Содержание
Примеры расчётов и практические кейсы
Раздел демонстрирует применение показателей ROI, NPV и IRR для оценки эффективности проектов модернизации инженерных систем ЦОД. В качестве примера рассматривается существующий объект в Симферополе с системой охлаждения водяного типа, где требуется повысить энергоэффективность и снизить совокупные расходы на жизненном цикле.
Исходные данные
* Общая ИТ-нагрузка — 1 МВт * Система охлаждения — чиллерная с водяными CRAC-установками и градирнями * Имеется пластинчатый теплообменник для режима free cooling при температуре подачи воды 9 °C * Локация — Симферополь, Россия (умеренно-континентальный климат) * Горизонт анализа — 6 лет, ставка дисконтирования — 8 %
Цель модернизации
* Повысить энергоэффективность охлаждения за счёт регулирования расхода воздуха и повышения температуры хладоносителя * Увеличить количество часов работы в режиме free cooling * Снизить потребление электроэнергии вентиляторами и насосами * Сбалансировать капитальные и эксплуатационные затраты (CAPEX / OPEX)
• В расчетах учитывается как снижение потребления энергии, так и рост эффективности оборудования при увеличении температуры подачи воды. • Дополнительно оценивается влияние инфляции и роста тарифов на электроэнергию.
Рассматриваемые варианты модернизации
1. Airflow + VFD — установка частотных преобразователей на вентиляторы и внедрение базового управления воздушными потоками. Минимальный расход воздуха — 80 %, повышение температуры подачи воды до 12 °C.
2. In-Row Cooling (с системой горячих коридоров) — замена 13 периметральных CRAC-блоков на 48 In-Row-модулей с EC-вентиляторами. Температура подачи воды — 15 °C, два CRAC-блока сохраняются с VFD.
3. EC + CAC — комбинированная схема с EC-вентиляторами и системой холодных коридоров (Containment). Температура подачи воды — 15 °C.
4. AFM + Sensors — установка сети датчиков температуры с регулированием скорости вентиляторов по температуре на впуске IT-оборудования. Температура подачи воды — 15 °C.
Капитальные затраты
| Элемент | Airflow + VFD | In-Row Cooling | EC + CAC | AFM + Sensors |
|---|---|---|---|---|
| Управление воздушными потоками | \$100 000 | – | – | \$100 000 |
| Система коридоров (HAC / CAC) | – | \$250 000 | \$250 000 | – |
| In-Row-блоки CRAC | – | \$480 000 | – | – |
| Трубопроводы и CDU-блоки | – | \$80 000 | – | – |
| Замена вентиляторов (EC) | \$105 000 | – | \$105 000 | \$105 000 |
| Частотные преобразователи (VFD) | \$60 000 | \$8 000 | – | – |
| Сенсорная сеть | – | – | – | \$100 000 |
| CFD-анализ и моделирование | \$20 000 | \$20 000 | \$20 000 | \$20 000 |
| Итого капитальные вложения (CAPEX) | \$180 000 | \$838 000 | \$375 000 | \$325 000 |
Капитальные затраты включают оборудование, монтаж, проектирование, а также CFD-моделирование для оптимизации потоков воздуха.
Энергоэффективность
| Вариант | Среднегодовой PUE |
|---|---|
| Базовое состояние | 1.92 |
| Airflow + VFD | 1.72 |
| In-Row Cooling | 1.65 |
| EC + CAC | 1.63 |
| AFM + Sensors | 1.64 |
Повышение температуры подачи воды с 9 °C до 15 °C увеличивает число часов free cooling, снижая нагрузку на компрессоры и насосы. Для Симферополя (≈ 4500 часов в год с t < 15 °C) эффект free cooling особенно выражен.
Финансовая эффективность
| Вариант | Капитальные вложения | Приведённые эксплуатационные затраты (PV OPEX) | Общие приведённые расходы (Total PV) | Чистая приведённая стоимость (NPV) | Внутренняя норма доходности (IRR) |
|---|---|---|---|---|---|
| Базовое состояние | \$0 | \$5 450 134 | \$5 450 134 | 0 | 0 % |
| Airflow + VFD | \$180 000 | \$4 915 757 | \$5 095 757 | \$354 377 | 58 % |
| In-Row Cooling | \$838 000 | \$4 525 136 | \$5 363 136 | \$86 997 | 11 % |
| EC + CAC | \$375 000 | \$4 481 891 | \$4 856 891 | \$593 243 | 50 % |
| AFM + Sensors | \$325 000 | \$4 697 712 | \$5 022 712 | \$427 422 | 43 % |
NPV рассчитан при ставке дисконтирования 8 % и ежегодном росте тарифов на электроэнергию 3 %. IRR определяет предельную доходность проекта при тех же параметрах.
Точка безубыточности
* Airflow + VFD — 1,5 – 2 года * EC + CAC — около 2,5 лет * In-Row Cooling — ≈ 5,5 лет
В климате Симферополя повышение температуры подачи с 9 °C до 15 °C обеспечивает дополнительное снижение энергозатрат на 12–14 % при росте free cooling до 65 % годового времени работы.
Анализ чувствительности
Для оценки устойчивости проекта к внешним изменениям (тарифы, нагрузки, инфляция) использовался метод анализа чувствительности:
$$ NPV = \sum_{t=0}^{n} \frac{CF_t}{(1+r)^t} $$
При варьировании ставки дисконтирования от 6 % до 12 % показатель NPV изменяется на ± 15 – 20 %. Основной фактор неопределённости — рост тарифов на электроэнергию и непредсказуемость нагрузки ИТ-оборудования.
Для высокотемпературных систем охлаждения с free cooling важно моделировать минимум двух сценариев: 1) повышение средней температуры внешнего воздуха; 2) рост стоимости электроэнергии. Оба фактора прямо влияют на срок окупаемости.
Выводы по кейсу
* Наилучшее соотношение NPV/IRR при умеренных вложениях — Airflow + VFD. * Наибольший абсолютный прирост NPV — у EC + CAC. * Сенсорная сеть (AFM + Sensors) даёт устойчивый результат при низких рисках и может внедряться поэтапно. * In-Row-решение оправдано только при капитальной реконструкции машинного зала. * Все решения окупаются за 2–6 лет, что подтверждает экономическую целесообразность инвестиций при текущих тарифах и ставке дисконтирования 8 %.
Рекомендованная стратегия модернизации: базовый Airflow Management + регулирование EC/VFD + Containment в рамках капремонта. Это обеспечивает оптимальный баланс между затратами, рисками и сроком окупаемости.