Adatfeldolgozó központok energiafelhasználása

Racionális energiafelhasználás, energiatakarékosság

BME OMIKK

ENERGIAELLÁTÁS, ENERGIATAKARÉKOSSÁG VILÁGSZERTE 45. k. 7–8. sz. 2006. p. 81–87.


Adatfeldolgozó központok energiafelhasználása Az adatfeldolgozó központok alapterületre vetített éves fajlagos energiafelhasználása 10–30szorosa egy átlagos irodaépületének, ezért e létesítmények fontos célpontjai lehetnek az energiatakarékossági fejlesztéseknek. Összeállításunk 22 amerikai adatfeldolgozó központ tapasztalatait ismerteti az általuk elért energiamegtakarítást és a járulékos előnyöket illetően.

Tárgyszavak: számítóközpont; adatfeldolgozó központ; légkondicionálás; vízhűtés.

Hatékony kimaradásmentes rendszerek és információtechnológiai berendezések

Mivel az adatfeldolgozó központok alapterületre vetített éves fajlagos energiafelhasználása 10–30-szorosa egy átlagos irodaépületének, e létesítmények fontos célpontjai lehetnek az energiatakarékossági fejlesztéseknek. Tekin-

Számítóközpontok energiahatékonyságát úgy

tettel arra, hogy e központok folyamatosan

lehet a legjobban javítani, ha csökkentik az

üzemelnek, igényeik mindig részét képezik az

áram átalakításához kapcsolódó hőveszteséget

erőművek csúcsidőszaki terhelésének, amit

az információtechnológiai (IT) berendezések-

aztán megfelelő időszakos tarifák érvényesíté-

ben és a központ infrastruktúrájában is. Az

sével be is hajtanak rajtuk a szolgáltatók. A

akkumulátorokra támaszkodó hagyományos

következő összeállításban 22 adatfeldolgozó

kettős átalakítású szünetmentes tápellátó rend-

központ tapasztalatait ismertetjük az általuk

szerekben (uninterruptible power supply, UPS)

elért energiamegtakarítást és járulékos előnyö-

a hálózati villamos teljesítményt egyenáramú-

ket illetően.

ra, majd váltakozó áramúra alakítják. Az eköz-

81


ben keletkező tetemes hő elvezetéséhez meg-

sek energetikai hatékonyságát, mind a megbíz-

felelő hűtésre van szükség. E helyzetet csak

hatóságát egyaránt. Az IT-berendezések, illetve

súlyosbítja, hogy az áramátalakítás hatásfoka

a fűtés, a szellőzés és a légkondícionálás által

az UPS-rendszerek gyenge leterheltsége esetén

felhasznált energia mennyiségét egybevetve

nagymértékben csökken – márpedig ez a leg-

kitűnik, hogy egyes számítóközpontok jobban

jellemzőbb állapot itt, mivel az üzemeltetők

működnek a többieknél (1. ábra). E teljesít-

igyekeznek fenntartani a redundanciát, a terhe-

ményértékelési módszer szerint a nagyobb

lést pedig közel 40 százalékos szinten tartják.

arány arra utal, hogy számítástechnikai célokra több villamos energiát használnak fel, mint

Jobb hatásfokú UPS-rendszerrel az áramfo-

hűtésre. Más szavakkal, ezekben a centrumok-

gyasztás rögtön 20–30%-kal mérsékelhető. A

ban a kisegítő rendszerek hatékonyabban von-

fűtés, szellőztetés és légkondicionálás teljesít-

ják el a hőt az IT-berendezésektől. A legjobb és

ményigényének megfelelő csökkentésével (új

a legrosszabb központ közötti ötszörös eltérés

létesítményeknél) további beruházási költség-

több tényező együttes hatására utal, beleértve a

megtakarítás és kapacitástartalék érhető el. Ha-

hűtés módját és elosztását is, noha a jó hatásfo-

sonló jelenség tapasztalható a szerverek és más,

kú és hatékony hűtés szempontjából a levegőel-

rendszerint

látás a meghatározó.

többszöri

teljesítmény-átalakítás

mellett működő informatikai berendezések belsejében is, mivel az ismétlődő váltakozó áram-

A hideg levegő elosztása és a hulladékhő ösz-

ról egyenáramra, majd az ezt követő többszöri

szegyűjtésének javítása vagy optimalizálása

egyenáramú átalakítás e berendezések tápegy-

sokféle tervezési és üzemeltetési módszer al-

ségeiben hozzájárul a teljesítményveszteséghez.

kalmazását igényli. A léghűtés javítása gyakran a következő problémák megoldását igényli: • a forró levegő rövidre záródása a szerver

A levegőkezelés optimalizálása

egyes egységei fölött vagy körül; • a lehűtött levegő rövidre záródása és visz-

A számítástechnikai tevékenységek gyorsütemű

szavezetődése a légkondícionáló berende-

bővülésével a kisebb adatkezelő központok és a

zésbe az emelt padozatban kialakított nyílá-

nagyobb, korszerű IT-berendezésekkel is ellá-

sokon, köztük kábellyukakon és nyílásokkal

tott digitális centrumok koncentrált hőterhelése

ellátott burkolólapokon keresztül; • az emelt padozat nyílásokkal ellátott burko-

egyre nő. A hatékony levegőelosztás ezért egyaránt jelentősen befolyásolja mind a berendezé-

lólapjainak elmozdulása; 82


• nyílások képződése a szerver egyes egysé1

geiben a forró részektől a hidegebbek felé,

2

vagy megfordítva;

3

• nem megfelelő légáram az IT-berendezések

4 5

egyes egységein keresztül azok konstrukci-

6

ójával összefüggésben; • IT-berendezések oldaláról vagy a tetejéről

a számítóközpont sorszáma

7 8

kiáramló levegő a légcsatornák be- vagy

9

kimeneténél;

10

• Nem megfelelő – alacsony vagy túl nagy –

11

nyomás a padozat alatt.

12 13 14

E problémák kezelésénél az IT-berendezé-

15 16

sekhez táplált hűtő levegő és az általuk kibo-

17

csátott hő ártalmas keveredésének kiküszöbö-

18

lése az általános cél. Jól megtervezett rend-

19

szerben a levegő elosztása hozzájárulhat az

20

üzemeltetési költségek csökkentéséhez, mér0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

sékelheti a fűtés, a szellőzés és a légkondicio-

az IT-berendezések által felhasznált teljesítmény aránya a HVAC-rendszerekhez viszonyítva

nálás céljait szolgáló beruházások nagyságát, fokozott hulladékhő-hasznosítást tehet lehető-

1. ábra A számítóközpontok fűtési, szellőző és a légkondicionáló (HVAC) rendszereinek hatékonysága

vé, illetve a berendezések túlmelegedésével összefüggő meghibásodások miatti üzemkimaradások mérséklésével javíthatja a megbízhatóságot.

• kedvezőtlen módon elhelyezett számítógéphűtő egységek;

A gyakori levegőellátási problémák kezelésé-

• nem elég magas mennyezet vagy alulmére-

nél a következő megoldások javasolhatók:

tezett csatorna a felmelegedett levegő visz-

• „hideg és forró szigetek” kialakításával,

szavezetéséhez; • az emelt padozat alatti csöveknél és kábelkö-

amikor két-két számítógép-részegység hőt

tegeknél gyakran előforduló légelzáródások;

kibocsátó, illetve hideg oldalait egymás felé fordítják (2. ábra); 83


hűtési nyomószellőztetés fizikai elválasztás

forró sziget

hideg sziget

forró sziget

emelt padozat

2. ábra Tipikus „hideg és forró szigetek”-megoldás. A hideg levegő szétosztása fentről vagy lentről egyaránt megoldható

Pénzmegtakarítás hűtéssel

• a padozat alatti rendszerek nyílásainak betömése; • a berendezések nem kihasznált tereinek

Az adatkezelő központok IT-berendezéseiben

kiiktatása; • a

az év folyamán gyakorlatilag állandó a hűtési

számítógéptermek

léghűtő

egységei-

terhelés. Megfelelő, általában párologtatásos

nek és a padozat nyílásainak gondos

vízhűtő tornyok beállításával a belső hűtéshez

elhelyezése, gyakran erre alkalmas szá-

közvetett módon hideg víz nyerhető – ha kint

mítógépes áramlási modellek segítségé-

nincs túl hideg, vagy éppen éjszaka van. E

vel;

takarékos hűtési módszer olyan égövön alkal-

• a felhevült levegő összegyűjtése felül, magasan

elhelyezett

mazható, ahol az éves nedves átlaghőmérséklet

nyomószellőztetés

egy évben legalább 3000 órán át meghaladja a

vagy légelvezető csatorna segítségével,

26 °C-ot. Megtakarítás (akár a vízfelhasználás

és hatékony visszajuttatása a légkezelő egy-

75%-áig) a külső hőmérséklettől és a berende-

ségbe,

zés konstrukciójától függően a hűtőberende-

• lehetőleg akadálymentes áramlási feltételek

zésbe lépő víz előhűtésével vagy a kompresz-

biztosítása.

szoros hűtés kiküszöbölése révén érhető el,

84


nemkülönben a megbízhatóság javulásának és

szítő légnedvesítést, ha a légkondicionáló be-

a hűtőberendezés ritkább karbantartásának

rendezések hűtőtekercseit úgy állítják be, hogy

köszönhetően.

az azokban áramló víz hőmérséklete nagyobb legyen 23,5 °C-nál.

Lehet takarékoskodni levegős előhűtőkkel is. Egyes adatkezelő központok rutinszerűen él-

Hatékony levegőellátás

nek is ezzel a lehetőséggel, mások viszont a gépterembe a külső levegővel kerülő szennyeződés és hő miatt nem tartják ezt jó megoldás-

Kedvező üzemeltetési viszonyokat többnyire

nak. Az Amerikai Fűtési, Hűtési és Légkondi-

azokban az adatfeldolgozó központokban ta-

cionálási Társaság (ASHRAE) ezért kézikönyv

pasztaltak, ahol központosított a légkondicio-

kiadását tervezi e probléma kezelésének segí-

nálás. A hagyományos, több felhasználót elkü-

tésére. A jelenlegi gyakorlat szerint a kereske-

lönítve kezelő rendszerekhez viszonyítva e

delemben kapható szabványos levegős előhű-

megoldás főbb előnyei a következők:

tők a helyi klíma és légszennyezés előzetes

• a központosított légkondicionáló rendszerek

felmérése nélkül nem alkalmazhatók.

nagyobb motorokat és ventilátorokat alkalmaznak, amelyek általában jobb hatásfokú-

A hőmérséklet és a páratartalom ingadozásai

ak;

miatt, valamint az esetleges szilárd részecske

• mivel a központosított légkondicionáló

és/vagy gáznemű szennyező anyagok miatt

rendszerekben alkalmazott hajtóegységek

szükségessé váló légszűrést vagy más megol-

működési frekvenciája módosítható, jobban

dást kell megfontolni.

képesek alkalmazkodni a változó üzemi feltételekhez, kihasználva azt, hogy a szerve-

Egyébként a nagyszámítógépek és a tárolt

rek egyes szekciói csak ritkán vannak teljes

mágnesszalagok idejéből a páratartalomra vo-

terhelés alatt;

natkozóan fennmaradt szigorú előírások ma

• a központosított rendszer ki tudja aknázni a

már elhagyhatók vagy enyhíthetők, miután az

fölös vagy éppen kihasználatlan kapaci-

adatkezelő központokban ez a hatás általában

tások előnyeit, ezzel is javítva a hatékony-

csekély. Egyes számítóközpontokban a pára-

ságot;

tartalmat csak a kondicionált levegőben szabá-

• a központosított légkondicionáló rendsze-

lyozzák, miközben párologtatóik hűtik a leve-

reknél kevésbé valószínű, hogy egymás ro-

gőt. Úgy lehet elkerülni a szükségtelen kiegé-

vására fognak működni, mint az gyakran 85


előfordul a független vagy nem összehan-

alkalmazása a hűtőkben, a hűtött és kondenzált

golt rendszerek esetében;

vizet mozgató szivattyúkban és a hűtőventilá-

• központosított légkondicionáló rendszerek-

torokban jelentős mértékben javítják e készü-

ben a hűtést gyakran vízzel végzik, ami jó-

lékek különböző teljesítmény melletti műkö-

val hatékonyabb a számítógéptermekben

dését, különösen, ha az energiafelhasználás

alkalmazott víz- és léghűtésnél;

minimalizálását szolgáló, összehangolt szabá-

• egyetlen központosított rendszer kevesebb

lyozást is alkalmaznak a rendszerben. A túlméretezés hatása hatékony tervezési techni-

karbantartást igényel, mint az elosztott.

kákkal, köztük átlagos hűtési hőmérsékletgörbék, és a víz másodlagos hűtőhatásának

Mindig a megfelelő méretekben

hasznosítása segítségével kompenzálható. A hűtőtorony energiafelhasználása csak kis há-

Az adatkezelő központok többségének villa-

nyadát képezi a létesítmény teljes energiaigé-

mosenergia-szükségletét meglehetősen pontat-

nyének. Túlméretezésükkel a hűtők és a má-

lanul szokták becsülni a tervezők, ezért azok (a

sodlagos hűtési energiát hasznosító rendszerek

tervezetthez képest) csak gyenge kihasznált-

működése számottevő mértékben javítható.

sággal működnek, hovatovább aktív életkoruk teljes időszakában. Bár az IT-berendezések

Mindezek együttes érvényesítése

áramszükségletét nem lehet pontosan megtervezni, az elektromos és a mechanikus rendszereket úgy kell méretezni, hogy azok hatéko-

A legjobban bevált gyakorlat követése nem a

nyan működjenek a nagy adatterhelés mellett

jobb technológia és üzemeltetési módszerek

és a viszonylag csendes időszakokban is.

egyszerű behelyettesítését jelenti – szerepe van itt a tervezőknek és a döntéshozóknak is, töb-

Tartalék kapacitás, illetve a várható csúcster-

bek között a következők érvényesítésével:

heléssel is számoló méretek alkalmazásával

• az energiagazdálkodás integrálása olyan

javítható az egész rendszer hatékonysága. A

funkciókkal, mint például a kockázatkeze-

szellőzőcsatornák, a nyomószellőztetés és a

lés, a költségszabályozás, a minőségbiztosí-

csővezetékek mechanikai túlméretezése jelen-

tás, az alkalmazottak elismerése és oktatása,

tős mértékben javíthatja az üzemeltetés költ-

valamint az életciklus-szemléletű költség-

séghatékonyságát, és rugalmas működést tesz

elemzés alkalmazása döntéshozatali esz-

lehetővé. Változtatható sebességű motorok

közként; 86


• a tervező szándékait megtestesítő dokumen-

vagy felújítás előtt álló objektumok esetében;

tumok összeállítása valamennyi fontos, érintett szereplőre kiterjedően, együtt ke-

• rendszeres „helyreállítási fázisok” beiktatá-

zelve az összetartozó csapatokat, világosan

sa a létesítményszintű karbantartási prog-

meghatározva és érvényesítve a kulcsfon-

ramba; • a helybeni villamosenergia-termelés esetle-

tosságú tervezési döntések mögötti racioná-

ges bevezetésének értékelése, beleértve a

lis elképzeléseket; • a legjobb gyakorlatra épülő, számszerűsített

kapcsolt hőt is hasznosító technológiákat; • el kell érni, hogy a létesítményt üzemel-

célkitűzések alkalmazása; • energetikai szempontú optimalizálási eljá-

tetők kivétel nélkül megismerjék az ob-

rások érvényesítése már a tervezés kezdeti

jektum berendezéseit és az energiahaté-

szakaszában – az építési és üzemeltetési

konyság szempontjából helyes üzemeltetés

költségek minimalizálása, a túlzott/ki nem

módjait.

használt „biztonsági tartalék” elkerülése és a viszonylag pontos előzetes költségbecslés

Összeállította: dr. Balog Károly

érdekében; • integrált nyomon követési, mérési és szabályozó rendszer alkalmazása a létesítmény

Irodalom

tervezése során, • a működő létesítmények teljesítményének

[1] Tschudi W; Mills E. stb.: Data-center energy use. = HPAC Engineering, 78. k. 3. sz. 2006. p. 45–51.

értékelése, nyomon követve működésüket és feltárva a kínálkozó lehetőségeket;

[2] Lawrence Berkeley National Laboratory: Data cen-

• általános próbaüzemeltetési (minőségbiz-

ter energy management – a self-paced training

tosítási) eljárás beiktatása újonnan épülő,

website. = http://hightech.lbl.gov/dctraining/top.html

87

Adatfeldolgozó központok energiafelhasználása

Recommend Documents