Curentul Electric
Cuprins
Pagina
Introducere…………………………………………………………………………………………………. 3
Capitolul I. Concepte de bază……………………………………………………………………….. 5
I.1. Curentul electric……………………………………………………………………… 5
I.2. Metode de transport și distribuție a energiei………………………………. 6
I.3. Datele și formarea bazelor de date…………………………………………….. 7
I.4. Soluția de stocare a datelor într-un centru specializat…………………. 8
Capitolul II. Centrele de date și consumul energetic………………………………………… 10
II.1. Structura si funcționalitatea unui centru de date………………………… 10
II.2. Date tehnice în ceea ce privește consumul energetic………………….. 10
II.3. Bilanțul energetic al unui centru de date…………………………………… 13
Capitolul III. Reducerea consumului energetic al bazelor de date………………………. 14
III.1. Diverse metode de reducere a consumului energetic…………………. 14
III.2. Beneficiile reducerii consumului energetic………………………………. 24
Capitolul IV. Sistemul de răcire al centrelor de date. Lucrare practică…………….. 27
IV.1. Introducere……………………………………………………………………………. 27
IV.2. Elemente componente……………………………………………………………… 29
IV.3. Modul de funcționare…………………………………………………………….. 34
IV.4.Date care confirmă reducerea de consum energetic …………………… 34
Concluzii…………………………………………………………………………………………………….. 35
Bibliografie………………………………………………………………………………………………….. 36
Anexe………………………………………………………………………………………………………….. 38
Introducere
Centrele de date pot consuma până la 100-200 de ori mai multă energie electrică decât spatiile de birou standard. Cu astfel de consum mare de energie, acestea sunt targhete primare pentru măsuri de proiectare a eficienței energetice, care pot economisi bani și reduc consumul de energie electrică. Natura complexă a sarcinilor centrelor de date, necesită un design cu multe criterii ce trebuie avute în vedere. În primul rând este necesară fiabilitatea și capacitatea unei puteri electrice ridicate, acestea fiind deseori mai importante decât eficiența energetică. Ciclurile de proiectare scurte, de multe ori oferă prea puțin timp pentru a evalua pe deplin oportunitățile de proiectare eficiente, sau să facă o evaluare de costuri primare versus costuri de durată. Acest lucru poate duce la modele, care sunt pur și simplu versiuni extinse ale abordării standard de spații de birouri, sau poate duce la aplicarea sau reutilizarea unor stragetii sau specificații care au funcționat”destul de bine", în trecut, fără a ține seama de performanța energetică.
Dublul impact al creșterii consumului energetic al centrelor de date și creșterea costurilor de energie, a făcut să crească importanța eficienței centrelor de date, ca o strategie de reducere a costurilor, gestionarea capacitatății și promovarea responsabilității față de mediu. Creșterea consumului de energie a centrelor de date, a determinat necesitatea ca în aproape fiecare organizație, să se practice o capacitate de calcul mai ridicat și o centralizare IT crescută.
Un studiu recent realizat de Data Center Users Group a arătat că eficiența energetică a unui centru de date devine o prioritate în industrie, având în vedere că 42 % din respondenții sondajului, au spus, fie au analizat eficienta energetică, ori o analizează în prezent. Respondenții au perceput oportunități semnificative pentru eficiența energetică în domeniul echipamentelor de răcire (49 %), servere (46 %), echipamente de putere (39 %) și de depozitare (21 %). [1]
Nu este necesar să se investească în programe de hardware refresh de mare amploare, sau exerciții de consolidare pentru un impact pozitiv de început, asupra eficienței energetice. Identificarea risipelor de energie, mijloace care oferă posibilitate de economisire a energiei, dimensionarea potrivită, închiderea serverelor insuficient utilizate, sunt pași importanți pentru reducerile de energie. Un efect imediat poate avea ajustarea, modul în care serverele existente operează, și se distanțează de gândirea tradițională. Se poate realiza un impact pozitiv cu un efort minim.
Această lucrare oferă o privire de ansamblu asupra celor mai bune practici pentru proiectarea centrului de date, energetic eficient.
Pentru o înțelegere de ansamblu, prezentăm întâi câteva concepte de bază privitoare la curentul electric, metodele de transport și distribuție a energiei, datele și formarea bazelor de date, precum și soluția de stocare a datelor într-un centru specializat. Se urmărește apoi, stabilirea legăturii dintre centrele de date și consumul energetic, prin prezentarea structurii și funcționalității unui centru de date, prezentarea unor date tehnice în ceea ce privește consumul energetic și bilanțul energetic al unui centru de date. După prezentarea acestor informații, lucrarea prezintă numeroase oportunități și metode de reducere a consumului energetic al bazelor de date, care acoperă mai multe domenii, incluzând sistemele IT și mediul în care se află, gestionarea aerului centrului de date, sistemele de răcire și cele electrice. Nu în ultimul rând, sunt prezentate beneficiile aduse unui centru de date la care au fost aplicate aceste tehnici de reducere a consumului energetic.
Sunt prezentate eficiența energetică a sistemului IT și mediul acestuia, deoarece măsurile luate în aceste domenii au un efect în cascadă a unor economii energetice secundare, pentru sistemele mecanice și electrice. Într-un centru de date tipic, cu un sistem de răcire foarte eficient, loturile de echipamente IT pot pondera mai mult de jumătate din consumul total de energie al facilității. Utilizarea de echipamente IT eficiente, va reduce semnificativ solicitarea în cadrul centrului de date, ca urmare, va reduce dimensiunile echipamentelor necesare pentru a le răci. Achiziționarea de servere echipate cu procesoare, ventilatoare și surse de alimentare energetic eficiente, echipamentele de rețea de eficiență ridicată, consolidarea dispozitivelor de stocare, consolidarea surselor de alimentare, și virtualizarea, sunt cele mai avantajoase modalități de a reduce solicitarea echipamentelor IT în cadrul unui centru de date.O reducere de consum se poate realiza în momentul în care se proiectează un sistem selectiv de utilizare a serverelor, cu alte cuvinte să se utilizeze capacitatea totală a serverelor doar la nevoie. Cu folosirea unor instrumente de obicei disponibile, consumul de energie al serverelor poate fi redus, fără a afecta operațiunile în curs de desfășurare, a bugetelor de capital sau fiabilitatea sistemului.
Sistemul de răcire reprezintă o altă oportunitate importantă pentru îmbunătățirea eficienței energetice. În multe cazuri, schimbări relativ simple și ieftine, cum ar fi îmbunătățirea de sigilare a camerei, deplasarea unor cabluri sau alte obiecte care împiedică fluxul de aer sau instalarea de panouri, pot avea efecte imediate. În plus, noile tehnologii, cum ar fi aparatele de aer condiționat cu capacitate variabilă și sistemele de control sofisticate, ar trebui să fie luate în considerare pentru impactul lor asupra eficienței. În cele din urmă, sistemele de răcire suplimentare oferă un răspuns la creșterea densități de echipamente care pot crește scalabilitatea și eficiența sistemelor de răcire existente. [1]
Prezentarea de ansamblu a părții practice
În partea practică se dorește construirea unei machete privind un centru de date cu un sistem de răcire eficient, acesta fiind util pentru înțelegerea mai ușoara a metodelor și pașilor de reducere a consumului energetic.Partea practică va fi realizată din două plăci de pal sau osb, cu elemente de susținere și distanțare între ele. În acel spațiu vor fi conduse cablurile, și cel mai important, tubulatura pentru sistemul de răcire.Tubulatura trebuie realizată din materiale cu rezistență mecanică destul de bună, cu posibilitate de realizare a unor imbinări etanșe.Invelișul exterior al tuburilor se va construi dintr-un material izolator atât din punct de vedere termic cât și din punct de vedere fonic.Fixarea tubulaturii se face cu tije metalice cu posibilitate de ajustare a lungimi.In partea superioară va fi construit un model de rack-uri în care se montează serverele.Se pune accent pe dirijarea coloanei de aer, care vine de la schimbătorul de aer condiționat și coloana de aer cald care se întoarce. Pe machetă se vor reprezenta sursele de energie necesare centrului de date: sursa primară care este la rețeaua de alimentare, sursele secundare fiind de la sursa ups și generatoare. Clădirea centrului de date, e bine să fie realizată din materiale izolante pentru prevenirea încălzirii din afara a spațiilor. Aerul cald de la ieșirea din camera serverelor, poate fi folosit la încălzirea spațiilor de birouri aferente clădirii, rezultând o reducere a consumului de energie necesar incălzirii spațiilor.
Capitolul I. Concepte de bază
I.1. Curentul electric
„Curentul electric reprezintă deplasarea ordonată a sarcinilor electrice”.[2] Mărimile fizice caracteristice curentului electric sunt: intensitatea și densitatea.
Electricitatea nu este un fenomen nou, a fost remarcat încă din antichitate, dar au trecut multe sute de ani de la observarea magnetismului. De la 900 î.Hr. Magnus care a observat descărcarea de electroni rezultată din frecarea pietrelor de chihlimbar, până în 600 î.Hr când au apărut unele teorii electromagnetice semnificative și riguroase formulate de personalități: ca Ampère, Faraday, Maxwell și Einstein, cărora le datorăm mult, pentru combinarea teoriilor din domeniul mecanicii clasice si cele ale electromagnetismului.
După ce electricitatea a început să fie folosită, a jucat un rol tot mai important. La început oamenii au introdus în rutina lor zilnică iluminatul electric, după care electromotoarele, sau aparatele legate de efectul termic, precum și cele folosite în domeniul electochimiei, au câștigat teren tot mai mare.
În vremurile noastre nu mai putem trăi fără noile aplicații al electricitătii, mass-media și tehnologia informației este parte integrantă a vieții de zi cu zi.
Dacă dorim să realizăm o scurtă prezentare a istoriei curentului electric, trebuie să amintim chinezul Shen Kuo (sec XI), Pierre de Maricourt (sec XIII), Girolamo Cardano (sec XVI) și William Gilbert (sec XVI-XVII), care au studiat mai amanunțit magnetismul. Deși Cardano separă forțele magnetice de cele electrice, primul care folosește cuvântul ,,electro,,, este Gilbert. Shen Kuo observă acul magnetic de la busolă, dar Gilbert este cel care înțelege funcționarea acestuia, dându-și seama că Pământul este de fapt un magnet uriaș.
În secolul al XVII-lea au fost facute mai multe studii în ceea ce privește magnetismul, observându-se faptul, că corpurile încărcate electrostatic se pot relaționa și prin forțe de respingere. Savanții constată că aceste forțe de respingere, precum și cele de atracție se propagă și în vid. Se construiește pd care se întoarce. Pe machetă se vor reprezenta sursele de energie necesare centrului de date: sursa primară care este la rețeaua de alimentare, sursele secundare fiind de la sursa ups și generatoare. Clădirea centrului de date, e bine să fie realizată din materiale izolante pentru prevenirea încălzirii din afara a spațiilor. Aerul cald de la ieșirea din camera serverelor, poate fi folosit la încălzirea spațiilor de birouri aferente clădirii, rezultând o reducere a consumului de energie necesar incălzirii spațiilor.
Capitolul I. Concepte de bază
I.1. Curentul electric
„Curentul electric reprezintă deplasarea ordonată a sarcinilor electrice”.[2] Mărimile fizice caracteristice curentului electric sunt: intensitatea și densitatea.
Electricitatea nu este un fenomen nou, a fost remarcat încă din antichitate, dar au trecut multe sute de ani de la observarea magnetismului. De la 900 î.Hr. Magnus care a observat descărcarea de electroni rezultată din frecarea pietrelor de chihlimbar, până în 600 î.Hr când au apărut unele teorii electromagnetice semnificative și riguroase formulate de personalități: ca Ampère, Faraday, Maxwell și Einstein, cărora le datorăm mult, pentru combinarea teoriilor din domeniul mecanicii clasice si cele ale electromagnetismului.
După ce electricitatea a început să fie folosită, a jucat un rol tot mai important. La început oamenii au introdus în rutina lor zilnică iluminatul electric, după care electromotoarele, sau aparatele legate de efectul termic, precum și cele folosite în domeniul electochimiei, au câștigat teren tot mai mare.
În vremurile noastre nu mai putem trăi fără noile aplicații al electricitătii, mass-media și tehnologia informației este parte integrantă a vieții de zi cu zi.
Dacă dorim să realizăm o scurtă prezentare a istoriei curentului electric, trebuie să amintim chinezul Shen Kuo (sec XI), Pierre de Maricourt (sec XIII), Girolamo Cardano (sec XVI) și William Gilbert (sec XVI-XVII), care au studiat mai amanunțit magnetismul. Deși Cardano separă forțele magnetice de cele electrice, primul care folosește cuvântul ,,electro,,, este Gilbert. Shen Kuo observă acul magnetic de la busolă, dar Gilbert este cel care înțelege funcționarea acestuia, dându-și seama că Pământul este de fapt un magnet uriaș.
În secolul al XVII-lea au fost facute mai multe studii în ceea ce privește magnetismul, observându-se faptul, că corpurile încărcate electrostatic se pot relaționa și prin forțe de respingere. Savanții constată că aceste forțe de respingere, precum și cele de atracție se propagă și în vid. Se construiește prima mașină ce produce electricitate statică de către Otto von Guericke, care mai apoi, este perfecționată de Francis Hauksbee, de aici rezultând generatorul electric. René Descartes are o contribuție importantă afirmând că magnetismul este rezultatul circulației unor particule între cei doi poli. În acest secol este folosit pentru prima dată cuvântul electricitate de către Thomas Browne.
Anul 1729 este un moment decisiv, când „Stephen Gray (1666-1736) observă că electricitatea poate fi transportată dintr-un loc într-altul prin fire metalice, și astfel realizează distincția dintre conductori și izolatori. În plus, demonstrează că electricitatea acumulată în corpuri se distribuie pe suprafața acestora”.[2]
În secolul XVIII se continuă experimentele în domeniul electricității, se construiește și se perfecționează primul condensator electric, denumit ,,butelia de Leyda,,. Se diferențiază electricitatea pozitivă și negativă, se descoperă faptul că acestea sunt un surplus sau un deficit de sarcină, s-a explicat astfel, că trăsnetul este o descărcare electrică atmosferică. Se formulează deasemenea legile cantitative ale electrostaticii, se construiește prima pilă electrică, se descoperă electroliza, se studiază diferitele efecte ale curentului electric, de exemplu, în domeniul chimic.
Dacă în secolele anterioare se face diferența dintre electricitate și magnetism, la începutul secolului XIX se observă relația dintre acestea. Urmează experimente în legătură cu forța electrodinamică, apare strămoșul bobinei și se formulează legea lui Ohm, legea inducției electromagnetice, legea electrolizei, legea conservării energiei și multe altele. Se fac tot mai multe experimente și perfecționări ale descoperirilor anterioare, astfel se diferențiază mai multe moduri prin care se obține electricitatea. Se descoperă conducția uniaterală, în urma căreia va rezulta dioda semiconductoare. Începe să se vorbească apoi, despre undele electromagnetice, rezultând undele radio, se construiește și se perfecționează un generator de curent continuu astfelcă apare primul generator electric industrial, se studiază sistemul trifazat și apare prima centrală electrică experimentală.
I.2. Metode de transport și distribuție a energiei
Transformarea energiei primare în energie electrică, se practică într-o creștere continuă, în prezent se utilizează astfel, într-un procent de 40%. Aceasta se datorează avantajelor acesteia, incluzând faptul că poate fi obținută, cu randamente bune, din oricare altă formă de energie, poate fi transmisă rapid și economic la distanțe mari, se poate distribui la un număr mare de consumatori de diverse puteri, se poate transforma în alte forme de energie în condiții avantajoase, este”curată", adică odată produsă nu este poluantă, se pretează bine la automatizări, se poate măsura cu precizie etc”[3].
Energia electrică, datorită naturii ei, nu poate fi stocată, trebuie folosită îndată ce se obține și ajunge la consumator prin sistemul energetic (SE). Sistemul energetic este alcătuit dintr-un ansamblu de instalații ce asigură producerea, transportul, distribuția și utilizarea energiei electrice. „Legătura dintre sursele de energie electrică (generatoare) și consumatori este asigurată de instalațiile de transport și distribuție a energiei electrice, adică de rețeaua electrică”[6]. Elementele esențiale ale rețelei electrice includ liniile electrice aeriene și cablurile, precum și stațiile sau posturile de transformare, și unele elemente secundare. Liniile electrice aeriene și cablurile prezintă atât avantaje cât și dezavantaje unele de altele. Deși primele sunt destul de intrusive necesitând spații mari și prezintă riscuri mari de deteriorare din cauza factorilor direcți din mediu, cablurile care sunt îngropate în pământ, nu prezintă riscul de electrocutare directă. Liniile electrice aeriene sunt ușor accesibile, se pot repara ușor și costă mult mai puțin.
Instalațiile de transport și distribuție a energiei electrice garantează transportul pe distanțe semnificative, și nu sunt perturbate de diferențele de tensiune oferite și cele solicitate. Rețelele electrice pentru a funcționa în mod optim, trebuie să fie alimentate continuu, având în vedere că în cazul unor consumatori, lipsa de funcționare a acestora poate produce efecte grave, chiar și cazuri de moarte. Rețelele electrice în plus, trebuie să funcționeze conform prevederilor de siguranță, trebuie să ofere calitate, să poată fi dezvoltate ulterior, având în vedere că pot apărea solicitări noi, să asigure eficiența economică a investițiilor, și să nu dăuneze mediului înconjurător, să fie estetice, fonice, și din punct de vedere atmosferic să nu devieze traseele urbane.
I.3. Datele și formarea bazelor de date
„Datele și informațiile reprezintă componentele primare ale sistemului informațional.
Data reprezintă o înșiruire de caractere numerice sau alfa numerice, care au o anumită semnificație. Datele economice, descriu acțiuni, procese, fapte și fenomene referitoare la firmă sau la procese din afara acesteia.” Când datele sunt prelucrate, din acestea rezultă informații. Datele nu trebuie confundate cu informațiile, deși orice informație este o dată, nu orice dată este o informație. Informația poate fi descrisă, ca și un fapt cu caracter de noutate pentru receptor.
„O bază de date reprezintă o modalitate de stocare a unor informații (date) pe un suport extern, cu posibilitatea regăsirii acestora.” Memorarea unei baze de date se realizează prin fișiere, fiind gestionate prin sistemele de gestiune a bazelor de date. Sunt mai multe feluri de baze de date.Cel mai folosit mod este cel relațional, care folosește procedeul de memorare a datelor în tabele; pe lângă acestea apar în tabele și alte elemente, precum indecși, proceduri stocate, utilizatori și grupuri de utilizatori, tipuri de date și mecanisme de securitate și de gestiune a tranzacții.
Așa cum am amintit anterior, mass-media și tehnologia informației este o parte importantă a vieții de zi cu zi, în legătură cu acestea, activitățile IT au cunoscut o creștere exponențiale față de trecutul apropiat, acest fenomen implicând mărirea importanței datelor. Pericolele la care acestea sunt expuse, trebuie combătute cât se poate de bine. Având în vedere că aceste pericole sunt tot mai multe și mai variate, trebuie pus un accent sporit pe siguranța și securitatea datelor. Soluția optimă pentru sigurața datelor implică o serie de întrebări. Companiile pot să opteze pentru cele mai sigure sisteme, dar acestea au un cost foarte ridicat. Optiunile mai ieftine prezintă însă riscul pierderii datelor sau apariția multor probleme, ce duc la pierderi masive în bugetul firmei. În plus trebuie găsită soluția de stocare care nu complică prea mult funcționarea. Pentru fiecare firmă diferă soluția optimă, ea trebuie să nu fie extrem de scumpă, de exemplu să valoreze mai mult decât datele stocate în sine, dar care să asigure o funcționare cât de cât sigură. Securitatea datelor e o altă problemă centrală în cazul stocării, deoarece sunt diverse atacuri la adresa acestora. Fiecare companie, fiecare sistem, diferă, și astfel nu este un mod optim general care poate fi aplicat la oricare dintre ele. Deobicei se folosesc soluții antivirus client-server, soluții Firewall și soluții de control al traficului de internet.
I.4. Soluția de stocare a datelor într-un centru specializat
Un centru de date poate fi definit ca o facilitate utilizată pentru a stoca sisteme de calcul și componente asociate, cum ar fi sistemele de stocare și de telecomunicații. Acestea includ, în general, controalele de mediu (de exemplu, aer condiționat, de stingere a incendiilor), surse de alimentare redundante sau de backup, conexiuni de comunicații de date redundante, și dispozitive de securitate. Centrele de date mari, conțin operațiuni la scară industrială, utilizând atât de multă energie ca un oraș mic și, uneori, sunt o sursă importantă de poluare a aerului, în privința formei de evacuare a gazelor diesel.[9] Astăzi aproape fiecare organizație are un centru de date, de multe ori fiind reprezentat de o camera de server sau doar un raft de calculatoare.
Construirea unui centru de date este o activitate complexă care implică diverse configurații și opțiuni viabile, pentru alinierea și dispunerea sistemelor de sprijin. Cerințele de bază ale centrelor de date sunt deja prevăzute în standarde, cum ar fi ANSI-TIA/EIA 942a și alte standarde legate de comunicații și sisteme de date. Centrele de date, fie mici sau mari, se referă în principal la disponibilitatea datelor stocate și a resurselor de calcul pentru utilizatorii.Cea mai cunoscută clasă de clasificare: Tier 1 – 4, conform cărora serviciile sunt disponibile 99.671 % – 99,995 %. Tier 1 se caracterizează prin posibilitatea de avarie pentru o perioadă de 28.8 ore pe an și Nivelul 4 va avea o întrerupere de 28 de minute pe an. [7]
Clădirea centrului de date este un proces complex care necesită cunoștințe din alte discipline, sisteme de răcire, sisteme de putere, acces echipamente de siguranță, de monitorizare și de supraveghere.
Centrele de date de astăzi reprezintă o provocare complexă pentru a optimiza utilizarea eficientă a energiei și a sistemelor de răcire oferind în același timp un mediu sigur și stabil, pentru echipamente de procesare și de transmisie sau de stocare a datelor.
Proiectantul unui centru de date are astăzi o mare libertate, având la îndemână o gamă completă de produse și tehnologii, incluzând rafturi, unități de răcire, surse de alimentare inteligente și accesorii de gestionare a cablurilor. E importantă alegerea unor rafturi, rame și produse de gestionare a cablurilor de înaltă calitate, pentru a se asigura că echipamentul rămâne într- un mediu de operare stabil, și cablurile de rețea sunt susținute în mod adecvat în centrul de date.
Capitolul II. Centrele de date și consumul energetic
II.1. Structura si funționalitatea unui centru de date
Scalis este un centru specializat de stocare a datelor din Cluj. Luăm această companie ca și un exemplu și să aruncăm o privire asupra facilităților folosite de aceasta. Centrul de date Scalis se caracterizează prin redundanță la energia electrică, aceasta implicând prezența unui generator propriu, mai multe UPS-uri , clădirea companiei având și stația sa de transformare. Pentru o siguranță accentuată, compania utilizează mai mulți provideri de internet, care ajung pe trasee separate din diferite direcții. Conexiunea rapidă la internet și peeringul de mare viteză este o altă caracteristică importantă de care dispune compania. Temperatura constantă optimă, este un alt factor de bază pentru operarea optimă a centrului de stocare a datelor. Compania Scalis utilizează un sistem de climatizare industrial, pentru o temperatură constantă de 21oC +/- 2oC. Datele clienților sunt în siguranță maximă, având în vedere că accesul se efectuează cu cartela și clădirea este păzită continuu de o firmă specializată pe aceasta, pe lângă faptul că încăperea serverelor este permanent supravegheată cu camere video. Serverele sunt supuse unor monitorizări prin două sisteme separate, compania având un departament tehnic disponibil la orice moment al zilei, la centrul de date.
Compania garantează un sistem backup profesional, ce face copia datelor pe un server extern la fiecare opt ore. Astfel chiar daca se pierd unele date, clientul poate obține datele anterioare dintr-un fișier backup.
Toate echipamentele folosite la centrul de stocare a datelor Scalis sunt de cea mai bună calitate și cu renume în domeniu, cum ar fi echipamente de retea Dell si Cisco, UPS-uri APC si rack-uri Compaq, servere Intel, Dell si SuperMicro, cu procesoare Intel Xeon si Intel Quad Core, serverele de MYSQL utilizeaza disk-uri SSD Intel. [8]
II.2. Unități de măsură a eficienței energetice
Unitățile de măsură a eficienței energetice și de referință pot fi utilizate pentru a urmări performanța, și de a identifica potențialele oportunități de reducere a consumului energetic în centrele de date. Gestionarea continuă a consumului de energie poate fi eficientă, doar dacă măsurările sunt facute în mod corect. Există mai multe aspecte pentru a monitoriza performanța energetică a unui centru de date, care sunt necesare pentru a se asigura că facilitatea menține eficiența ridicată, care a fost atent elaborată în decursul procesului de proiectare. În primul rând trebuie stabilite țintele eficienței energetice și de referință, bazate pe matrici adecvate, pentru a vedea ce valori trebuie obținute, și pentru a măsura eficienței centrului de date. Măsurătorile care vor fi enumerate mai jos oferă un punct de plecare bun pentru un nivel înalt de evaluare a eficienței energetice.
PUE (Power Usage Effectiveness) sau eficiența utilizării energiei este definit ca raportul dintre puterea totală pentru funcționarea centrului de date și puterea totală necesară echipamentelor IT [10]:
DCIE (Data Center Infrastructure Efficiency) sau Eficiența de infrastructura a centrului de date este definită ca raportul dintre puterea totală necesară echipamentelor IT și puterea totală pentru funcționarea centrului de date, altfel spus inversul lui PUE[11]:
Este important de remarcat faptul că acești doi termeni – PUE și DCIE – nu definesc eficiența globală a unui întreg centru de date, ci numai eficiența echipamentului de susținere într-un centru de date.
PUE și DCIE sunt definite cu privire la puterea de remiza a sitului. O altă definiție alternativă ar putea folosi o măsurătoare a sursei de energie pentru a ține cont de diferitele utilizări a sursei de alimentare.
Energy Star definește o măsurătoare similară, definită în raport cu sursa de energie, Sursa PUE ca[11]:
După cum s-a menționat, măsurătorile de mai sus oferă o evidență a eficienței infrastructurii centrelor de date, în contrast cu un randament global al centrului de date.
ERE (Energy Reuse Effectiveness) sau Eficiența de reutilizare a energiei este definită ca raportul dintre energia totală pentru a rula centrul de date minus energia de reutilizare a energiei totale utilizate de toate echipamentele IT[11]:
O ERE de 0 înseamnă că 100 % din energia adusă în centrul de date este reutilizată în altă parte, în afara volumului de control al centrelor de date.
RCI (Rack Cooling Index) sau Indexul de răcire a rafturilor măsoară cât de eficient sunt răcite rafturile de echipamente în funcție de limitele recomandate a temperaturii de aport a echipamentelor stabilite de ASHRAE/NEBS. Prin utilizarea diferenței dintre temperaturile permise și cele recomandate conform ASHRAE Class 1 (2008) guidelines, limitele maxime (RCIHI) și limitele minime (RCILO) pentru RCI sunt definite după cum urmează[11]:
Unde,
Tx = Temperatură medie a aportului de echipament x
n = numărul total de aporturi
O RCI de 100% reprezintă condiții ideale pentru echipamente, fără temperaturi prea scăzute sau prea ridicate. Un RCI < 90% este considerat că descrie o condiție precară.
RTI (Return Temperature Index) sau Indexul de temperatură retur evaluează performanța energetică a sistemului de gestionare a aerului. RTI este definit ca[11]:
Unde,
Δ TAHU este scăderea tipică (ponderată de fluxul de aer) a temperaturii de tratare a aerului
Δ TEQUIP este creșterea tipică (ponderată de fluxul de aer) a temperaturii echipamentului IT
Abaterile de la un RTI de 100% indică scăderea performanței sistemul de gestionare a aerului; rezultatele peste 100% sugerează recircularea aerului care duce la ”puncte fierbinți” sporadice, fiind semnificativ mai cald decât temperatura medie a spațiului, ridicând astfel temperatura aerului de retur; rezultatele mai mici de 100% sugerează un by-pass de aer, unde aerul rece nu contribuie la răcirea echipamentului electronic și se întoarce direct la echipamentul de tratare a aerului, astfel ducând la scăderea temperaturii aerului de retur. Prin urmare, ținta pentru un sistem eficient de gestionare a aerului ar trebui să fie un RTI de 100%.
Parametri RCI și RTI permit o metodă obiectivă de măsurare a performanței globale a unui sistem de gestionare a aerului dintr-un centru de date. Acestea ar trebui să fie utilizate paralel pentru a asigura cel mai bun design. Diferența de temperatură a aerului de alimentare și retur este frecvent utilizat ca o măsurătoare pentru eficacitatea gestionării aerului.
HVAC (Heating, Ventilation and Air-Conditioning) sau încălzire, ventilație și aer condiționat este definit ca raportul dintre energia anuală al echipamentului IT și energia anuală a sistemului HVAC[11]:
Pentru o valoare dată a energiei echipamentelor IT, o eficacitate scăzută a sistemului HVAC corespunde unui nivel HVAC relativ ridicat al consumului energiei de sistem și, prin urmare, un potențial ridicat de creștere a eficienței sistemului HVAC.
Eficiența fluxului de aer reprezintă eficiența globală a fluxului de aer în funcție de puterea totală ventilatoare necesară pe unitatea de flux de aer. Acesta este o măsură generală a cât de eficient este deplasat aerul prin centrul de date, de la sursă la revenire, și ia în considerare modelul căderii la presiune mică, precum și a eficienței sistemului de ventilație[11].
Există mai multe măsurători care măsoară eficiența unui sistem HVAC. Cea mai cunoscută unitate de măsură folosită pentru a determina eficiența unui sistem HVAC este raportul dintre consumul mediu de energie a sistemului de răcire (kW), și încărcătura medie de răcire a centrului de date (tone). O eficiență a sistemului de răcire de 0,8 kW/tonă, este considerată o valoare bună, iar un randament de 0,6 kW/tonă este considerat o valoare de referință și mai bună[11].
II.3. Bilanțul energetic al unui centru de date
Emerson Network Power a modelat consumul de energie pentru un centru de date tipic de 465 metri patrați (5000 squarefoot), și a analizat modul în care este utilizată energia în cadrul facilității.
Figura 1. Analiza detaliată a unui centru de date tipic
* Aceasta reprezintă puterea medie de remiză (kW). Consumul zilnic de energie (kWh) poate fi calculat prin înmulțirea acesteia cu 24.
Consumul de energie a fost clasificat în două categorii. Prima categorie include servere, locuri de stocare, comunicații și alte sisteme informatice care susțin afacerea. Sistemele de aprovizionare constituie a doua categorie, și acestea susțin pe cele din prima categorie. In această analiză, sistemele din prima categorie – incluzând procesoare, surse de alimentare a serverelor, alte componente de server, locuri de stocare și echipamente de comunicare – reprezintă 52% din consumul total. Sistemele de aprovizionare includ UPS-ul, difuzarea de energie, sistemul de răcire, iluminare și comutația clădirii, și reprezintă 48% din consum. Fiecare centru de date este diferit, și potențialul de economisire variază puțin în funcție de facilitate. Distincția dintre cererea și consumul de energie de alimentare este valoros, deoarece reduceri ale energiei din prima categori au efect de cascadă spre sistemele de aprovizionare. [1]
Capitolul III. Reducerea consumului energetic al bazelor de date
III.1. Diverse metode de reducere a consumului energetic
Pentru elaborarea unui proiect eficient de reducere a consumului energetic al unui centru de stocare a datelor, în primul rând trebuie identificate și documentate toate serverele care rulează în cadrul centrului de date, trebuie determinat scopul lor de afaceri, și măsura consumului lor de energie. În prezent nu se măsoară consumul de energie pe bază de server (on a per server basis), cu toate acestea este posibil să se genereze estimări fără prea mare dificultate. Deși această metoda poate părea puțin mai complicată decât pur și simplu aplicarea unor idei la o anumită companie, sperând să scadă consumul enegetic, este de folos să se analizee raportul consum-beneficiu a unui server și nu în ultimul rând să se poată verifica detaliat rezultatele schimbărilor efectuate.
Consumul energetic al unui centru de stocare a datelor, are la bază factori diverși. În primul rând energia consumată se datorează sistemelor IT folosite, ceeace include: servere, dispozitive de stocare, echipamente de rețea, surse de alimentare. În afară de acestea, energia este consumată de sistemul de răcire și generatoare, iluminat și alte facilități de controlul accesului.
EYP Mission Critical a analizat consumul de energie a unui centru de date, și a estimat că 50 % din energia consumată de facilitate, se datorează sistemelor tehnologice a informației. Se înțelege că o economisire de 10% din energia consumată de echipamentele IT va crea 7-10 % reduceri suplimentare de energie, deoarece sarcinile de răcire și de distribuție a energiei sunt reduse. [17]Atât, consumul cât și reducerea consumului de energie, au un efect în cascadă, deci pot aproape dubla, reducerile de consum energetic.
De exemplu în cazul unui centru de date de 465 de metri patrați, folosit pentru a analiza consumul de energie, o reducere de 1 Watt la nivelul componentelor de server (procesor, memorie, hard disk etc.), duce la o economisire suplimentară 1,84-Watt la nivelul sursei de alimentare, a sistemului de distribuire a energiei,a sistemului UPS (Uninterruptible power supply) și a sistemului de răcire. Deci 1 Watt economisit la procesoare duce la economisirea a aproximativ 2,84 Watt la consum. [18]
III.1.1 Sisteme IT
Importanța eficienței serverelor
Majoritatea serverelor funcționează la o rată de aproximativ 20% din capacitatea de utilizare, în cea mai mare parte a timpului, cu toate acestea folosesc puterea electrică maximă în timpul procesului. Recent au fost efectuate progrese privind sistemele de răcire internă și procesoarele de servere, pentru a minimiza această risipă de energie. (U.S. Department of Energy, 2011)
În ultimii ani, procesoarele de servere X86 au început să includă facilități de economisire a energiei, care au devenit deja comune în cazul calculatoarelor desktop și laptop. Acestea pot reduce puterea folosită atunci când procesorul rulează in standby. Activarea unei setări poate duce la economii totale de energie de sistem de până la 20%. (5 ways). De prea multe ori aceste facilități sunt dezactivate din cauza preocupărilor cu privire la timpul de răspuns și în acest fel fiabilitatea serverului. Cu toate acestea, hardware-ul în sine este proiectat să gestioneze zeci de mii de cicluri on-off. Remiza de alimentare a serverului poate fi, de asemenea modulată, prin instalarea în servere a software-ului”power cycler". Această decizie trebuie evaluată în lumina economisirii importante pe care această tehnologie o oferă.
Comparativ cu serverele tradiționale, servere blade pot efectua aceeași muncă cu 20-40% mai puțină energie. La 10 de centi pe kilowatt-oră de putere de utilitate, un centru de date cu 1000 de servere ar putea economisi pana la 175.000 dolari pe an, pur și simplu, prin utilizarea mai multor servere blade. (Sriram Ramakrishnan)
Atunci când se achiziționează servere noi, este recomandat să se caute produse care includ ventilatoare pentru răcirea internă cu viteză variabilă, spre deosebire de ventilatoare standard cu viteză constantă. Ventilatoarele cu viteză variabilă furnizează răcire suficienă în timp ce se rotesc mai lent, astfel consumă mai puțină energie.
Unitatea cu frecvență variabilă (VFD) îmbunătățește eficiența energetică a echipamentelor de răcire, permițând sistemelor să ruleze doar un procent din viteza motorului. Aceasta înseamnă mai puțină energie utilizată de sistemul de răcire și limitează supra-răcirea instalației. Sistemul de automatizare oferă managerilor posibilitatea de a integra, controla și monitoriza diferite aspecte ale instalației, inclusiv HVAC, elemente de securitate, iluminat, de incendiu și alte sisteme, într-o singură aplicație centralizată. Împreună, controalele de automatizare și VFD-urile, realizează o metodă cuprinzătoare de control și reglare a diferitor funcții din centrele de date, eficiența energetică devenind o prioritate. În unele cazuri de testare, rezultatele au demonstrat o reducere de 66% din energia de răcire. (http://blog.schneider-electric.com/datacenter)
Discurile mai rapide consumă mai multă energie. În acest caz pentru a economisi energie se reorganizează datele urmând ca acestea să se stocheze pe hard-discuri mai lente.
Procesoarele multi-core permit procesarea simultană a mai multor sarcini, ceea ce duce la o mai mare eficiență, în două moduri. În primul rând, ele oferă o performanță îmbunătățită cu aceeași energie și sarcină de răcire, în comparație cu procesoarele single-core. În al doilea rând, ele consolidează dispozitivele partajate asupra unui single- core procesor.
Pentru un preț mai ridicat, producătorii de procesoare oferă versiuni de procesoare cu tensiune scăzută, care consumă, în medie, cu 30 de wați mai puțin decât procesoarele standard. Studiile de cercetare independentă, arată că procesoarele low-power oferă aceeași performanță ca și modelele cu putere mai ridicată. Într-un centrul de date de 465 metri pătrați procesoarele low-power au dus la o reducere de 10% din consumul total de energie al centrului de date. (Emerson Network Power, 2008)
Economisire de energie suplimentară se poate obține prin consolidarea redundanțelor sistemului IT, dacă se ia în considerare o sursă de alimentare per rack de servere, în loc de a avea o sursă de alimentare pentru fiecare server în parte. Pentru un nivel de redundanță dată, sursele de alimentare montate pe suportul integrat, vor funcționa la un nivel de încărcare mai mare (potențial 70 %), comparativ cu sursele de alimentare de server individuale (20% – 25 %). (U.S. Department of Energy, 2011) Utilizarea altor resurse IT, cum ar fi unități centrale de procesare (CPU), disc-uri sau memorie, optimizează de asemenea consumul energetic.
În ultimii ani, serviciile Web au condus la creșterea clusterilor de servere în centre de date. În multe cazuri, aceste clustere de servere sunt mult supra-alimentate. Analiza modelelor de utilizare a clusterilor de servere, va evidenția potențialul pentru”dimensionare optimă". Capacitatea care nu este necesară poate fi oprită, dar clusterul de servere poate oferi încă suficientă elasticitate pentru a îndeplini cerințele funcționării optime.
Nu toate serverele trebuie să fie funcționale 24 de ore din 7 zile. Servere individuale pot fi oprite pentru anumite perioade ale zilei. De exemplu, serverele care execută software-ul de backup sunt în mod normal folosite numai pe timp de noapte și serverele branchbased sunt utilizate în mod normal doar în timpul zilei.
Cercetările actuale sugerează că un număr semnificativ de servere instalate nu sunt folosite deloc de nimeni. Acestea sunt servere mai vechi care au ieșit din uz, dar nu au fost desființate. Nimeni nu a urmărit dacă mai sunt folosite. Aceste unități pot fi identificare prin analiza folosirii lor (sau lipsa acesteia). (Ed. Mark Blackburn, 2008)
Echipamentele IT sunt utilizate destul de puțin în raport cu capacitatea lor. Serverele rulează între 5-15%, PC-urile între 10-20% , dispozitivele de stocare de la 20 % până la 40 %, și stocarea în rețea de la 60-80% . Atunci când oricare dintre aceste dispozitive devin inactive (deoarece volumul de muncă este mult sub capacitatea lor), echipamentul încă mai consumă o parte semnificativă de energie electrică care ar putea fi folosită la utilizarea lui maximă. Un server tipic X86 consumă de la 30-40% din puterea maximă chiar și atunci când nu se efectuează nici o lucrare. Fiecare moment de mers în gol înseamnă bani cheltuiți care nu se întorc – o ineficiență pe care managerii centrelor de date de azi, nu o mai pot accepta. (Sriram Ramakrishnan)
Dispozitive de stocare
Consumul de energie se raportează aproximativ liniar la numărul de module de stocare utilizate. Redundanța de stocare trebuie să fie raționalizată și bine dimensionată pentru a se evita creșterea rapidă în dimensiune și a consumului de energie.
Consolidarea datelor de stocare direct accesibile, în locuri de stocare accesibile prin rețea, este o opțiune, care ia datele care nu trebuie să fie ușor accesibile și le comută în mod offline. Datele care nu pot fi stocate offline, se pot trece de la metodele tradiționale de stocare, la un alt mod de stocare.
Echipamente de rețea
Există măsuri active de gestionare a energiei, care pot fi, de asemenea, aplicate pentru a reduce consumul de energie, când cererea de rețea variază. Eficiența energetică de rețea Ethernet, poate fi îmbunătățită substanțial prin schimbarea rapidă a vitezei link-urilor de rețea, la cantitatea de date care sunt transmise la momentul respectiv.
Surse de alimentare
Sistemul de putere critică reprezintă o altă oportunitate de a reduce consumul de energie; cu toate acestea, chiar mai mult decât în cazul altor sisteme, trebuie să fie luate măsuri de protecție pentru a se asigura că reducerile consumului de energie nu sunt obținute cu costul disponibilității reduse ale echipamentelor. Cele mai multe centre de date, folosesc un tip de UPS numit sistem de conversie dublă. Acest sistem transformă curentul alternativ în curent continuu și apoi se generează curent alternativ stabilizat prin intermediul UPS. Acest lucru permite UPS-ului să genereze o tensiune cu formă sinusoidală pură, necesară pentru echipamentele IT. Sistemele UPS care nu transformă alimentarea funcționează mai eficient, deoarece nu apar pierderi legate de procesul de conversie, iar eficiența crește de la 60-70% până la 95%. Aceste sisteme pot compromite protecția echipamentului. Astăzi, prin utilizarea unor componente de calitate superioară și ingineriei avansate, este posibil să se găsească surse de alimentare cu eficiență de până la 95% (U.S. Department of Energy, 2011).
Există o oportunitate mai mare de reducere a consumului energetic cu un risc mult mai scazut decât cea amintită anterior. În cele mai multe centre de date, UPS-ul oferă serverului curent de 208V. În cazul în care tensiunea poate fi ridicată la 240V, sursele de alimentare din servere, vor funcționa la un randament mai crescut, scăzând astfel consumul energetic. Serverele și alte echipamente IT funcționează cu 240V AC, fără probleme.
Consolidare
În centrele de date poate fi atins un consumul scăzut al ventilatorului de alimentare și un sistem de răcire mai eficient, atunci când echipamenele cu o densitate de sarcină termică și cerințe de temperatură similare, sunt grupate împreună.
Virtualizarea este o metodă de rulare a mai multor sisteme de operare virtuale independente, de pe un singur computer . Virtualizarea va reduce drastic numărul de servere într- un centru de date, consolidând diverse aplicații pe mai puține servere, având impact major asupra eficienței energetice, prin reducerea consumului de energie al serverului și inclusiv, al cerințelor de răcire. Sunt necesare unele facilități pentru a pune în aplicare virtualizarea, dar acest lucru este minim în comparație cu economiile care pot fi realizate. Rezultatul poate fi o reducere a consumului energetic de la 10, până la 40%.
Virtualizarea cauzează scăderea consumul de energie, dar poate provoca o creștere a eficienței utilizării energiei (PUE). Trebuie optimizată puterea de alimentare și sistemele de răcire pentru a fi în conformitate cu transformările efectuate, pentru a împiedica creșterea PUE.
Un client Eaton a luat în considerare virtualizarea și a găsit posibilitatea de a reduce portofoliul său de 1000 de servere, la aproximativ 200 de servere. Chiar dacă am presupune că costurile de energie sunt doar 10 de centi pe kilowatt-oră, acest client poate economisi 700.000 dolari numai in primul an. (Sriram Ramakrishnan)
Desigur, virtualizarea nu va fi salvarea pentru toată lumea. Centrele de date ar putea să fie proiectate pentru ore de vârf periodice, cum ar vârful de sezon pentru un retailer. În acest caz, hardware-ul puțin utilizat, inactiv este parte a business-ului. Dar virtualizarea poate aduce beneficii mari pentru cele mai multe centre de date tipice.
III.1.2. Gestionarea aerului
Gestionare aerului în centrele de date implică toate detaliile de proiectare și de configurare referitoare la minimizarea sau eliminarea amestecării aerului de răcire, a echipamentelor, si aerul cald eliminat de echipament. Punerea în aplicație a unei gestionări eficiente de dirijare a aerului, duce la o eficientizare a echipamentelor de răcire.
Trebuie să menționăm că mai multe centre de date nu sunt în conformitate cu recomendările specialiștilor. De exemplu în 2008 ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers), a utilizat temperatura aerului de alimentare la 18°C (64,4°F) ca și extrema joasă, și 27°C (80,6°F) ca și extremă superioară, în comparație cu recomandarea sa anterioară de 25°C (77°F). Multe centre de date au stabilit temperaturi mult mai mici, de 12,7°C (55°F). Prin simpla ridicare a temperaturii chiar un grad, centrele de date pot realiza economii de energie. Același lucru este valabil pentru umiditate, pentru care ASHRAE a recomandat până la 60 % umiditate relativă, față de recomandarea de 55%, din anul 2004. Merită citită îndrumarea ASHRAE, și reglate punctele de setare ale temperaturii si umidității. Cu noile tehnologii de server, am putea vedea chiar cresteri suplimentare pe ambele setări.
Gestionarea cablurilor
Un centru de date ar trebui să aibă o strategie de gestionare a cablurilor, pentru a minimiza obstacolele fluxului de aer cauzate de cabluri. Această strategie ar trebui să vizeze întreg traseul de mișcare a aerului de răcire, inclusiv zonele de admisie și de evacuare a aerului la echipamentele IT și rafturi, precum și zonele de sub podea. Se recomandă ca toate cablurile posibile să se conducă pe sub podea astfel arul rece putând circula cât mai efectiv. Există câteva inconveniențe în cazul în care trebuie unele cabluri înlocuite.
Separarea și izolarea culoarurilor
Configurația culoar cald/rece este creată atunci când rafturile de echipamente și alimentare cu aer a sistemului de răcire și revenire sunt astfel proiectate, ca să prevină amestecarea aerului cald de evacuare cu aerul rece de alimentare, trimis între rafturi. După cum sugerează și numele, echipamentul centrului de date este prevăzut în rânduri de rafturi alternânând între ele culoarele de aer rece, cu cele cu aer cald. Configurațiile stricte de culoar cald/rece, pot crește în mod semnificativ capacitatea sistemului de răcire a unui centru de date.
Multe centre de date amesteca aerul cald și rece, limitând astfel efectiv capacitatea și eficiența sistemului de răcire. Se poate soluționa cu usurinta acest lucru prin plasarea unor placi de aer și/sau localizarea unor orificii de aerisire în culoarul rece, și orificii de retur în culoarul cald, împreună cu o perdea sau cu un sistem de închidere mai tare, care să separe culoarul rece de cel cald. Aerul cald evacuat dintre rafturi nu se amestecă cu aerul rece de aprovizionare și,ca urmare, poate fi returnat direct la locul de tratare a aerului prin diferite sisteme de colectare.
Etanșarea găurilor în podele, folosirea panourilor de separare, de exemplu, bariere de plastic flexibile pentru a sigila spațiul din partea de sus a rafturilor și locul de întoarcere a aerului, poate îmbunătăți foarte mult izolarea culoar rece/ culoar cald, permițând în același timp flexibilitatea în accesarea, exploatarea și întreținerea echipamentului IT de dedesubt.
Economiile de energie al ventilatoarelor sunt realizate prin reducerea vitezei ventilatoarelor, pentru a furniza doar atâta aer cât permite spațiul dat.
Unități suplimentare de răcire sunt montate deasupra sau alături de rafturile de echipamente, astfel trag aerul cald direct din culoarul cald și livrează aerul rece pentru culoarul rece. Deoarece răcirea suplimentară este adusă mai aproape de sursa de căldură, se reduce puterea necesară a ventilatorului pentru a deplasa aerul, determinând reducerea costurilor. Acestea folosesc de asemenea schimbătoare de caldură eficiente, și oferă o răcire sensibilă, care este ideală pentru caldura uscată generată de echipamentele electronice.
Optimizarea configurării aerului de alimentare și retur
Configurația culoarelor cald/rece poate fi deservită de sistemele de distribuție a aerului de deasupra capului sau de sub podea. În cazul în care se folosește o unitate de deasupra, aceasta trebuie să fie situată în central, deasupra zonei deservite. Trebuie să se țină cont de faptul că livrarea de deasupra capului tinde să reducă stratificarea temperaturii în culoarele reci, în comparație cu livrarea aerului pe sub podea.
Sisteme de alimentare cu aer de sub podea au câteva aspecte unice. Plenul de sub podea servește de multe ori, atât ca un canal, cît și ca un spațiu de cablare.
III.1.3 Sisteme de răcire
Pe lângă toate aspectele vizate mai sus, centrele de date care vor să reducă consumul energetic și costurile aferente acestuia, trebuie să analizeze sistemele de răcire și să opteze pentru varianta cea mai benefică pentru afacerea lor. În continuare să enumerăm câteva sisteme de răcire mai cunoscute.
Sistemele ambalate de aer condiționat DX, sunt cele mai cunoscute opțiuni pentru centrele de date mai mici. Aceste unități sunt, în general, disponibile pentru oricine, un fel de echipament ce se poate lua direct de pe raftul producătorilor (cunoscuți ca unități de CRAC). (Best practices guide) Pentru optimizarea eficienței la achiziționarea sistemelor CRAC, sunt necesari trei factori de bază :
– cât de eficient funcționează unitățile la solicitare parțială;
– cât de eficiente sunt unitățile la eliminarea de căldurii
– cât de bine funcționează mai multe unități împreună.
Sistemele de centre de date sunt astfel dimensionate ca să facă față la sarcini de vârf, care există foarte rar. Tehnologii noi, cum ar fi compresoarele Scroll Digital si drive-urile cu frecvență variabilă în sistemul de aer conditionat (CRAC) din sala de calculatoare, permit ca randamente ridicate să fie menținute la sarcinile parțiale. De obicei, ventilatoarele CRAC merg cu o viteză constantă și livrează un volum constant de flux de aer.În cazul utilizării ventilatoarelor alimentate prin convertizoare de frecvență, se obține o reducere de consum energetic. O performanță mai bună a fost observată în cazul sistemele de aer al centrelor de date care folosesc sisteme centrale de manipulare a aerului, special concepute. Un sistem centralizat oferă multe avantaje față de sistemul tradițional. Sistemele centralizate folosesc motoare mai mari și ventilatoare care sunt mai eficiente. Ele sunt de asemenea bine potrivite, pentru a funcționa cu volum variabil prin utilizarea de VSD și maximiza eficiența, în cazul funcționării parțiale.
Un model cu conducte”supradimensionate", sau un important spațiu de sub podea, sunt esențiale, pentru optimizarea eficienței energetice, reducând consumul de energie al ventilatoarelor și facilititând utilitatea pe termen lung. Conductele trebuie să fie cât mai scurte pe cât posibil și cu dimensiuni semnificativ mai mari decât în cazul sistemelor tipice de birou, deoarece funcționarea în 24 de ore în centrul de date, crește valoarea de utilizare a energiei în timp, în raport cu costul primar.
Bazele de date pot utiliza chillere eficiente răcite cu apă într-o instalație centrală de apă rece. Un chiller de înaltă eficiență echipat cu VFD este de obicei opțiunea cea mai eficientă de răcire pentru instalațiile de mari dimensiuni. Turnuri de răcire supradimensionate echipate cu VFD reduc energia necesară pentru răcire. Ventilatoarele mari asociate cu turnurile supradimensionate pot funcționa la viteze mai mici reducând astfel energia necesară operării ventilatoarelor, comparativ cu turnurile mai mici.
În multe locuri, aerul rece din exterior poate fi folosit pentru a suplimenta răcirea centrului de date realizîndu-se o”răcire gratuită”în timpul lunilor reci. Acest lucru este posibil prin utilizarea sistemelor de economizor. Un studiu realizat de Battelle Laboratories privitor la construirea de sisteme de control a demonstrat că intensitatea medie a utilizării energiei pentru răcire și încălzire a clădirilor cu economizoare a fost cu 13 % mai mică decat celor fără economizoare. (Emerson Network Power, 2007) Există două tipuri de bază de sisteme de economizoare bazate pe utilizarea aerului sau utilizarea resurselor fluide. Alegerea tipului pentru un anumit proiect este în funcție de climat, diferite coduri, performanța ce se poate atinge cu acel fel de economizor, și preferință. La utilizarea sistemului de răcire este necesar a se lua in considerare nivelul de temperatură, umiditatea și cantitatea de praf.
Stocarea termică este o metodă de stocare a energiei termice într-un rezervor pentru o utilizare ulterioară, și este deosebit de utilă în instalațiile cu sarcini de răcire deosebit de mari, cum ar fi centrele de date. Aceasta poate duce la mari economii a cererii electrice și la îmbunătățirea fiabilitatății sistemului de răcire cu apă. In zonele cu climat rece, uscat pe timp de noapte, turnurile de răcire pot încărca în mod direct un rezervor de stocare a apei de răcire; folosind o mică parte din energia necesară în mod normal de chiller.
Răcirea directă cu lichid –––––––––––se referă la un număr diferit de abordări ale răcirii care toate au în comun faptul că căldura reziduală se trasferă la un fluid exact la locul unde este generată căldura sau foarte aproape de acesta, în loc să o transfere la aerul din cameră, iar apoi să fie conduționată aerul din încăpere.
III.1.4. Sistemele electrice
Centrele de date au de obicei o cale de distribuție a energiei electrice care constă din: serviciu de utilitate, tablou, comutator, surse de energie alternativă (de exemplu, generator de rezervă), echipamentul paralel pentru redundanță (de exemplu, mai multe UPS-uri și PDU-uri), și echipamentul auxiliar condiționat (de exemplu, filtre de linie). Aceste componente degajă energie termică care este legată direct de încărcătura centrului de date. Eficiența poate varia foarte mult între producători și modul în care echipamentul este proiectat. Eficiența de operare poate fi controlată și optimizată prin selectarea atentă a acestor componente. Sistemele de conversie dublă (sistemul de centru de date cel mai frecvent utilizate), prezintă o eficiența la nivel UPS care variază de la 86% până la 95%. Când o încărcătură completă a cetrului de date este deservită de un sistem UPS, chiar și o mică îmbunătățire a eficienței sistemului poate produce mari economii anuale. De exemplu, dacă luam un centru de date de 1400 metri pătrați din SUA, cu echipamente IT care funcționează la 100 W/sf necesită 13.140 MWh de energie anuală pentru echipamentele IT. În cazul în care eficiența sistemului de alimentare UPS este îmbunătățită de la 90% la 95%, prețul consumului anual de energie va fi redus cu 768,421 kWh, sau aproximativ 90.000 dolari, plus economii semnificative de energie al sistemului de răcire suplimentar, din cauza sarcinii de răcire reduse. Pentru sistemele UPS bazate pe baterii, se păstreaza factorul de încărcare UPS cât mai ridicat posibil. Acest lucru necesită folosirea mai multor unități mai mici.
Un PDU transmite curent electric condiționat, care provine de la un UPS sau generator. Aceasta este odistribuție a energiei electrice de calitate pentru mai multe piese de echipament. În acest caz există numeroase ieșiri pentru a furniza energie electrică serverelor, echipamentelor de retea si altor dispozitive electronice care necesită curent condiționat și/sau continuu. Menținerea unei tensiuni mai mari în liniile electrice alimentate de o sursă UPS sau un generator, permite unui PDU să se situeze mai central într- un centru de date. Ca rezultat, lungimile conductoarelor dintre PDU și echipament sunt reduse și se pierde mai puțină putere sub formă de căldură.
În continuare sunt prezentate îndrumări generale pentru furnizarea energiei electrice într-un mod energetic eficient. Minimizarea rezistenței prin creșterea ariei secțiunii transversale a căii de distribuție, este un lucru important, dar să fie și cât mai scurt posibil. O altă metodă este menținerea unei tensiuni mai mari pentru cât mai mult timp posibil pentru a minimiza curentul. E bine să se utilizeze surse în comutație pentru o putere condiționată. Trebuie localizate toate regulatoarele de tensiune aproape de sarcină pentru a minimiza pierderile de distribuție la tensiuni mai mici.
Răspunsul la cerere se referă la procesul prin care operatorii instalațiilor curbează consumul de energie în mod voluntar, în perioadele de cerere de vârf. Pentru reducerea încărcării atunci când o perioadă de vârf este așteptată, operatorii de centre de date pot lua anumite măsuri, cum ar fi reducerea unei treimi a intensității de iluminat sau oprirea echipamentului de birou inactiv. Prin soluții automatizate ale sistemului de rețea acest lucru poate fi un proces simplu, eficient, ieftin, și s-a evidențiat că reduce sarcinile de vârf în timpul acestor perioade de cerere, cu peste 14%. (U.S. Department of Energy, 2011)
Într-un centru de date convențional, curentul electric este furnizat de rețea sub formă de curent continuu și distribuit de-a lungul infrastructurii centrului de date sub formă de curent alternativ. Cu toate acestea, cele mai multe dintre componentele electrice din centrul de date, precum și bateriile care stochează energia electrică de rezervă în sistemul UPS, necesită alimentare de curent continuu. Ca urmare, curentul electric trebuie să treacă prin mai multe conversii care duce la pierderi ale puterii și energie risipită. O modalitate de a reduce numărul de convertiri a energiei electrice, este prin utilizarea distribuției curentului continuu. Acest lucru nu a devenit încă o practică comună deoarece ar putea însemna costuri primare semnificativ mari , dar a fost testat în mai multe centre de date și se pare că funcționează eficient.
Spațiile din centrele de date nu sunt ocupate în mod uniform, ca urmare, nu e nevoie de iluminare completă la orice oră din an. Camerele UPS, camerele de baterie și de comutare sunt exemple de spații care sunt rar ocupate. De aceea, senzorii de mișcare a zonei––– într-un unui centru de date poate avea un impact semnificativ asupra reducerii consumului electric folosit pentru iluminare. Selecția atentă a unui sistem de iluminare eficient (de exemplu deasupra culoarelor și nu deasupra șirurilor de servere), a lămpilor și balasturilor, va reduce de asemenea, nu numai utilizarea electrică pentru iluminat, dar și folosirea sistemului de răcire. Acesta din urmă duce la economii secundare ale energiei.
Pe lângă toate aceste aspecte majore, există unele metode simple de reducere a consumului energetic al centrelor de date, care se neglijează ușor, cum ar fi: pierderi nejustificate la generatoare, iluminatul exterior și controlul accesului în perimetrul centrului.
III.2 Beneficiile reducerii consumului energetic
Să ne întoarcem acum la centrul de date tipic de 465 metri patrați prezentat anterior și să vedem rezultatele aplicării unor metode de economisire a energiei. Conform datelor înregistrate, s-a reușit să se facă o economie de 52% fără a compromite performața sau disponibilitatea serverelor din centrul de date. În starea sa neoptimizată, modelul de centru de date de 465 metri patrați a folosit o putere totală a echipamentelor de calcul de 588 kW și o putere totală utilă de 1 127 kW. Prin aplicarea a mai multor strategii de optimizare, centru de date a fost transformat pentru a avea același nivel de performanță folosind semnificativ mai puțină energie și spațiu. Puterea totală a echipamentelor de calcul a fost redusă la 367 kW, în timp ce densitatea rafturilor a crescut de la 2,8 kW pe raft la 6,1 kW pe raft.
Tabelul 1. Metodele de reducere a energiei aplicate elimină constrângerile––– de creștere pe lângă reducerea consumului de energie
Aceaste strategii au redus numărul de rafturi necesare pentru a suporta sarcina de calcul de la 210 la 60, pe când ––––și puterea eliminată, limitele de răcire și de spațiu care constrâng creșterea economică (tabelul 1).
Consumul total de energie a fost redus la 542 kW și suprafața totală necesară pentru echipamente IT a fost redusă cu 65 la suta (tabelul 2).
Tabelul 2. Model de actiuni de reducere a energiei electrice la un centru de date
Aceste metode de reducere a consumului de energie sunt potrivite pentru fiecare tip de centru de date. În cazul facilităților de operare la rate de utilizare ridicate de 24 de ore de-a lungul unei zile se va urmări concentrarea eforturilor inițiale privind achiziționarea de echipamente IT cu procesoare low-power și cu surse de alimentare de eficiență crescută. Facilitățile care se confruntă cu vârfuri previzibile în activitate pot obține cel mai mare beneficiu de la tehnologia de gestionare a energiei.
IV Sistemul de răcire al centrelor de date. Lucrare practică
IV.1. Introducere
Prin partea practică se dorește, înțelegerea mai profundă a studiului realizat. Partea practică reprezintă o realizare fizică a elementelor componente a unui centru de date. Privind formele constructive ale centrului de date, putem obseva o mulțime de echipamente care constituie întregul, numit centru de date. După cum obsevăm și în titlul captolului, cuvântul ,,centru,, reprezintă o unitate, adică un tot bine organizat, gândit și asamblat logic, și funcțional. Centrul e date este proiectat în așa fel, încât să prezinte un radament bun din punct de vedere al legăturilor de transfer de date, accesibilitate din punct de fizic, adică să aibă o orintare bună în plan arhitectural, cu un design atrăgător, pentru a nu da senzația unui parc de beton, și nu în ultimul rând, să aibă un racord la rețeaua națională de alimentare cu energie electrică de categoria 0. Nu în ultim rând, este nevoie de un nivel de securitate în privința datelor și a accesului în centru de date.
Categoria 0 – nu acceptă întreruperea alimentării cu energie electrică. Lipsa alimentării cu energie electrică este dăunătoare, ducând la prejudicii, chiar la pierderi de vieți omenești (în spitale, centrale nucleare, termocentrale, sisteme de siguranță a circulației, alimentări de pe aeronave și alte vehicule). Consumatorii din categoria 0, trebuie alimentați din mai multe surse (rețelele independente, generatoare proprii, sisteme de rezervă cu baterii de acumulatoare).
După observarea atentă a realizării practice, se va înțelege mai bine structura și funcționarea centrului de date, precum și importanța unui asemenea cetru.
Obiectivul principal prevăzut în lucrarea practică, este răcirea centrului de date, mai exact, este problema menținerii unei temperaturi constante la nivel de RACK ,la nivel de server, și dacă intrăm mai profund, la nivel de componente electronice care se încălzesc și disipă căldura. Aceste componente pot fi rezistoare, tranzistoare, circuite integrate, procesoare, diode, care sunt supuse efectului termic. Efectul termic denumit și efect Joule-Lenz, este evidențiat prin încălzirea conductorilor parcurși de o cantitate de curent. Fenomenul este prezent, datorită interacțiunii electronilor cu atomii conductorului. Aceste interacțiuni, prin cedarea de energie cinetică, contribuie la mărirea vitezei de agitație termică în conductor.
Este necesară menținerea unei temperaturi constante la nivel de server, deoarece temperatura procesorului are legătură directă cu viteza de lucru, performanța lui și cu durata lui de funcționare. Creșterea temperaturii procesorului duce la scăderea randamentului, iar în cazul unei avarii la sistemul de răcire, se poate ajunge la cazuri în care sistemul de siguranță a procesorului, oprește funcționarea lui. Acest lucru nu este de dorit nici într-un caz, deoarece acest server poate fi conectat la sisteme de siguranță a circulației rutiere, centre medicale, sisteme aeronautice. Deconectarea lor poate duce la tragedii, pierderi de vieți omenești, pagube materiale. Din acest motiv, este nevoie de o siguranță ridicată la nivel de răcire a sistemelor electrice, dar nu în ultimul rând un sistem de back-up performant, la nivel de alimentare cu energie electrică.
În problematica răcirii serverelor, este necesară urmărirea unor aspecte care au un efect important asupra consumului energetic, dar și asupra performanțelor funcționale. Printre cele mai importante greșeli care se fac la montarea rack-urilor și a sistemelor de răcire sunt următoarele cinci:
Prima greseală este poziționarea des întâlnită mai ales la rack-urile improvizate, montate și utilizate într-un mod necorespunzător. Aerul cald de la ieșirea unui rack poate fi absorbit de rack-ul aflat în vecinătatea sa apropiată, rezultând un efect de răcire necorespunzător și o posibilă supraîncălzire. Aerul rece vine dirijat din partea inferioară adică de la nivelul pardoselii și este absorbit de primele servere. Se observă o reducere a debitului de aer rece la nivelele superioare, deoarece aerul cald se ridică și se amestecă cu aerul rece.
A doua problemă este spațiul, dintre servere fiind mare, dă posibilitatea la o auto-recirculare a aerului preîncălzit. Pentru soluționarea acestei probleme sunt necesare elemente de închidere a spațiilor, forțând aerul rece să intre prin partea din spate a serverelor, iar aerul cald să fie evacuat numai prin partea frontală.
A treia greșeală este recircularea aerului rece. În figura de mai jos se poate vedea efectul nedirijării curentului de aer, practic ineficiența sistemului de răcire. Soluția este crearea unor spații de circulație a aerului, dirijarea lui la locul potrivit.
Schimbător de căldură
Rack
Circuit de aer rece
Figura 2. Efectul nedirijării curentului de aer, practic ineficiența sistemului de răcire
În al patrulea rând sunt orificiile neînchise care se găsesc la baza rackurilor sau la baza schimbătoarelor de căldură, practic sunt orificii pe unde se trage aer fals, soluția fiind izolarea și închiderea lor.
În al cincilea rând este controlul presiunii și a debitului rece la fiecare rack.Se pot obseva diferite nivele ale presiuni și a debitului rece la ieșirea aerului din pardoseală.
În centrele de date moderne care sunt construite într-un climat corespunzător, utilizează aerul din exteriorul clădirii pentru răcirea serverelor, atunci când acestea trebuie să funcționeze la temperaturi constante. Este necesară o filtrare foarte bună.
IV.2. Elementele componente ale machetei
Realizarea practică a machetei, are la bază două mari categorii de componente și anume: cea de natură mecanică, menită să soluționeze probeleme de fixare, montare, ancorare, suport pentru echipamentelele care asamblează sistemul,iar eea de a doua parte, este cea de natură electrică, care soluționează partea de alimentare cu energie electrică precum și toate subansamblele acesteia, iluminatul clădirii, spațiilor de birouri, sălilor de lucru, coridoarelor și spațiilor de acces.
Partea mecanică
Ca suport al elementelor electrice, sunt două plăci din material lemnos, de două dimensiuni, pentru a se evidenția structura pe mai multe nivele de pardoseli. Acest model dublu de pardoseală este necesar pentru optimizarea sistemului de ventilație și a traseelor electrice de forță și comandă. Distanța dintre pardoseli, este de 50cm. Aceasta este necesară pentru conducerea cablurilor, conductoarelor, conductelor de dimensiuni mici din PVC prevăzute pentru colectarea condesului de la schimbătoarele de căldura. Conductele de debit făcute din tablă zincată de 0,4mm sunt pentru transportul aerului la două nivele de temperatură, adică aerul rece care rezultă la ieșirea schimbătoarelor de căldură și respectiv aerul cald care se întoarce de la echipamentele electrice și electronice. Cel de al doilea strat de pardoseală trebuie să fie acoperit cu un strat de material izolator, pentru a preveni descărcările electrostatice. Cutia serverelor se va construi din profile metalice cu nivele reglabile, pentru introducerea serverelor și a echipamentelor auxiliare. În partea unde are loc absorbția aerului rece, se vor monta capace, pentru dirijarea traseelor de aer rece, evitând astfel scurtcircuitarea traseelor de aer. Pe circuitul aerului cald se vor monta supape de reglaj pentru dirijarea aerului cald spre spațiile de birouri aferente centrului de date. Nivelul de izolație și de rezistență la intemperii, cutremur, inundații trebuie să fie unul ridicat. Așezarea în subteran a camerelor serverelor poate prezenta un avantaj, datorită coeficientului de izolare ridicat al pământului.
Circuitul de răcire
Circuitul de răcire cuprinde următoarele părți: circuitul primar și circuitul secundar. În circuitul primar este chillerul și subansamblele lui. În circuitul secundar sunt schimbătoarele de căldură aferente, sistemele de pompare, sistemele de măsurare și control a temperaturii.
Chillerul, este unitatea care răcește în mod efectiv lichidul care circulă în schimbătoarele de căldură, în radiatoare, în vase de expansiune și răcire. Chillerul are în construcția sa: un compresor de agent refrigerant care poate fi freon sau alte gaze, vaporizatorul, electrovalve și schimbătorul de căldură care face schimbul dintre circuitul de freon și antigel sau apa purificată. Pe lângă aceste echipamente mai sunt prezente și sisteme de automatizare și control a sistemului.
9
7
10
8
1
3
6
2
5
4
Figura 3. Părțile componente ale unității de răcire (chiller):
1-chiller, 2-schimbator de căldură,
3-ventilator, 4-jet de aer rece,
5-rack cu server, 6-element de închidere pentru dirijarea aerului rece,
7-servomotor pentru conducerea aerului cald,
8-plecare aer cald în spații de birouri apropiate,
9-plecare agent termic la consumatori îndepărtați, dacă este cazul
10-radiator de răcire montat în exterior
Partea electrică
Partea electrică este reprezentată de toate componentele electrice principale și secundare, care fac parte dintr-un centru de date.
Sunt două nivele de circuite electrice. Primul nivel este cel de forță, iar cel de-al doilea nivel, este cel de comandă.
Este important și necesar, calcularea unei puteri instalate, pentru dimensionarea părții electrice. Realizarea acestui calcul este posibilă prin cunoașterea tuturor consumatorilor proiectați. Calculul să permită extinderea în viitor a instalației. Această supradimensionare este important a se calcula corespunzător, pentru a nu ridica prea mult costurile inițiale.
ConsumatoriI principali pot fi: sistemul de răcire care este in jur de 50% , restul fiind servere, rutere, sisteme de stocare a datelor, echipamente de telecomunicații, sisteme de siguranță, sisteme de protecție la incendiu și sisteme de monitorizare. După cunoașterea consumului total se poate face calculul pentru sistemul de siguranță al alimentării bazat pe UPS și generatoare Diesel. Sursele UPS trebuie să acopere aproximativ 80% din puterea instalată în cazul sistării alimentării cu energie electrică. Se ia în calcul și consumul pentru sistemul de iluminat, care are un coeficient de aproximativ 2 wati/m2.
În concluzie, trebuie să dăm importanță în primul rând, la alimentarea cu energie electrică, acesta fiind racordul la medie tensiune 20 kV, dacă este posibil din două părți diferite. Este nevoie de un racord la medie tensiune, deoarece puterea instalată pentru un branșament nu este suficientă și pe lângă acest lucru, racordul la medie tensiune prezintă un nivel mai ridicat de siguranță privind întreruperea de energie electrică. În al doilea rând se dă inportanță celulei de separatoare și transformatorului coborâtor 20/0.4kV dimensionat la o putere în functie de consumul centrului de date. Consumatorii industriali, în general, plătesc lunar o cantitate de energie reactivă, ceea ce reprezentă diferența dintre energia reactivă măsurată și energia reactivă calculată, corespunzătoare factorului de putere neutral (0,92). Pentru a elimina aceste cheltuieli, se realizează imbunatatirea factorului de putere prin injecție de energie reactivă capacitivă în rețeaua de distribuție a consumatorului.
Sunt folosite sisteme de compensare, cu baterii de condensatoare ecologice, de valoare fixă sau în trepte, montate la nivelul de 6, 10 sau 20 kV, de interior sau de exterior. În caz de incidente interne(arc electric, defect condensatori). După trecerea de aceste nivele se intră în clădirea consumatorilor principali. Consumatorii cei mai mari se plasează pe cât posibil cel mai aproape de barele transformatorului pentru a reduce costurile de transport a energiei electrice. Consumatorii principali sunt: sistemul de răcire, chillerele și părțile sale auxiliare, alimentate prin sistemele de rezervă, sursele neîntreruptibile care prescurtat sunt UPS de la care se alimentează echipamentele IT.
Bypass
Ap măsură Redresor Invertor
Alimentare de la trafo Spre echipamente IT
Baterii Încărcare baterii
Figura 4. Sistemul de alimentare al consumatorilor IT
În imaginea de mai sus avem reprezentat sistemul de alimentare al consumatorilor IT. Acesta este cazul de funcționare normală. Întregul sistem din figura de mai sus reprezintă un UPS cu dublu efect, acest tip de UPS find cel mai întâlnit la utilizările centrelor de date. Este un sistem cu o fiabilitate ridicată și cu o calitate superioară în alimentarea cu energie electrică. Întrebarea frecventă care se pune în acest caz este: de ce avem nevoie de redresoare și de invertoare, de ce nu folosim curentul alternativ direct de la alimentare? Răspunsul este următorul: încărcarea bateriilor de acumulatoare este posibilă doar în curent continuu, acest tip de montaj asigură un răspuns sigur și rapid la sistemele de anclanșare automată a rezervei. Cu ajutorul invertorului putem spune că producem din nou curent alternativ cu o sinusoidă perfectă la un nivel de putere cerut de echipament, cu o frecvență constantă de 50/60Hz, la o tensiune constantă, fără bruiaje și fără șocuri în rețea. Sistemul bypass este necesar în cazul în care se realizează lucrări de mentenanță la echipamentul UPS.
Consumatorii auxiliari se conectează direct la rețeaua de alimentare, fără ai trece prin sistemele UPS. Sistemul de iluminat se poate realiza cu tehnologia LED aceasta având o durată de viață mult mai lungă, un control mult mai ușor asupra nivelului intensității luminoase, cu un consum foarte redus.
IV.3. Modul de funcționare
Pentru evidențierea eficienței sistemului de răcire al machetei, se va folosi ca sursă de căldură un element rezistiv echipat cu un ventilator de antrenare. Macheta va fi alimentată la sursa de alimentare a rețelei. Se pornește sistemul de la butoanele de comandă, după care se observă ce se înâmplă în cazul în care sistemul de răcire nu este realizat corespunzător, sau efectul pozitiv, în cazul utilizării corespunzătoare. Măsurătorile care se fac pe machetă sunt cele de tensiune și curent, pentru determinarea consumului de energie electrică și a valorilor temperaturi.
Pentru vizualizarea sistemului de iluminat se vor monta benzi cu LED care vor constitui sistemul de iluminare a spațiilor de lucru și de acces. Se urmărește o bună funcționare a echipamentelor de pe machetă, cu un consum redus și eficiență ridicată. La primele încercări făcute pe machetă au rezultat niște erori, de exemplu la sistemul de iluminat și la sistemul de încălzire al serverelor. Practic, răcirea era prea puternică pentru nivelul mai scăzut de încălzire a serverului. Au fost necesare ajustări la sistemul de răcire prin modificarea debitului de aer din ieșirea schimbătoarelor de căldură. După o testare minuțioasă și îndelungată, s-a obsevat o depunere de praf destul de mare pe suprafața paletelor ventilatoarelor, soluționarea acestei probleme a fost posibilă prin montarea unor filtre de praf corespunzătoare. După montarea filtrelor, s-a observat o scădere puternică a debitului de aer rece, rezultând o răcire mai slabă, implicit o incălzire mai puternică la nivelul serverelor. Studiind cauza, am observat că porozitatea filtrelor nu era cea optimă pentru sistemul machetei, fiind necesară schimbarea filtrelor. După înlocuirea acestora s-a remarcat o mai bună funcționare a echipamentelor, ceea ce a determinat obținerea de valori apropiate de cele standard indicate de aparatele de măsură.
IV.4. Date care confirmă reducerea de consum energetic
Interpretând valorile aparatelor de măsură utilizate: ampermetru, voltmetru, termometre, se observă unele reduceri ale intensității curentului electric de circulație în momentul utilizării sistemului de iluminat cu led, în locul iluminării cu lampă de incandescență. Se constată un consum mai redus de energie electrică și la ventilatoarele cu variații ale turației. Un consum mai redus s-a găsit la sistemul de răcire prin utilizarea radiatoarelor exterioare, sau prin introducerea unor tuburi speciale în pământ pentru răcirea agentului termic. Pe timp de iarnă utilizarea agentului termic pentru încălzirea spațiilor aferente centrului de date sau a clădirilor din împrejurimi, dacă este cazul, a adus o scădere a costurilor pentru încălzirea clădirilor.
Concluzii
“Costul energiei electrice nu mai poate fi ignorată în IT”, a scris Stephen Prentice într-un raport de cercetare Gartner (Why Cool Is Now ’Hot’ for IT Planners, May 2006 c.f. Sriram Ramakrishnan).”Întreprinderile ar trebui să ia măsuri pentru a înțelege consumul total de energie în mediile lor IT, ca un pas preliminar spre programe agresive de reducere a consumului energetic prin toate mijloacele disponibile, deoarece economiile de costuri ar putea fi substanțiale.”(Sriram Ramakrishnan)
Când se combină echipamentele IT cu consum redus de energie, cu infrastructura de energie electrică și cu strategiile de răcire eficiente energetic, efectul cumulativ duce la un rezultat foarte bun. De exemplul un server 1U, folosește 300 de wați de energie electrică pentru a efectua sarcina sa. Într- un centru de date tipic, acest server 1U ar necesita aproximativ 1341 de wați pentru a funcționa. În trei ani, funcționarea acestui server ar costa 3500 dolari.
O bază de date are echipamentele cele mai bune : servere, sisteme de transmisie și sistem de răcire eficiente energetic. Acum serverul 1U necesită doar 696 de wați pentru a funcționa. În trei ani, aceste echipamente de calitate și practicile de reducere a energiei ar economisi mai mult de 1.700 dolari, în privința costurilor de energie.
Economiile se adună repede. Un centru de date mic, cu 350 de astfel de servere ar putea economisi mai mult de o jumatate de milion de dolari în trei ani. Un centrul de date cu 1000 servere, dacă ar putea valorifica toate strategiile de economisire a energiei descrise, ar ajunge la 1.5 milioane de dolari economisiți, pe an.
Cu o alocare mai eficientă a puterii, nu se vor reduce doar costurile utilității ci și costurile totale de operare, dar de asemenea, s-ar obține și mai mult de la puterea de rezervă disponibilă și sistemul de răcire – întârziind perioada când aceste sisteme ar trebui să fie modernizate pentru a ține pasul cu expansiunea centrului de date.
Cu cele mai bune practici și alegerea corectă a echipamentului, managerii centrelor de date pot reduce consumul de energie cu aproape 50% . Aceasta înseamnă, că aproape jumătate din factura de alimentare a utilităților ar alimenta procesarea IT actuală, comparativ cu mai putin de 25% din energia electrică furnizată unui centru de date din zilele noastre.
Bibliografie
1. Emerson Network Power, Energy Logic: Reducing Data Center Energy Consumption by Creating Savings that Cascade Across Systems, A White Paper from the Experts in Business-Critical Continuity, Liebert Corporation, 2008
[1]https://www.cisco.com/web/partners/downloads/765/other/Energy_Logic_Reducing_Data_Center_Energy_Consumption.pdf
[2] http://ro.wikipedia.org/wiki/Curent_electric
[5],[6] Producerea,transportul și distribuția energie electrice Prof.dr.ing. Popovici Ovidiu, Editura Universității din Oradea 2004
[7] http://www.sktllc.net/datacenter.html
[8],[9],[10] http://en.wikipedia.org/wiki/Data_center
[17],[18]http://www.nycomnetworks.com/resources/Top10WaysToSaveEnergy-Eaton$5B1$5D.pdf
2. Emerson Network Power, Five Strategies for Cutting Data Center Energy Costs Through Enhanced Cooling Efficiency, A White Paper from the Experts in Business-Critical Continuity, Liebert Corporation, 2007
3. Five Ways to Reduce Data Center Server Power Consumption, Editor Mark Blackburn, The Green Grid, 2008
4. Sriram Ramakrishnan , Top 10 Ways to Save Energy in Your Data Center, Eaton Powerware, White Paper
5. U.S. Department of Energy, Best Practices Guide for Energy-Efficient Data Center Design, Federal Energy Management Program, 2011
6. http://blog.schneider-electric.com/datacenter/2013/02/01/4-ways-to-reduce-energy-consumption-in-any-data-center/
7. http://en.wikipedia.org/wiki/Data_center
8. http://www.sktllc.net/datacenter.html
9. Leuca, T., Molnar Carmen, Circuite electrice. Aplicații utilizând tehnici informatice, Editura Universității din Oradea, 2002.
10. Molnar Carmen, Arion M. Electrotehnică. Aplicații practice, Editura Universității din Oradea, 2003
12.Curs Echipamente electrice Prof. Univ Dr.Hoble Dorel, Editura Universității din Oradea, 2009
Bibliografie
1. Emerson Network Power, Energy Logic: Reducing Data Center Energy Consumption by Creating Savings that Cascade Across Systems, A White Paper from the Experts in Business-Critical Continuity, Liebert Corporation, 2008
[1]https://www.cisco.com/web/partners/downloads/765/other/Energy_Logic_Reducing_Data_Center_Energy_Consumption.pdf
[2] http://ro.wikipedia.org/wiki/Curent_electric
[5],[6] Producerea,transportul și distribuția energie electrice Prof.dr.ing. Popovici Ovidiu, Editura Universității din Oradea 2004
[7] http://www.sktllc.net/datacenter.html
[8],[9],[10] http://en.wikipedia.org/wiki/Data_center
[17],[18]http://www.nycomnetworks.com/resources/Top10WaysToSaveEnergy-Eaton$5B1$5D.pdf
2. Emerson Network Power, Five Strategies for Cutting Data Center Energy Costs Through Enhanced Cooling Efficiency, A White Paper from the Experts in Business-Critical Continuity, Liebert Corporation, 2007
3. Five Ways to Reduce Data Center Server Power Consumption, Editor Mark Blackburn, The Green Grid, 2008
4. Sriram Ramakrishnan , Top 10 Ways to Save Energy in Your Data Center, Eaton Powerware, White Paper
5. U.S. Department of Energy, Best Practices Guide for Energy-Efficient Data Center Design, Federal Energy Management Program, 2011
6. http://blog.schneider-electric.com/datacenter/2013/02/01/4-ways-to-reduce-energy-consumption-in-any-data-center/
7. http://en.wikipedia.org/wiki/Data_center
8. http://www.sktllc.net/datacenter.html
9. Leuca, T., Molnar Carmen, Circuite electrice. Aplicații utilizând tehnici informatice, Editura Universității din Oradea, 2002.
10. Molnar Carmen, Arion M. Electrotehnică. Aplicații practice, Editura Universității din Oradea, 2003
12.Curs Echipamente electrice Prof. Univ Dr.Hoble Dorel, Editura Universității din Oradea, 2009
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Curentul Electric (ID: 162294)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.