Jak na snižování spotřeby energie v datovém centru

Výzkum, který nedávno realizovala  společnost Uptime Institute, ukazuje, že se 60 % chladicí kapacity v typické počítačové místnosti promarní ztrátami způsobenými obtékajícím vzduchem (někdy se tento jev označuje jako bypass airflow). Důsledek tohoto jevu je, že pravděpodobně utrácíte více peněz za energii, než je nutné, a to kvůli neefektivitě způsobované nadbytečnou kapacitou a špatným řízením průtoku klimatizovaného vzduchu.

Dobrou zprávou je, že optimalizace průtoku vzduchu představuje největší příležitost ke snížení provozních nákladů a odložení dalších investic. Navíc lze při vyšší efektivitě řízení proudění vzduchu zvýšit hustotu serverů bez předchozího nutného rozšiřování chladicí infrastruktury.

Chcete-li optimalizovat stávající infrastrukturu počítačové místnosti, zvažte následující kroky pro řešení neefektivity průtoku vzduchu:

1. Proveďte kontrolu efektivity chlazení počítačové místnosti.
Neprovádíte-li komplexní sledování datového centra – dokumentace různých stavů, jako je například odběr energií, teplota u nasávacích otvorů zařízení, zatížení UPS, redundantní chladicí kapacita či efektivita spotřebované energie – je kontrola efektivity průtoku vzduchu v počítačové místnosti dobrým důvodem, jak tento proces začít realizovat.

Existuje řada dostupných diagnostických metod a většina z nich dokáže zjistit případnou  energetickou neefektivitu a nabídne potřebnou nápravnou strategii. V případě realizace může takový plán okamžitě ušetřit provozní náklady, což vede k návratnosti investic do vynaloženého úsilí během pouhých několika měsíců a umožňuje to udržitelně zvyšovat hustotu serverů v datovém centru.

Kontrola chlazení počítačové místnosti prováděná příslušným expertem zahrnuje minimálně následující tři aspekty datového centra: riziková místa ohledně nasávání vzduchu do IT zařízení, procentuální podíl obtékajícího nevyužitého chladícího vzduchu a konečně faktor kapacity chlazení (CCF, Cooling Capacity Factor), respektive rezerva instalované chladicí kapacity vůči konkrétní zátěži.

Technik provede při zjišťování následující kroky:
* Spočítání a změření otvorů ve zvýšené podlaze.
* Zjištění teplot vzduchu nasávaného do skříní.
* Změření relativní vlhkosti všech zjištěných rizikových míst.
* Celková jmenovitá chladicí kapacita příslušných jednotek.
* Součet jmenovitého průtoku vzduchu chladicích jednotek.
* Celkový odběr energie výpočetní technikou v kW.
* Zjištění přítomnosti latentního chlazení a s ním souvisejícího skrytého důsledku pro datové centrum.
* Kontrola všech teplot vracejícího se vzduchu a senzorů relativní vlhkosti pro zajištění kalibrace.

Tato zjištění vyústí v plán nápravy, který bude mimo jiné pravděpodobně zahrnovat utěsnění všech otvorů pro kabely a skříně vybavení IT tak, aby bylo dosaženo správného průtoku vzduchu. Příklad: Firma s datovým centrem o ploše 650 m2 provedla jeho kontrolu změřením nevyužitého obtékající vzduchu a stanovením rizikových míst (teploty vzduchu nasávaného do skříní, které přesahovaly maxima), shromáždila data pro výpočet parametru CCF a provedla srovnání s kritickou zátěží.

Implementací nápravné strategie byla riziková místa eliminována a problém týkající se obtékajícího vzduchu byl odstraněn z přibližně 60 %. V důsledku toho se zlepšila rovněž spolehlivost IT zařízení. Jako návdavek za vylepšení průtoku vzduchu mohla tato organizace přepnout dvě chladicí jednotky do neaktivního úsporného režimu, takže se spotřeba elektrické energie za rok při ceně 8 centů za kWh snížila o 2 252 dolarů měsíčně, což odpovídá celkové roční úspoře přibližně 27 024 dolarů. Návratnost investice tak nastala už na přelomu druhého a třetího měsíce po příslušných úpravách.

2. Utěsněte plášť počítačové místnosti a zvýšenou podlahu.
V závislosti na tom, co odhalí energetická kontrola datového centra, budou nápravné kroky zahrnovat pravděpodobně utěsnění v následujících oblastech:
* Otvory v obvodových zdech, zejména pak kabelové lišty a žlaby, které skrz ně procházejí. Také zkontrolujte okolí sloupů, abyste se ujistili, že klimatizovaný vzduch neuniká přes kryty sloupů do sousedních podlaží. Hledejte další otvory, včetně úniku vzduchu vstupními dveřmi a výtahy, dveřmi do dalších prostor, okny, otvory ve stěnách nad hlavou, kde procházejí kabely, nebo otvory v obvodových zdech nad sníženým stropem.
* Otvory ve zvýšené podlaze nedodávají klimatizovaný vzduch přímo k čelům a k nasávacím otvorům IT zařízení. Těmi nejběžnějšími, které je nutno utěsnit, jsou otvory pro kabely apod. nebo ty za skříněmi. Dalšími kandidáty jsou díry pod rozváděči elektrické energie nebo technické průchodky.
Příklad: Ve studii finančního dopadu zefektivnění chlazení v datovém centru s 929 m2 plochy, v němž bylo nainstalováno 400 speciálních těsnění, aby byl udržen chladný vzduch uvnitř, nastala návratnost v provozních nákladech během prvních dvou měsíců, přičemž roční úspory provozních nákladů za elektrickou energii dosáhly 50 896 dolarů. Vylepšení kapacity umožnilo vypnout 18 % klimatizačních jednotek pro počítačovou místnost (CRAC, Computer Room Air Conditioning Unit) a ročně tak ušetřit provozní náklady ve výši 5 tisíc dolarů na každou z nich. Se znovuzískáním chladicí kapacity mohou správci datových center zvýšit hustotu serverů bez dalších investičních nákladů za přídavné chladicí jednotky.

3. Vylepšete řízení průtoku vzduchu nad podlahou.
V závislosti na unikátních podmínkách datového centra konkrétního uživatele mohou nápravná opatření zahrnovat instalaci vnitřních zaslepujících panelů, vertikálních panelů ukončujících řady, horizontálních přepážek nad řadami a udržování chladných a teplých uliček. Instalace zaslepujících panelů do nepoužitých otvorů rozváděčů brání horkému vzduchu vyfukovanému ze serverů cirkulovat směrem ven z racku. Jak pokračuje zvyšování hustoty aktivních prvků, nabývá na důležitosti nežádoucí cirkulace horkého vzduchu přes otvory ve skříních, okolo konců řad a přes vrch rozváděčů směrem do chladných uliček. Instalace zaslepujících panelů pomáhá zajistit, aby teplota vzduchu nasávaného zařízeními zejména ve vrchní části rozváděčů nepřekračovala teplotu 27 °C, která je maximem doporučeným americkou společností ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers).

Příklad: Byly provedeny dvě studie finančního dopadu výše popsaného opatření (jedna pro podnik s vysokou hustotou a jedna pro podnik s nízkou hustotou IT zařízení), aby demonstrovaly, jak instalace zaslepujících panelů přináší úspory nákladů tím, že umožňuje správcům datového centra zvýšit teploty počítačové místnosti a získat výhodu zvýšené kapacity chladicích jednotek, která plyne z vyšší teploty vracejícího se vzduchu. To snižuje provozní náklady a odkládá investiční náklady za chlazení. Výpočty též dále zjistily, že návratnost lze očekávat už za několik měsíců.

U podniku s vysokou hustotou IT prostředků (400 rozváděčových skříní v místnosti o ploše 929 m2 se zvýšenou podlahou) představovaly celkové roční úspory nákladů přibližně 137 tisíc dolarů. Návratnost vložených investic přitom nastala už ve druhém měsíci, protože 29,5 % klimatizačních jednotek pro počítačovou místnost mohlo být přepnuto do neaktivního úsporného režimu, a také došlo k 29% snížení ročních nákladů na provoz a údržbu. Se získáním dodatečné chladicí kapacity mohou správci datových center zvýšit hustotu serverů a odložit investice při současném snížení provozních nákladů.

U podniku s nízkou hustotou IT zařízení, kde bylo pro počítačovou místnost použito 12 vodou chlazených klimatizačních jednotek CRAC a ventilátory, jež pohánějí motory s příkonem 5,6 kW, představovaly celkové roční úspory nákladů 30 594 dolarů, což znamená 15% snížení ročních výdajů na provoz a údržbu chladicích jednotek. Návratnost investic v tomto případě nastala už ve čtvrtém měsíci provozu.

4. Vylaďte počítačovou místnost
Po nainstalování doporučených těsnicích prvků je důležité znovu přezkoumat tepelnou zátěž a nastavení chladicích jednotek, aby se využily výhody, které přineslo ucpání otvorů, které dovolovaly únik klimatizovaného vzduchu a cirkulaci horkého vyfukovaného vzduchu.

Počítačová místnost by měla být také vyhodnocena z hlediska dalších možností ohledně zvýšení spolehlivosti IT vybavení a dalšího snížení provozních nákladů. To vyžaduje prověření technikem na místě – ten uskuteční fyzické otevření příslušných systémů a podrobně proměří výkon. Technik by měl provést následující kroky:
* Zjištění tepelné zátěže sloučením výstupu všech jednotek PDU (Power Distribution Units)  nebo RPP (Remote Power Panel) nebo sečtení výstupů systémů UPS.
* Vyhodnocení konfigurace chladicích jednotek na zvýšené podlaze kontrolou stanovených bodů ohledně teploty a relativní vlhkosti. Jsou nastaveny správně a jsou v rámci celé místnosti stejné?
* Kontrola kalibrace senzorů vracejícího se vzduchu. Klíčovým faktorem je zajistit, aby nástroj používaný k monitoringu kalibrace byl sám správně zkalibrován.
* Kontrola každé chladicí jednotky, zda poskytuje svou jmenovitou chladicí kapacitu. Ke zjištění skutečně poskytované chladicí kapacity je nutno změřit objem protékajícího vzduchu a pokles teploty.
* Stanovení požadovaného počtu běžících jednotek CRAC podle údajů teplotní zátěže a podle informací o chladicí kapacitě. V každé části místnosti by měla být k dispozici záložní kapacita chlazení.
* Zjištění potřebného množství a umístění perforovaných dlaždic. Na základě pečlivého monitoringu IT výbavy a teplot nasávaného vzduchu je nutno upravit umístění těchto dlaždic uvnitř chladných uliček.
* Použití infračervené kamery ke zjištění vzorků cirkulujícího vzduchu, problémů s výkonem zařízení a pro možnosti dalšího zlepšení.

Závěrem
Snížení spotřeby elektrické energie znamená zmenšit provozní náklady. Strategie nápravy získaná expertizou počítačové místnosti poskytuje téměř okamžité úspory. Navíc je možné zvýšit hustotu serverů bez přidávání další chladicí kapacity. Doporučení budou zřejmě obsahovat investice do těsnicích technologií a do průběžného monitoringu teploty a prostředí, ale vynaložené investice a čas se uživatelům zpravidla vrátí ve významných úsporách energie už během několika měsíců.