Энергосбережение в ЦОД достигается за счёт анализа показаний сенсорных систем и адаптивного управления охлаждением. Основные направления:
Общая мощность охлаждения ЦОД складывается из двух компонентов:
$$ P_{\text{Cool}} = P_{\text{Chill}} + P_{\text{CRAC}} $$
где:
Для оценки эффективности применяется коэффициент производительности COP (Coefficient of Performance):
$$ COP = \frac{P_{\text{RF}}}{P_{\text{Cool}}} $$
где \( P_{\text{RF}} \) — тепловая мощность, отводимая от серверного оборудования.
Сравнение «до» и «после» внедрения мер энергосбережения осуществляется через две функции:
$$ P^{BAU}_{Cool}(t) = \frac{P_{RF}(t)}{COP(t=0)} \\ P^{Actual}_{Cool}(t) = \frac{P_{RF}(t)}{COP(t)} $$
Экономия мощности:
$$ P^{Savings}_{Cool}(t) = P^{BAU}_{Cool}(t) - P^{Actual}_{Cool}(t) $$
Суммарная экономия энергии за интервал времени \([t_1, t_2]\):
$$ E^{Savings}_{Cool}(t) = \int_{t_1}^{t_2} P^{Savings}_{Cool}(t) \, dt $$
| 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 |
$$ P_{\text{Chill}} = \frac{P_{RF} \, χ} {COP_{\text{Chill}} (1+m_2(T_{OS,O}-T_{OS})) (1+m_1(T_S-T_{S,O}))} + P_{RF} f_{\text{Chill}} $$
где:
Порог включения наружного воздуха:
$$ T_{FC} = T_{OS} - ΔT $$
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).
Оптимизация режима economizer:
| 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 |
Комментарий:
Использование сенсорной сети
$$ T_{HS} = T_S \pm 3\,\sigma_T $$
| 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 |
Ключевые идеи