Chłodzenie serwerowni, a optymalizacja zużycia energii elektrycznej

Opracował: Zenon Ruta, Nordea Bank AB Oddział w Polsce S.A., 2015

Grupa Nordea

■ Nordea jest wiodącą grupą finansową

w północnej Europie oraz w regionie

Morza Bałtyckiego i oferuje usługi w ramach

bankowości detalicznej, bankowości

korporacyjnej i instytucjonalnej oraz

ubezpieczenia.

■ Aktywa grupy wynoszą 679,9 mld EUR,

dwukrotnie więcej niż łączne aktywa

polskiego sektora bankowego

■ Nordea jest światowym liderem bankowości

internetowej z 6,1 mln klientów

■ W Polsce Nordea jest obecna w Łodzi: Nordea

Operations Centre, które świadczy usługi

skandynawskim oddziałom banku i w Trójmieście,

gdzie znajdują się działy IT wspierające Grupę:

Nordea IT Polska i Capital Markets IT.

Źródło: materiały wewnętrzne Grupy Nordea, 06.2015

I. Struktura zużycia energii elektrycznej w Ośrodku Przetwarzania Danych (OPD)

II. Podstawowe pojęcia z zakresu klimatyzacji

III. Wykres psychrometryczny

IV. Zasada działania systemu chłodzenia z funkcją free-cooling

V. Dobór poziomu wilgotności powietrza

VI. Przykład - awaria nawilżacza

VII. Podsumowanie

Konspekt prelekcji

I. Struktura zużycia energii elektrycznej w OPD

I. Struktura zużycia energii elektrycznej w OPD

1 The Green Grid - „PUE: A comprehensive examination of the metric„.2 Schneider Electric – Data Center Science Center White Paper 113 Rev 2

Wskaźnik efektywności wykorzystania energii elektrycznej w OPD - PUE (Power Usage Effectiveness) został zdefiniowany przez The Green Grid w 2007 roku.

��� �������� ��������

��������� �����������

1

Rozpływ energii elektrycznej w typowym OPD 2

(dwutorowe zasilanie, N+1 CRAC, wykorzystanie OPD w 30%)

PUE 2,13 1,76

Moc [kW] % [kW] %

Chiller 245 23% 82 9%

Humidifier 32 3% 11 1%

CRAC/CRAH 160 15% 160 18%

IT Equipment 500 47% 500 57%

PDU 32 3% 32 4%

UPS 64 6% 64 7%

Lighting / aux devices 21 2% 21 2%

Switchgear / generator

11 1% 11 1%

Razem: 1064 100% 879 100,0%

Rozpływ mocy w typowym Data Center1

1 Schneider Electric – Data Center Science Center White Paper 113 Rev 2

Wyliczenia kosztów energii elektrycznej dla przykładowego OPD

Koszt energii elektrycznej w ciągu roku brutto wyniosą około: 4,19 mln zł 3,47 mln zł

Przyjmując cenę energii elektrycznej około 450 zł brutto / MWh

I. Struktura zużycia energii elektrycznej w OPD

PUE 2,13 1,76

Moc [kW] % [kW] %

Chiller 245 23% 82 9%

Humidifier 32 3% 11 1%

CRAC/CRAH 160 15% 160 18%

IT Equipment 500 47% 500 57%

PDU 32 3% 32 4%

UPS 64 6% 64 7%

Lighting / aux devices 21 2% 21 2%

Switchgear / generator

11 1% 11 1%

Razem: 1064 100% 879 100,0%

Rozpływ mocy w typowym Data Center1

1 Schneider Electric – Data Center Science Center White Paper 113 Rev 2

Wyliczenia kosztów energii elektrycznej dla przykładowego OPD

Koszt energii elektrycznej w ciągu roku brutto wyniosą około: 4,19 mln zł 3,47 mln zł

Przyjmując cenę energii elektrycznej około 450 zł brutto / MWh

I. Struktura zużycia energii elektrycznej w OPD

II. Podstawowe pojęcia z zakresu klimatyzacji

• Powietrze suche - mieszanina gazów

• 78% - azot (N2), 21% - tlen (O2), niecały 1% - inne gazy.

• V = 1m3, mp = 1kg (t = 20oC, pp = 1000hPa, RH% = 0%).

Zagrożenie ładunkami elektrostatycznymi.

• Powietrze wilgotne – mieszanina powietrza suchego oraz zawartej w nim wody,

która może znajdować się w stanie gazowym, ciekłym lub stałym.

• V = 1m3, mp = 1kg, mw = 0,0074kg (t = 20oC, pp = 1000hPa, RH% = 50%).

II. Podstawowe pojęcia z zakresu wentylacji i klimatyzacji

• Powietrze suche - mieszaniną gazów

• 78% - azot (N2), 21% - tlen (O2), niecały 1% - inne gazy.

• V = 1m3, mp = 1kg (t = 20oC, pp = 1000hPa, RH% = 0%).

Zagrożenie ładunkami elektrostatycznymi.

• Powietrze wilgotne – mieszanina powietrza suchego oraz zawartej w nim wody,

która może znajdować się w stanie gazowym, ciekłym lub stałym.

• V = 1m3, mp = 1kg, mw = 0,0074kg (t = 20oC, pp = 1000hPa, RH% = 50%).

II. Podstawowe pojęcia z zakresu wentylacji i klimatyzacji

• Wilgotność bezwzględna – masa pary wodnej wyrażona w gramach zawarta w

1m3 powietrza.

• Wilgotność właściwa – masa pary wodnej wyrażona w gramach przypadająca

na 1kg powietrza (powietrza ważonego razem z parą wodną).

• Wilgotność względna – wyrażony w procentach stosunek ciśnienia

cząsteczkowego pary wodnej zawartej w powietrzu do ciśnienia cząstkowego

pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze (RH %).

• Temperatura punktu rosy – jest to temperatura w której para wodna osiąga

stan nasycenia, czyli jest to temperatura w której może rozpocząć się proces

skraplania pary wodnej (przy zastanym składzie i ciśnieniu powietrza).

II. Podstawowe pojęcia z zakresu wentylacji i klimatyzacji

• Wilgotność bezwzględna – masa pary wodnej wyrażona w gramach zawarta w

1m3 powietrza.

• Wilgotność właściwa – masa pary wodnej wyrażona w gramach przypadająca

na 1kg powietrza (powietrza ważonego razem z parą wodną).

• Wilgotność względna – wyrażony w procentach stosunek ciśnienia

cząsteczkowego pary wodnej zawartej w powietrzu do ciśnienia cząstkowego

pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze (RH %).

• Temperatura punktu rosy – jest to temperatura w której para wodna osiąga

stan nasycenia, czyli jest to temperatura w której może rozpocząć się proces

skraplania pary wodnej (przy zastanym składzie i ciśnieniu powietrza).

II. Podstawowe pojęcia z zakresu wentylacji i klimatyzacji

III. Wykres psychrometryczny

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

Psychrometr Assmanna

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

0.008

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

0.008

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

12oC

0.008

III. Wykres psychrometryczny

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

12oC

44%

1

0.008

IV. Zasada działania systemu chłodzenia z funkcją free-cooling

IV. Zasada działania systemu chłodzenia z funkcją free-cooling

IV. Zasada działania systemu chłodzenia z funkcją free-cooling

IV. Zasada działania systemu chłodzenia z funkcją free-cooling

Podniesienie wartości temperatury w zimnym korytarzu umożliwi zmianę parametrów pracy systemu klimatyzacyjnego, które

przełożą się na podwyższenie progu temperatury zewnętrznej przy którym możliwe będzie wykorzystywanie „Free Coolingu”

- czyli skróci się czas pracy sprężarek w chillerach.

Przykładowe dobowe wykresy temperatur w okresie całego roku oraz spodziewane okresy czasu pracy systemu

klimatyzacyjnego z wykorzystaniem funkcji „Free Coolingu”.

Praca z Free Coolingiem

Praca sprężarek

IV. Zasada działania systemu chłodzenia z funkcją free-cooling

Praca z Free Coolingiem

Praca sprężarek

IV. Zasada działania systemu chłodzenia z funkcją free-coolingPodniesienie wartości temperatury w zimnym korytarzu umożliwi zmianę parametrów pracy systemu klimatyzacyjnego, które

przełożą się na podwyższenie progu temperatury zewnętrznej przy którym możliwe będzie wykorzystywanie „Free Coolingu”

- czyli skróci się czas pracy sprężarek w chillerach.

Przykładowe dobowe wykresy temperatur w okresie całego roku oraz spodziewane okresy czasu pracy systemu

klimatyzacyjnego z wykorzystaniem funkcji „Free Coolingu”.

V. Dobór poziomu wilgotności powietrza

V. Dobór poziomu wilgotności powietrza

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

9oC

0.0075

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

14oC

1

9oC

V. Dobór poziomu wilgotności powietrza

0.0075

0.010

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

V. Dobór poziomu wilgotności powietrza

1

9oC6oC

0.0075

0.006

2 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

V. Dobór poziomu wilgotności powietrza

1 2011 Thermal Guidelines for Data Processing Environments, ASHRAE TC 9.9

ASHRAE Termal Guideline1

Recommended

2

Allowable

9oC6oC

0.0075

0.006

VI. Przykład - awaria nawilżacza

VI. Przykład - awaria nawilżacza

III zmiana I zmiana II zmiana

1 2 3 4

1. Awaria nawilżacza.

2. Ustabilizowanie się poziomu wilgotności względnej w serwerowni (temperatura punktu rosy < temperatury wody lodowej).

3. Spadek wilgotności spowodowany np. schłodzeniem wody lodowej poniżej temperatury punktu rosy.

4. Uruchomienie naprawionego nawilżacza.

Wykres wilgotności RH powietrza w zimnych korytarzach

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

9oC

VI. Przykład - awaria nawilżacza

0.0075

1 Carrier Corporation Cat. No. 794-001, dated 1975

1

9oC7oC

VI. Przykład - awaria nawilżacza

0.0075

0.006

Systemy chłodnicze z funkcją free-coolingu mogą pracować bardzo efektywnie nawet w okresach wyższych temperatur.

Szczególnie korzystne może być stosowanie nieco wyższych temperatur wewnątrz komory serwerowej, co musi być powiązane z podwyższeniem parametrów pracy systemu chłodzącego powietrze.

Układy automatyki mogą dostosowywać temperaturę wody lodowej do zadanej temperatury wewnątrz komory serwerowej, ale dodatkowo powinny uwzględniać poziom wymaganej wilgotności powietrza.

Taki układ powinien współpracować z system nawilżania powietrza i regulować temperaturę wody lodowej w pobliżu temperatury punktu rosy w ten sposób, aby niepotrzebnie nie powodować osuszania powietrza.

VII. Podsumowanie

Dziękuję

Zenon.Ruta@nordea.com