Это старая версия документа!
Содержание
Энергетическая эффективность и сравнение с традиционными системами охлаждения
Раздел посвящён сравнительному анализу энергоэффективности различных схем «свободного охлаждения» (DASE, IASE, IEXC) и традиционных механических систем (DX, чиллеры, CRAC/CRAH). Рассмотрены: годовая доля естественного охлаждения, потребность в дополнительном (trim) механическом холоде, влияние климатических условий и экономический эффект для эксплуатации ЦОД.
Основные факторы выбора схемы
На выбор системы охлаждения влияют:
- климат площадки (среднегодовая и экстремальная температура воздуха, влажность);
- доступность воды;
- допустимая температура воздуха в холодном коридоре;
- требуемая надёжность и резервирование охлаждения;
- стоимость электроэнергии.
В регионах с умеренным и холодным климатом естественное охлаждение обеспечивает до 90–98 % годовой потребности в холоде. В тёплых и влажных регионах (юг России, побережья) его доля снижается, однако даже там экономайзеры способны покрывать более половины нагрузки.
Методика сравнения систем
Сравнение выполняется по двум критериям:
- Доля естественного охлаждения — процент годовой нагрузки, который покрывается без компрессоров.
- Потребность в механическом холоде (Trim Cooling) — мощность дополнительного охлаждения, необходимая при высоких температурах наружного воздуха.
Для анализа используются климатические данные Росгидромета и сопоставимые с ASHRAE «экстремальные» значения температур (50-летние максимумы). Рассматриваются четыре типовые схемы:
1. IASE — косвенная схема с теплообменником воздух–воздух. 2. IASE + DEC — та же схема с испарительным охлаждением наружного воздуха. 3. IEXC — интегральный косвенный испарительный теплообменник. 4. DASE + DEC — прямая схема с испарительным охлаждением.
Пример климатического сравнения для России
Типовые значения температур (экстремальные и расчётные среднегодовые)
| Город | tс, °C (максимум за 50 лет) | tв, °C (максимум за 50 лет) | tс, °C (среднегодовая) | tв, °C (средняя влажная) |
|---|---|---|---|---|
| Москва | 37.0 | 25.0 | 32.0 | 22.0 |
| Санкт-Петербург | 34.0 | 24.0 | 29.0 | 21.0 |
| Екатеринбург | 36.0 | 22.0 | 30.0 | 18.0 |
| Новосибирск | 38.0 | 21.0 | 31.0 | 17.0 |
| Нижний Новгород | 36.0 | 23.0 | 30.0 | 20.0 |
| Казань | 37.0 | 24.0 | 31.0 | 20.0 |
| Красноярск | 39.0 | 22.0 | 32.0 | 18.0 |
| Владивосток | 33.0 | 26.0 | 28.0 | 24.0 |
| Симферополь | 40.0 | 28.0 | 34.0 | 25.0 |
| Ростов-на-Дону | 41.0 | 27.0 | 35.0 | 24.0 |
| Краснодар | 42.0 | 28.0 | 36.0 | 25.0 |
Интерпретация результатов
- В Москве и Санкт-Петербурге IASE и IEXC обеспечивают до 95–98 % естественного охлаждения в течение года.
- В Новосибирске и Екатеринбурге из-за сухого климата эффективность свободного охлаждения особенно высока — до 98–99 %.
- В Казани и Нижнем Новгороде возможно круглогодичное охлаждение без компрессоров с редкими включениями DX-модуля.
- В Краснодаре и Симферополе системы типа DASE + DEC обеспечивают 60–75 % естественного охлаждения, остальное компенсируется механикой.
Диапазон эффективности по схемам (в условиях РФ)
| Схема | Среднегодовая доля естественного охлаждения | Доля механического охлаждения | Эффективность (PUE мех.) |
|---|---|---|---|
| DASE + DEC | 60–80 % | 20–40 % | ~1.3 |
| IASE | 75–90 % | 10–25 % | ~1.25 |
| IASE + DEC | 85–95 % | 5–15 % | ~1.2 |
| IEXC | 95–99 % | 1–5 % | ~1.1 |
Экономический эффект
Для оценки используется показатель частичного PUE (pPUE):
$$pPUE = \frac{P_\text{ИТ} + P_\text{охлаждение}}{P_\text{ИТ}}$$
Для экономайзеров значение pPUE находится в диапазоне 1.07–1.3, для традиционных систем — 1.8–2.5.
Пример: ЦОД мощностью 5 МВт при стоимости электроэнергии 6 ₽/кВт·ч тратит на ИТ-нагрузку около 263 млн ₽ в год. При pPUE = 1.8 общее потребление возрастает до 474 млн ₽/год. Использование экономайзера с pPUE = 1.13 снижает расходы до 297 млн ₽, давая экономию порядка 177 млн ₽ в год. Даже если естественное охлаждение покрывает 95 % нагрузки, годовая экономия остаётся 150–160 млн ₽.
Выводы
- Климат большинства регионов России благоприятен для использования систем «свободного охлаждения».
- IASE и IEXC — оптимальные решения для умеренных и континентальных регионов (Москва, Новосибирск, Екатеринбург).
- DASE + DEC эффективно применять в южных и приморских районах (Краснодар, Симферополь, Владивосток).
- Применение DEC-модулей значительно расширяет диапазон температур, при которых возможно компрессор-less охлаждение.
- Экономайзерные системы позволяют снизить годовой PUE до 1.1–1.2, что эквивалентно сокращению энергопотребления на 40–60 % по сравнению с традиционными DX- или чиллер-системами.