topics:10:energy_saving []

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Подходы к энергосбережению на основе данных ======

===== Общая концепция =====
Энергосбережение в ЦОД достигается за счёт анализа показаний сенсорных систем и адаптивного управления охлаждением.  
Основные направления:
  * отключение недогруженных CRAC/CRAH и чиллеров (режим «air-side economizer»);
  * оптимизация уставок температуры и влажности;
  * регулировка частоты вентиляторов и насосов (VFD);
  * управление притоком наружного воздуха при соблюдении микроклиматических условий.

===== Составляющие энергопотребления охлаждения =====
Общая мощность охлаждения ЦОД складывается из двух компонентов:
<WRAP center>
$$
P_{\text{Cool}} = P_{\text{Chill}} + P_{\text{CRAC}}
$$
</WRAP>

где:  
  * \( P_{\text{Chill}} \) — мощность, потребляемая системой холодоснабжения (чиллеры, насосы, градирни);  
  * \( P_{\text{CRAC}} \) — мощность, затрачиваемая на циркуляцию воздуха через кондиционеры залов.

Для оценки эффективности применяется **коэффициент производительности COP (Coefficient of Performance)**:
<WRAP center>
$$
COP = \frac{P_{\text{RF}}}{P_{\text{Cool}}}
$$
</WRAP>
где \( P_{\text{RF}} \) — тепловая мощность, отводимая от серверного оборудования.

===== Базовая и фактическая мощности =====
Сравнение «до» и «после» внедрения мер энергосбережения осуществляется через две функции:

<WRAP center>
$$
P^{BAU}_{Cool}(t) = \frac{P_{RF}(t)}{COP(t=0)} \\
P^{Actual}_{Cool}(t) = \frac{P_{RF}(t)}{COP(t)}
$$
</WRAP>

**Экономия мощности:**
<WRAP center>
$$
P^{Savings}_{Cool}(t) = P^{BAU}_{Cool}(t) - P^{Actual}_{Cool}(t)
$$
</WRAP>

**Суммарная экономия энергии** за интервал времени \([t_1, t_2]\):
<WRAP center>
$$
E^{Savings}_{Cool}(t) = \int_{t_1}^{t_2} P^{Savings}_{Cool}(t) \, dt
$$
</WRAP>

===== Влияющие факторы =====
^ Параметр ^ Источник данных ^ Влияние на энергопотребление ^
| Наружная температура \(T_{OS}\) | Метеоданные, сенсоры на воздухозаборе | Определяет возможность работы economizer (естественного охлаждения) |
| Уставка подачи воздуха \(T_S\) | CRAC/CRAH | Чем выше уставка, тем выше COP и меньше энергозатраты |
| Температурный градиент \(ΔT\) | Сенсоры T на входе/выходе стойки | Определяет эффективность теплообмена и загрузку охлаждения |
| Скорость вентиляторов | Приводы VFD | Изменение мощности ∝ n³, сильное влияние на потребление |
| Влажность и точка росы | Сенсоры RH | Управление притоком наружного воздуха без конденсации |
| Скорость коррозии | Сенсоры Ag/Cu | Контроль чистоты приточного воздуха и предельных режимов economizer |

===== Упрощённая модель расчёта мощности чиллера =====
<WRAP center>
$$
P_{\text{Chill}} =
\frac{P_{RF} \, χ}
{COP_{\text{Chill}}
(1+m_2(T_{OS,O}-T_{OS}))
(1+m_1(T_S-T_{S,O}))}
+ P_{RF} f_{\text{Chill}}
$$
</WRAP>

где:  
  * \( χ \) — коэффициент загрузки чиллера (0 — выключен, 1 — включен);  
  * \( m_1, m_2 \) — температурные коэффициенты (до 5 %/°C);  
  * \( f_{\text{Chill}} \) — доля энергии на вспомогательные процессы (≈5 %);  
  * \( T_{OS} \) — наружная температура;  
  * \( T_S \) — температура подачи холодного воздуха.

===== Алгоритм управления economizer =====
<WRAP box round>
**Порог включения наружного воздуха:**
<WRAP center>
$$
T_{FC} = T_{OS} - ΔT
$$
</WRAP>
где \( ΔT = 0.5–2 °C \) — поправка на подогрев воздуха в каналах.

Если \( T_{OS} ≥ T_{FC} \) → economizer выключен (работают чиллеры).  
Если \( T_{OS} < T_{FC} \) → economizer активен (естественное охлаждение).
</WRAP>

<WRAP info>
**Оптимизация режима economizer:**
  * повышение COP при увеличении температуры уставки подачи (Tₛ);
  * ограничение влажности наружного воздуха ≤ 90 %;
  * контроль горячих зон с помощью сенсорной сети;
  * постепенное отключение чиллеров при стабильных условиях.
</WRAP>

===== Сценарии применения и эффекты =====
^ Сценарий ^ Условие запуска ^ Влияние на эффективность (COP) ^ Энергетический эффект ^
| **Приточная вентиляция с наружным воздухом** (режим «свободного охлаждения») | \(T_{OS} < T_{FC}\) | Повышение COP на 10–25 % | Снижение потребления электроэнергии чиллерами |
| **Динамическое управление уставками** | Автоматическое изменение температуры подачи по данным сенсоров | Повышение COP на 5–10 % | Оптимизация температурных режимов зала |
| **Регулирование скорости вентиляторов** | Изменение частоты вращения через частотные приводы (VFD) | Повышение COP на 5–15 % | Экономия электроэнергии на вентиляции |
| **Отключение недогруженных кондиционеров** | При неравномерной тепловой нагрузке зала | Повышение COP на 10–20 % | Устранение холостого энергопотребления |
| **Адаптивное управление влажностью** | При относительной влажности наружного воздуха ≤ 90 % | Повышение COP на 3–7 % | Снижение потерь на осушение и предотвращение конденсата |
| **Балансировка потоков воздуха** | При выявлении избыточных скоростей или локальных перегревов | Повышение COP на 2–5 % | Стабилизация микроклимата и равномерность охлаждения |
| **Мониторинг загрязнения воздуха** | Рост скорости коррозии по данным сенсоров Ag/Cu | — | Повышение надёжности оборудования за счёт своевременного реагирования |

<WRAP info>
**Комментарий:**
  * Все сценарии опираются на непрерывные данные от сенсорной сети (температура, давление, влажность, качество воздуха).  
  * Цель — удержание параметров в допустимых пределах при минимальных затратах энергии.  
  * Применение комплексного подхода обеспечивает снижение годового энергопотребления на 15–30 % без ухудшения надёжности ИТ-инфраструктуры.
</WRAP>


===== Пример интерпретации данных =====
<WRAP box round>
**Использование сенсорной сети**
  * По данным распределённых температурных сенсоров формируется тепловая карта зала.
  * Вычисляется допустимое значение максимальной температуры «горячих зон» \(T_{HS}\) с учётом дисперсии.

<WRAP center>
$$ T_{HS} = T_S \pm 3\,\sigma_T $$
</WRAP>

  * При превышении порога часть CRAC переводится в активный режим.
  * При стабильных показаниях — активируется economizer или повышается уставка \(T_S\).
</WRAP>

===== Обозначения к формулам =====
^ Обозначение ^ Определение/единицы ^
| \(P_{RF}\) | Тепловая нагрузка ИТ-оборудования, кВт |
| \(P_{\text{Cool}}\) | Суммарная мощность на охлаждение, кВт |
| \(P_{\text{Chill}}\) | Мощность системы холодоснабжения (чиллеры, насосы, градирни), кВт |
| \(P_{\text{CRAC}}\) | Мощность вентиляторов/внутренних узлов CRAC/CRAH, кВт |
| \(COP\) | Коэффициент эффективности охлаждения: \(COP = \frac{P_{RF}}{P_{\text{Cool}}}\), безразмерный |
| \(T_{OS}\) | Температура наружного воздуха, °C |
| \(T_S\) | Уставка температуры подачи воздуха в зал (discharge), °C |
| \(\Delta T\) | Температурная поправка на подогрев потока при транспортировке, обычно \(0.5{-}2\) °C |
| \(\sigma_T\) | Среднеквадратичное отклонение распределения температур на впуске стоек, °C |
| \(T_{HS}\) | Порог температуры «горячих зон», °C (трёхсигмовое правило) |
| \(\chi\) | Коэффициент использования чиллера: \(0\) — выключен, \(1\) — включен |
| \(m_1, m_2\) | Температурные коэффициенты влияния \(T_S\) и \(T_{OS}\) на \(COP_{\text{Chill}}\), до 5 %/°C |
| \(f_{\text{Chill}}\) | Доля вспомогательных потерь чиллера (насосы/градирня), ~5 % |
| \(T_{FC}\) | Порог включения economizer: \(T_{FC}=T_{OS}-\Delta T\), °C |

<WRAP tip>
**Ключевые идеи**
  * Энергосбережение достигается за счёт управления COP на основе реальных данных сенсоров.  
  * Уставка подачи воздуха и температура наружной среды — главные рычаги регулирования.  
  * При стабильных условиях economizer позволяет отключить чиллеры.  
  * Сенсорная сеть обеспечивает непрерывный контроль и адаптацию охлаждения.  
  * Корректный расчёт COP и порогов \(T_{HS}\), \(T_{FC}\) позволяет сбалансировать энергоэффективность и надёжность.
</WRAP>