РЕКОМЕНДАЦИИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФЕКТИВНОСТИ ИНЖЕНЕРНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЦОД - Проект Монтаж Строительство Инженерные сети Слаботочка

ВЫПОЛНЕННЫЕ ПРОЕКТЫ

РЕКОМЕНДАЦИИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФЕКТИВНОСТИ ИНЖЕНЕРНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЦОД

Разработали ЭЭФ меры по увеличению энергоэффективности ЦОД.

проект ЭЭФ цод

ЭЭФ

В настоящей концепции предложены технические решения, которые отвечают современному уровню развития инженерных систем и, в то же время, хорошо зарекомендовали себя на практике при строительстве многочисленных ЦОД. Такой подход позволяет обеспечить высокую степень реализуемости объекта с заданными техническими характеристиками.

Тем не менее, существует ряд технических решений, направленных на дальнейшее повышение эффективности работы инженерной инфраструктуры, на которые следует обратить внимание заказчика с целью принятия решения о целесообразности их использования на дальнейших этапах реализации проекта. В первую очередь это относится к показателям энергоэффективности.

Для ее оценки в последнее время используется коэффициент PUE (Power Usage Effectiveness), предложенный консорциумом Green Grid. PUE рассчитывается как отношение количества энергии, поступающей в дата-центр, к количеству энергии, расходуемой компьютерной инфраструктурой внутри него. Для многих работающих ныне ЦОД, как в России, так и за рубежом, PUE составляет от 2 до 2,5. Наилучшее достигнутое в настоящее время значение PUE составляет около 1,2. Такое значение достижимо для объектов, специально спроектированных только для размещения ЦОД. При этом собственно дата-центр образуется набором изолированных модулей, установленных на единой площадке и связанных собственной системой коммуникаций. Ясно, что в нашем случае такой подход не применим.

Расчётные значения PUE в соответствии с предлагаемой концепцией составили: для ЦОД1 – 2,0; для ЦОД2 – 1,76, что является хорошим показателем в случае размещения ЦОД в здании общего использования. В то же время, такие величины говорят о возможности дальнейшего совершенствования инженерного обеспечения в сторону повышения энергоэффективности.

Другим важнейшим показателем, определяющим эффективность функционирования ЦОД, является стоимость владения или соотношение затрат на строительство и эксплуатацию за определённый период. Опыт использования ЦОД показывает: эксплуатация дата-центров уже настолько дорога, что, по отдельным оценкам, к концу 2009 г. стоимость трехгодичного владения превысила стоимость развертывания.

Ниже предложен ряд технических решений, направленных на повышение указанных показателей эффективности.

Динамические ИБП

Динамические ИБП представляют собой комбинацию из ДГУ и электрического мотор-генератора. В нормальном режиме нагрузка питается от мотор-генератора, подключённого к сети общего электроснабжения. Мотор-генератор обеспечивает полную развязку от внешней сети и фильтрацию помех и гармоник. При возникновении аварийной ситуации в сети автоматически запускается ДГУ и поддерживает работу мотор-генератора. Автономность работы динамического ИБП в момент кратковременных сбоев в сети электроснабжения, а также на время запуска ДГУ обеспечивается вращением массивного маховика за счёт энергии, запасённой им при работе в нормальном режиме. Практика применения данных систем подтверждает их высокую надёжность и стабильность работы. Динамический ИБП полностью обеспечивает нагрузку гарантированным и бесперебойным электроснабжением, заменяя собой традиционный набор из аккумуляторных ИБП и резервных ДГУ.

Неоспоримым преимуществом динамических ИБП является практически полное отсутствие аккумуляторных батарей (за исключением стартерной батареи ДГУ)  и, следовательно, необходимости их периодической (ориентировочно, раз в 3…5 лет) замены. Кроме того, за счёт отсутствия батарей значительно экономится площадь размещения оборудования и отпадает потребность в системе прецизионного кондиционирования для помещения ИБП.

Недостатками данных систем являются значительно больший уровень шума в нормальном режиме работы и, пока ещё, малая распространённость их в России. Принимая во внимание, что на объекте должны быть выделены соответствующие помещения для ДГУ, которые могут быть использованы для размещения динамических ИБП, влияние производимого ими шума на жизнедеятельность всего здания будет минимальным. Кроме того, начальная стоимость оборудования динамических ИБП выше традиционных систем, что компенсируется за счёт меньших затрат на эксплуатацию (срок окупаемости - к моменту первой замены батарей традиционных ИБП).

На настоящий момент наиболее доступным в России является оборудование европейских компаний PILLER и Hitec Power Protection. Это оборудование имеет сходные параметры и отличается, в основном, конструктивным исполнением, что предполагает различную компоновку при размещении. В зависимости от конфигурации помещения может быть предпочтительнее то или иное оборудование.

Ниже представлена типовая структура организации гарантированного и бесперебойного питания для ЦОД по TIER 3 на примере продукции компании PILLER.

ЦОД

В дополнение к уже описанным в настоящей концепции решениям следует ещё раз  обратить внимание на следующие меры по повышению энергоэффективности ЦОД. 

1.      Зимой холодный приточный воздух должен иметь возможность пройти в помещение IT зала или в помещение ИБП по секции либо с подогревом, если температура вытяжного воздуха ниже уставки и кондиционеры выключены, или по секции без подогрева, когда температура воздуха в машинном зале выше уставки. Это позволит дополнительно снимать теплоизбытки из машинного зала за счет наружного воздуха и тем самым экономить ресурс чиллеров и кондиционеров. Кроме того при подаче воздуха без подогрева не будет снижается влажность в результате нагрева воздуха, что позволит снизить нагрузку на пароувлажнитель, который потребляет большое количество энергии.

2.      Приточные решетки необходимо разместить по холодному коридору, а вытяжные по горячему коридору.

3.      Вытяжной воздух из “горячих коридоров” ЦОД, посредством промежуточных теплообменников, можно использовать для приготовления горячей воды, и в системе вентиляции здания, путем пропускания теплого вытяжного воздуха через теплообменники ГВС. Кроме того вытяжной воздух можно использовать для работы воздушо-тепловых завес на входах.

4.      Летом когда наружная температура выше уставки, применить режим рециркуляции вытяжного воздуха с очисткой и контролем СО2.

5.      Должна быть установлена система управления освещением. Освещение в залах без постоянного присутствия людей должно выключаться по датчику движения, при отсутствии в помещении людей, при этом часть светильников должны обеспечивать постоянное дежурное освещение 10%-15%. Такая система позволит экономить 37% - 55% электроэнергии.

6.      Для экономии на системе ИБП, возможна установка баков - аккумуляторов холодоносителя в контуре холодоснабжения. Первоначальный холод будет использоваться как для охлаждения оборудования, так и для накопления в баках. В случае пропадания электропитания, система управления переключает систему холодоснабжения на внутренний контур баков-аккумуляторов, используя накопленный в них холод на охлаждение оборудования. После перехода системы на резервное электропитания (ДЭС), охлаждение снова переключается на контур чиллеров. Таким образом мощность ИБП можно значительно сократить, не закладывая в их нагрузку мощности чиллеров.

7.      Насосы для систем вентиляции, холодоснабжения должны оборудоваться частотно-регулируемым приводами.

8.      Предпочтительное применение спиральных компрессоров в холодильных машинах, как наиболее экономичных (индекс холодопроизводительности 7.1v).

9.      При проектировании инфраструктуры машинного зала, необходимо исходить из понятия максимальной модульности и разбивать общий зал на максимально большее число независимых изолированных зон и независимых охлаждаемых коридоров. Для управления каждым коридором должна быть построена собственная система автоматизации. Таким образом, можно поддерживать уровень потребляемой энергии в зависимости от текущей загруженности вычислительных мощностей Дата-центра. Для нагруженных стоек это температура 20 – 23 градуса, для ненагруженных – до 27 градусов. То есть подача холодильной мощности будет производиться только на задействованные стойки, если стойка не задействована то подача охлажденного воздуха для нее не производится. При этом поддержание температуры в нутрии каждого коридора будет независимым. Сами серверные стойки должны быть оборудованы системой мониторинга температуры и вытяжными вентиляторами с переменной скоростью вращения, которая регулируется по температуре в каждой стойке.

10.  Контроль эффективности охлаждения должен осуществляться BMS при помощи регулировки статического давления воздуха, подаваемого в холодный коридор. Это позволит максимально эффективно использовать мощности чиллеров и избежать перерасхода выработки холодоносителя. Так же данный метод позволит поднять температуру подаваемого в холодный коридор воздуха до 20-23 градусов.

11.  Должна быть установлена разветвленная система контроля электрических мощностей по стойкам машинного зала и до технологического оборудования, обслуживающего ЦОД. Контроль потребления электроэнергии позволит не только мониторить “узкие места” при компоновке аппаратуры, но и выявлять потенциально возможные места сбоев.

12.  Система управления (BMS) должна быть построена по иерархической структуре Стойка-Охлаждаемый коридор-Зона-Машинный зал, таким образом будет обеспечиваться динамическое и максимально гибкое регулирование расхода энергоресурсов.