====== Потенциал измеримой экономии ======

===== Общие положения =====
Оценка потенциальной экономии энергии в ЦОД проводится на основе данных сенсорной сети, климатических условий и параметров работы систем охлаждения.  
Основное внимание уделяется режимам **свободного охлаждения (free cooling)** и **автоматическому управлению CRAC**, которые позволяют снизить энергопотребление на **20–40 %** в зависимости от региона и сезонных условий.

===== Валидация режима свободного охлаждения =====
В режиме частичного свободного охлаждения доля участия чиллера (\(χ\)) изменяется в диапазоне от 0 до 1 — в зависимости от соотношения наружного и рециркулируемого воздуха.  
  * При \(χ = 0\) — чиллер полностью отключён, охлаждение производится только наружным воздухом.  
  * При \(χ = 1\) — всё охлаждение обеспечивается механически (чиллером).

Исследования восьми ЦОД в различных климатических зонах показали:
  * эффективность повышается, когда температура наружного воздуха \(T_{OS}\) ниже уставки подачи \(T_S\);
  * при относительной влажности выше 80–90 % свободное охлаждение ограничивается для предотвращения конденсата;
  * в умеренном климате возможно до 70 % времени работать без чиллера.

Эффективность оценивается по **коэффициенту производительности охлаждения (COP)**:

<WRAP center>
$$ COP_{\text{Chill}} = \frac{P_{RF}}{P_{\text{Chill}}} $$
</WRAP>

**Расшифровка параметров:**
^ Переменная ^ Определение ^ Единицы измерения ^
| \(COP_{\text{Chill}}\) | Коэффициент энергоэффективности системы холодоснабжения | безразмерный |
| \(P_{RF}\) | Полная тепловая нагрузка ИТ-оборудования | кВт |
| \(P_{\text{Chill}}\) | Мощность, потребляемая системой холодоснабжения (чиллеры, насосы, градирни) | кВт |

<WRAP info>
  * Значение COP ≥ 8 — отличная энергоэффективность.  
  * COP = 1–5 — низкий уровень, характерный для устаревших систем.
</WRAP>

===== Мониторинг качества воздуха =====
Контроль чистоты и химической активности воздуха осуществляется по данным **коррозионных сенсоров**:
  * **медные сенсоры (Cu)** показывали скорость коррозии менее **50 Å/мес**, что соответствует норме;
  * **серебряные сенсоры (Ag)** периодически фиксировали скачки при изменении приточного потока.

Наблюдения подтвердили: включение economizer не вызывает роста загрязнения при надлежащей фильтрации воздуха.

===== Валидация автоматического управления CRAC =====
<WRAP info>
**Результаты наблюдений:**
  * В стандартном режиме часть CRAC работает с минимальной загрузкой (разница температур подачи и возврата — 2–3 °C).  
  * После активации системы управления недогруженные блоки переводятся в резерв, оставшиеся работают с ΔT ≈ 13 °C.  
  * Давление под фальшполом снижается, но остаётся в пределах нормы (±5 %).  
  * Температура в зале повышается не более чем на 0,5–1 °C.
</WRAP>

Результаты эксперимента:
  * из 8 CRAC активными остались 3;
  * 5 CRAC переведены в резерв без ухудшения охлаждения;
  * экономический эффект — более **60 000 $ в год** при тарифе 0,1 $/кВт·ч.

===== Логика алгоритма реагирования =====
<WRAP box round>
**Алгоритм работы по событиям сенсорной сети**
<mermaid>
flowchart TD
  classDef n font-size:20px,stroke-width:1px,padding:8px;
  S1["Показания сенсоров (температура, давление, расход)"]:::n --> C1{"Количество превышений порога < 1"}:::n
  C1 -- Да --> F["Нет действий — нормальная ситуация"]:::n
  C1 -- Нет --> C2{"2–4 превышения порога"}:::n
  C2 -- Да --> A1["Включить 1 ближайший CRAC"]:::n
  C2 -- Нет --> C3{"4–6 превышений"}:::n
  C3 -- Да --> A2["Включить 2 ближайших CRAC"]:::n
  C3 -- Нет --> C4{"Более 6 превышений"}:::n
  C4 --> A3["Включить все CRAC в зоне"]:::n
  A1 --> G["Проверить состояние CRAC"]:::n
  G -->|Не работает| A4["Активировать CRAC"]:::n
  G -->|Работает| F
</mermaid>
</WRAP>

===== Критерии оптимальности охлаждения =====
Оптимальное состояние системы определяется следующими условиями:
  * температура возвратного воздуха одинакова во всех рядах стоек;
  * минимальное число активных CRAC обеспечивает требуемое охлаждение;
  * не возникает локальных перегревов («горячих зон»);
  * давление под фальшполом стабильно в пределах ±5 % от расчётного.

<WRAP center>
$$ U_{CRAC} \propto (T_{возврат} - T_{подача}) $$
</WRAP>

**Расшифровка переменных:**
^ Переменная ^ Определение ^ Единицы измерения ^
| \(U_{CRAC}\) | Коэффициент загрузки CRAC | — |
| \(T_{возврат}\) | Температура воздуха на возврате (в заборе CRAC) | °C |
| \(T_{подача}\) | Температура воздуха на выходе из CRAC | °C |

===== Практические результаты эксперимента =====
^ Показатель ^ До внедрения управления ^ После внедрения ^ Изменение ^
| Средняя разница температур подачи/возврата \(ΔT\) | 3–4 °C | 12–13 °C | +250 % |
| Давление под фальшполом | 55 Па | 50 Па | −10 % |
| Количество активных CRAC | 8 | 3 | −62 % |
| Средняя температура зала | 18 °C | 18,5 °C | +0,5 °C |
| Энергопотребление системы охлаждения | 100 % | 65–70 % | −30–35 % |

===== Интерпретация и оценка энергосбережения =====
Энергия, сэкономленная при внедрении управления, определяется как:

<WRAP center>
$$
E^{Savings}_{Cool} = \int_{t_1}^{t_2}
\left(
\frac{P_{RF}(t)}{COP(t=0)} -
\frac{P_{RF}(t)}{COP(t)}
\right) dt
$$
</WRAP>

**Расшифровка:**
^ Переменная ^ Определение ^ Единицы ^
| \(E^{Savings}_{Cool}\) | Общая экономия энергии за период наблюдения | кВт·ч |
| \(P_{RF}(t)\) | Тепловая мощность, отводимая от серверов, во времени | кВт |
| \(COP(t)\) | Коэффициент эффективности в момент времени \(t\) | безразмерный |
| \(t_1, t_2\) | Начало и конец расчётного периода | ч |

===== Выводы =====
<WRAP tip>
  * Потенциал снижения энергопотребления систем охлаждения — **до 40 %** при интеграции свободного охлаждения и адаптивного управления CRAC.  
  * Эффективность особенно высока в регионах с умеренным климатом.  
  * Использование сенсорной сети позволяет поддерживать COP на оптимальном уровне и минимизировать холостую работу оборудования.  
  * Алгоритмы реагирования предотвращают перегрев и обеспечивают равномерность температурного поля.  
  * Экономический эффект подтверждён экспериментально: около **60 000 $ в год** для ЦОД среднего масштаба.
</WRAP>