiecare rack este mai mică pentru designul îmbunătățit cu aproximativ 23%.

acest lucru se reflectă și în scăderea cantității de energie care trebuie furnizată serverului pentru a preveni supraîncălzirea. În medie, s-au realizat economii de energie de 63% pentru sistemul de răcire a centrelor de date.

standarde ashrae data center

sisteme de răcire a centrelor de date: Concluzii & conformitatea cu standardele ASHRAE Data Center

un centru de date tipic poate consuma la fel de multă energie ca 25.000 de gospodării. Odată cu creșterea costului energiei electrice, creșterea eficienței energetice a devenit principala preocupare pentru designerii de centre de date de astăzi.

acest studiu de caz a fost doar o mică ilustrare a modului în care simularea CFD poate ajuta proiectanții și inginerii să își valideze deciziile de proiectare și să prezică cu exactitate performanța sistemelor lor de răcire a centrelor de date pentru a se asigura că nu se pierde energie și în conformitate cu standardele ASHRAE data center. Întreaga analiză a fost făcută într-un browser web și a durat doar câteva ore de timp manual și de calcul. Pentru a afla mai multe, urmăriți înregistrarea webinarului:

dacă doriți să citiți mai multe despre standardele ASHRAE data center și despre modul în care simularea CFD ajută inginerii și arhitecții să îmbunătățească sistemele HVAC ale centrelor de date împreună cu performanța generală a clădirii, descărcați această carte albă gratuită.

  • W. V. Heddeghem și colab., Tendințe în consumul mondial de energie electrică TIC din 2007 până în 2012, Comput. Comun., vol. 50, PP. 64-76, Sep. 2014
  • Top 10 sfaturi de economisire a energiei pentru un centru de date mai ecologic, Info-Tech Research Group, Londra, ON, Canada, Apr. 2010, http://static.infotech.com/downloads/samples/070411_premium_oo_greendc_top_10.pdf
  • ASHRAE Standard 90.4 – 2016-Standard energetic pentru centrele de date, https://www.techstreet.com/ashrae/standards/ashrae-90-4-2016

Configurați-vă propria simulare bazată pe cloud prin web în câteva minute, creând un cont pe platforma SimScale. Nu este necesară instalarea, hardware-ul special sau cardul de credit.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.

lg