Чичьянц А.Е.
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ЦЕНТРОВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ *
Аннотация:
в статье рассмотрены различные методы повышения энергоэффективности систем кондиционирования в зданиях центров обработки данных. Предложены и оценены несколько вариантов для снижения затрат на электроэнергию и возможность продажи тепла от IT-оборудования сторонним потребителям и использования его для собственных нужд
Ключевые слова:
центр обработки данных, отопление, теплоснабжение, кондиционирование, энергоэффективность
УДК 628.8
Чичьянц А.Е.
студент-магистр,
кафедра теплогазоснабжения и вентиляции,
факультет инженерной экологии и городского хозяйства.
Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
(Россия, г. Санкт-Петербург)
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ЦЕНТРОВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Аннотация: В статье рассмотрены различные методы повышения энергоэффективности систем кондиционирования в зданиях центров обработки данных. Предложены и оценены несколько вариантов для снижения затрат на электроэнергию и возможность продажи тепла от IT-оборудования сторонним потребителям и использования его для собственных нужд.
Ключевые слова: центр обработки данных, отопление, теплоснабжение, кондиционирование, энергоэффективность.
Из-за увеличения спроса на системы хранения, сети и вычисления, число, размер, сложность и плотность мощностей центров обработки данных растут, что создает значительную проблему с энергопотреблением. Сейчас исследуются различные способы повышения энергоэффективности для обеспечения устойчивого роста отрасли и снижения эксплуатационных расходов. Системы кондиционирования потребляют большую часть энергии в центрах обработки данных, до 40% в случае неэффективного охлаждения.
Годовые затраты на электроэнергию
Высокое снижение потребления энергии можно достичь, используя тепло, выделяемое оборудованием, для отопления и теплоснабжения самого ЦОДа или продавая его сторонним потребителям. Рассмотрим годовые затраты на электроэнергию для гипотетического ЦОДа мощностью 1 МВт с различными вариантами охлаждения.
Для расчета возьмем средние по России тарифы на тепловую и электрическую энергию
Электричество - 5,7 руб./(кВт×ч)
Тепло - 1,8 руб./(кВт×ч)
Вариант 1 - Охлаждение с помощью холодильной установки с опцией фрикуллинга.
Фрикуллинг — это система естественного кондиционирования, которая охлаждает помещение за счет наружного холодного воздуха и является перспективным способом экономии энергии. Россия, как страна с холодным климатом, является отличным местом для применения этой технологии.
Рис. 1. Устройство системы free cooling
В этом случае расход электроэнергии для охлаждения основного оборудования будет состоять из расхода на вентиляцию серверного оборудования (около 70 кВт) и работы холодильной установки (в режиме машинного охлаждения - около 300 кВт, в режиме фрикуллинга - 30 кВт). При температуре хладогента 10/15°С режим фрикуллинга можно использовать около 4450 часов в год. Таким образом, годовое потребление электроэнергии N для охлаждения основного серверного оборудования может быть рассчитано по формуле:
,
где - время охлаждения в машинном режиме в течение года;
- время охлаждения в режиме фрикуллинга;
- потребляемая мощность вентиляторов прецизионных кондиционеров;
– потребляемая мощность холодильной машины в режиме машинного охлаждения;
- потребляемая мощность холодильной машины в режиме фрикуллинга.
Затраты на электрическую энергию для охлаждения оборудования за год составят:
= 5,7 2 026 200 = 11 549 340 руб.
Вариант 2 - Охлаждение вентиляционной установкой.
В этом случае электроэнергия будет расходоваться на работу вентиляторов и даже без дополнительной обработки воздуха (осушение, увлажнение, рекуперация и т. д.) будет не менее 250 кВт, т.е. годовые затраты составят:
где - время работы за год;
- потребляемая мощность вентиляционной установки,
= 8760250 = 2 167 500 кВтч
Затраты на электрическую энергию для системы охлаждения достигнут
= 5,7 2 167 500 = 12 354 750 руб.
Вариант 3 - Охлаждение холодильной установкой с рекуперацией тепла и реализацией этого тепла сторонним потребителям.
Такие системы требуют много места и увеличения объема помещений венткамер, что не всегда экономически выгодно, но представляют огромный потенциал для реализации тепла, выделяемого оборудованием.
Используя норматив потребления тепловой энергии для отопления жилых помещений (100Вт/кВ.м), теплотой ЦОДа мощностью 1 мВт можно подогревать до 25 куб.м/ч воды от 10 °С до 50 °С или отапливать до 10000 м.кв жилой площади.
Рис. 2. Схема реализации отводимого тепла
В этом случае потребляемая мощность на охлаждение основного серверного оборудования будет состоять из расхода на вентиляцию серверного оборудования (70 кВт) и работы холодильной установки (360 кВт):
= 5,7 = 21 470 760 руб.
Количество выделяемой теплоты от оборудования:
где - время работы;
- потребляемая мощность серверного оборудования,
При заданном тарифе на тепловую энергию выручка составит:
= 1,8 = 22 548 240 руб.
Рис. 3. Схема холодильной машины с рекуперацией тепла
Произведенные расчеты являются ориентировочными и для каждого конкретного объекта должны быть уточнены и проверены для выбора наиболее оптимального варианта охлаждения.
Оценка энергоэффективности
Для оценки энергоэффективности используется коэффициент энергоэффективности ЦОДа (PUE), чем он меньше, тем эффективнее используется энергияя, для различных вариантов охлаждения, в стоимостном выражении может быть рассчитан по следующей формуле:
PUE =
где - затраты на электроэнергию для основного серверного оборудования за год,
- затраты на электроэнергию для охлаждения основного серверного оборудования за год.
= 3,287601000 = 49 932 000 руб.
В таблице 1 представлены итоги расчета.
Таблица 1 – Итоги расчета
|
Вариант |
Росн, руб. |
Р, руб |
PUE |
|
1 |
49 932 000 |
11 549 340 |
1,23 |
|
2 |
49 932 000 |
12 354 750 |
1,25 |
|
3 |
49 932 000 |
-1 077 480 |
0,98 |
Вывод: Использование вентиляционной установки является наиболее эффективным решением, которое позволит возместить часть затрат на электроэнергию.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №5 (62) том 3
Ссылка для цитирования:
Чичьянц А.Е. ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ЦЕНТРОВ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ // Вестник науки №5 (62) том 3. С. 853 - 859. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/8313 (дата обращения: 23.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+