Потенциал измеримой экономии

Общие положения

Оценка потенциальной экономии энергии в ЦОД проводится на основе данных сенсорной сети, климатических условий и параметров работы систем охлаждения. Особое внимание уделяется режимам свободного охлаждения (free cooling) и автоматическому управлению CRAC, позволяющим снизить потребление энергии на 20–40 % в зависимости от региона.

Валидация режима свободного охлаждения

В режиме частичного свободного охлаждения доля участия чиллера ($χ$) изменяется в пределах от 0 до 1 — в зависимости от соотношения наружного и рециркулируемого воздуха. При $χ=0$ чиллер полностью отключён, охлаждение осуществляется наружным воздухом. При $χ=1$ всё охлаждение производится механическим способом.

Исследования восьми ЦОД в различных климатических зонах показали:

высокая эффективность достигается, когда температура наружного воздуха $T_{OS}$ ниже уставки подачи $T_S$;
при относительной влажности воздуха выше 80–90 % свободное охлаждение становится ограниченным (во избежание конденсации);
экономия энергии возрастает в умеренном климате, где $T_{OS}$ большую часть года ниже $T_S$.

Параметры эффективности рассчитывались по коэффициенту производительности:

$$ COP_{\text{Chill}} = \frac{P_{RF}}{P_{\text{Chill}}} $$

Высокие значения COP (8 и выше) — показатель оптимальной энергоэффективности.
Низкие значения (1–5) — указывают на неэффективную работу холодильного оборудования.

Мониторинг качества воздуха

Контроль загрязнения и коррозии проводится по данным сенсоров серебра и меди.

Медные сенсоры показывали скорость коррозии менее 50 Å/мес, что соответствует норме.
Серебряные сенсоры периодически фиксировали скачки активности, связанные с изменением приточных потоков.

Полученные данные подтверждают, что включение economizer не приводит к росту коррозии, при условии фильтрации наружного воздуха.

Валидация автоматического управления CRAC

Экспериментальные данные:

При штатной работе без распределённого управления часть CRAC работает с низкой загрузкой (разница температур подачи и возврата всего 2–3 °C).
После активации системы контроля недогруженные блоки переводятся в резерв, а оставшиеся CRAC работают с ΔT около 13 °C.

При этом:

давление под фальшполом снижается, но остаётся в пределах нормы;
температура подачи возрастает незначительно (на 1–2 °C);
охлаждение зала сохраняется равномерным.

В результате:

из 8 CRAC в работе остаются 3 наиболее загруженных;
5 CRAC переводятся в резерв без потери эффективности охлаждения;
расчётная экономия — свыше 60 000 $ в год для ЦОД среднего размера при цене электроэнергии 0,1 $/кВт·ч.

Логика алгоритма реагирования

Сценарий работы по событиям сенсорной сети

flowchart TD classDef n font-size:20px,stroke-width:1px,padding:8px; S1["Показания сенсоров (T, P, расход)"]:::n --> C1{"Количество превышений порога < 1"}:::n C1 -- Да --> F["Завершить цикл, действий не требуется"]:::n C1 -- Нет --> C2{"2–4 превышения"}:::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

Критерии оптимальности

Оптимальной считается ситуация, при которой:

температура возвратного воздуха одинакова во всех зонах зала;
минимальное число активных CRAC обеспечивает требуемое охлаждение;
не возникает локальных перегревов («горячих зон»);
давление под полом стабильно в пределах ±5 %.

Практические результаты

Показатель	До внедрения управления	После внедрения	Изменение
Среднее ΔT подачи/возврата	3–4 °C	12–13 °C	+250 %
Давление под полом	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 %

Выводы

Потенциал энергосбережения ЦОД при внедрении интеллектуального управления и режима свободного охлаждения — до 30–40 %.
Наибольший эффект достигается в регионах с умеренным климатом.
Использование сенсорной аналитики позволяет оптимизировать загрузку CRAC и чиллеров в режиме реального времени.
Автоматизация снижает эксплуатационные расходы и продлевает срок службы оборудования.
Контроль качества воздуха и коррозии подтверждает безопасность использования наружного воздуха при корректной фильтрации.