Современный ЦОД. Как сократить энергопотери

Сегодня расходы на электроэнергию являются одной из самых крупных затрат современных центров обработки данных. На долю дата-центров приходится около 1-2% всего электричества, которое вырабатывается в мире. При этом на полезную вычислительную работу расходуется всего лишь треть этой энергии.

Наибольшее количество энергии приходится на работу системы охлаждения, организованной на базе чиллеров или DX –систем (прецизионные кондиционеры с прямым расширением). Эти системы потребляют до 45% энергии. Еще около 12% просто теряется при распределении в электросетях и бесперебойниках. Более подробно распределение потребления энергии представлено на рисунке.

Можно ли сэкономить на охлаждении?

Высокие операционные расходы связаны в первую очередь с такой характеристикой современного центра обработки данных как PUE. По сути это отношение общего энергопотребления дата-центра к энергопотреблению IT-оборудования. Коэффициент показывает, много ли энергии расходуется на работу обслуживающих систем. Хорошим показателем считается 1,2-1,4, к рекордным показателям относится 1,05-1,1.

Какие же технологии можно применить для сокращения расходов на охлаждение? Сегодня чаще всего применяются следующие подходы к охлаждению систем:

• Full free-cooling (FCC) – системы полного свободного охлаждения.
• чиллеры с функцией свободного охлаждения
• адиабатическое охлаждение
• разделение горячих и холодных коридоров
• оптимизация воздушных потоков
• спиральные компрессоры, двигатели с электронными коммутаторами.

Охлаждение с помощью наружного воздуха

Так называемый фрикулинг – это подход, предполагающий использование естественного холодного воздуха с улицы. Особенно этот подход актуален для стран с подходящими климатическими условиями, например, для России. В период холодов чиллеры с функцией свободного охлаждения могут обеспечивать охлаждение дата-центра без включения компрессора, на долю которого приходится наибольшая доля потребляемой энергии. В зависимости от конфигурации и рабочей нагрузки компрессор может понадобиться только при температуре «за бортом» более 5 градусов.

Благодаря такому подходу можно сократить расход на 40%. Для стран с холодным климатом, в том числе и для России среднегодовой коэффициент PUE при использовании этой схемы может достигать 1,3-1,4.

Системы полного свободного охлаждения (FCC) предполагают использование роторного теплообменника или т.н. рекуператора, которые осуществляет теплообмен между холодным воздухом снаружи и воздухом внутри дата-центра. Регулирование скорости рекуператора позволяет регулировать температуру.

В России такие системы внедряются компанией Ayaks Engineering, которая предлагает собственное запатентованное решение. Это решение позволяет использовать воздух с улицы при температуре до 22 градусов выше нуля. Когда температура снаружи поднимается выше этой отметки, подколючается система адиабатического охлаждения и компрессорный модуль DX. Компания утверждает, что применение решение позволяет экономить до 60% энергии и обеспечивает PUE на уровне 1,16 в среднем за год.

Альтернативная схема полного свободного охлаждения применяется в дата-центре Facebook в Прайнвилле, штат Орегон. В этом экспериментальном центре обработки добились показателей PUE 1,05-1,1 , применяя прямой фрикулинг. Здесь не используется рекуператор, вместо его реализована специализированная приточно-вытяжная вентиляционная установка со фильтрами, модулями подготовки наружного воздуха. Эта схема чрезвычайно энергоэффективна, но сложна в реализации. Ее можно реализовать при постройке нового центра обработки, но достаточно сложно внедрить в уже имеющееся здание.

Водяное охлаждение

Так называемое адиабатическое охлаждение предполагает использование воды, которая, как известно, обладает высокой теплоемкостью. Мельчайшие капли воды распыляются для поглощения тепла в процессе испарения.

Системы адиабатического охлаждения бывают двух видов: вода может распыляться на входе в вентиляционную установку, либо со стороны вытяжки (прямое и косвенное охлаждение, соответственно).

Лучше всего адиабатическое охлаждение работает в сухом и теплом климате, при увеличении влажности наружного воздуха ее эффективность падает. В зависимости от региона экономия электроэнергии может составлять до 90%, но при этом нужно учитывать, что появляется дополнительная статья расходов – вода.

Как повысить эффективность традиционного подхода

Одним из наиболее эффективных способов повысить эффективность традиционных систем охлаждения – организовать изоляцию горячих и холодных коридоров. По сведениям компании Schneider Electric, которая занимает ведущие позиции в разработке инженерных систем, этот подход позволяет сэкономить до 43% энергии ежегодно.

Еще один распространенный подход заключается в применении оборудования с электронно-коммутируемыми двигателями. Эти решения позволяют регулировать производительность в соответствии с нагрузкой. Это поможет сэкономить до 30% энергии.

Модульный принцип при построении ЦОД

Модульный подход позволяет достичь правильного баланса между нагрузкой на IT-оборудование и необходимой инженерной инфраструктурой. Кроме того, он позволяет быстро масштабировать центр обработки данных. Сегодня модульный подход чаще всего встречается в двух вариантах.

Первый вариант предполагает использование готовых модулей, произведенных на заводах вендора и полностью готовых к эксплуатации. При использовании стандартизированных модулей-контейнеров можно быстро развернуть дата-центр необходимой мощности, собирая его как конструктор. Сегодня многие производители предлагают такие решения.

Второй вариант реализации модульного подхода предполагает соответствующее архитектурное планирование и использование подходящих инженерных решений. Серверный зал обычно выделяется в отдельный модуль, укомплектованный полностью всеми необходимыми решениями. При необходимости расширить дата-центр этот «модуль» полностью тиражируется.

13.01.2016

К другим статьям