Πώς συμβάλλουν οι ανεμιστήρες με ηλεκτρονικό έλεγχο (EC) στα δωμάτια εξυπηρέτησης στη μείωση του δείκτη PUE;

PUE και το κρυφό κόστος της ψύξης διακομιστών

Η Αποτελεσματικότητα Χρήσης Ενέργειας (Power Usage Effectiveness, PUE) είναι ο λόγος της συνολικής ενέργειας της εγκατάστασης προς την ενέργεια των εξοπλισμών ΤΠ. Μια ιδανική τιμή PUE είναι 1,0, πράγμα που σημαίνει ότι κάθε βατ εξυπηρετεί την επεξεργασία δεδομένων. Στην πραγματικότητα, οι περισσότεροι εξυπηρετητές λειτουργούν με τιμές PUE μεταξύ 1,6 και 2,0. Πού διαχέεται η επιπλέον ενέργεια; Στους ανεμιστήρες και τα συστήματα ψύξης. Περίπου το 30% έως 40% της συνολικής κατανάλωσης ενέργειας σε ένα τυπικό κέντρο δεδομένων αφιερώνεται στην κίνηση του αέρα και την αφαίρεση της θερμότητας. Έχω διαβεί τες εκατοντάδες αίθουσες εξυπηρετητών και ένα πράγμα είναι πάντα σαφές: οι παλιές μονάδες ψύξης με ανεμιστήρα (AC fan coil units) και οι ανεμιστήρες με σταθερή ταχύτητα καταναλώνουν τεράστιες ποσότητες ηλεκτρικής ενέργειας. Ένας διαχειριστής εγκατάστασης μου έδειξε τον μηνιαίο λογαριασμό ηλεκτρικής ενέργειας τους. Μόνο οι ανεμιστήρες ψύξης τους κόστιζαν περισσότερο από τους ίδιους τους εξυπηρετητές κατά τις καυστικές ημέρες. Αυτό είναι το κρυφό κόστος που δεν εμφανίζεται στα τεχνικά χαρακτηριστικά. Η μείωση της τιμής PUE αρχίζει με την αντιμετώπιση της κατανάλωσης ενέργειας των ανεμιστήρων.

Οι ανεμιστήρες EC μειώνουν την κατανάλωση ενέργειας των ανεμιστήρων κατά 50% σε σύγκριση με τους ανεμιστήρες AC

Ο μεγαλύτερος συνεισφέρων στην απώλεια ενέργειας από τους ανεμιστήρες είναι ο επαγωγικός κινητήρας εναλλασσόμενου ρεύματος (AC). Λειτουργεί με σταθερή ταχύτητα, εκτός και αν προστεθεί κινητήρας μεταβλητής συχνότητας (VFD), ο οποίος όμως έχει και αυτός απώλειες. Ένας ηλεκτρονικά εναλλασσόμενος κινητήρας (EC) χρησιμοποιεί μόνιμους μαγνήτες και ενσωματωμένο ελεγκτή. Δεν υπάρχουν απώλειες χάλκου στο δρομέα. Σύμφωνα με μελέτη του Εθνικού Εργαστηρίου Lawrence Berkeley, η αντικατάσταση ενός κινητήρα με σκιασμένο πόλο ή ενός κινητήρα με μόνιμο διαχωρισμό φάσης (PSC) με έναν κινητήρα EC σε εφαρμογή ανεμιστήρα μειώνει την κατανάλωση ενέργειας κατά 40% έως 60% για την ίδια παροχή αέρα. Ακολουθεί ένα πραγματικό παράδειγμα. Ένα μικρό δωμάτιο colocation με είκοσι μονάδες ψύξης χρησιμοποιούσε αρχικά αξονικούς ανεμιστήρες με κινητήρες AC. Κάθε ανεμιστήρας κατανάλωνε 80 W. Μετά την αναβάθμιση σε ανεμιστήρες EC, η ίδια παροχή αέρα απαιτούσε μόνο 38 W ανά ανεμιστήρα. Η συνολική κατανάλωση ισχύος των ανεμιστήρων μειώθηκε από 1600 W σε 760 W. Ο χρόνος απόσβεσης ήταν λιγότερος από ένα έτος. Αυτό δεν είναι ένα εργαστηριακό αποτέλεσμα. Πρόκειται για μια πραγματική μείωση του λογαριασμού ηλεκτρικού ρεύματος.

Έλεγχος ταχύτητας προσαρμοσμένος στο φορτίο των διακομιστών σε πραγματικό χρόνο

Οι διακομιστές δεν λειτουργούν σε πλήρη φόρτιση 24/7. Η θερμότητα που παράγουν διαφέρει ανάλογα με την ώρα της ημέρας, τη ζήτηση των χρηστών και τα επεξεργαζόμενα καθήκοντα. Ένας ανεμιστήρας σταθερής ταχύτητας λειτουργεί στο 100% ακόμη και όταν οι διακομιστές είναι αδρανείς, προκαλώντας υπερψύξη του χώρου και σπατάλη ενέργειας. Οι ανεμιστήρες EC διαθέτουν προκαθορισμένη είσοδο ελέγχου ταχύτητας 0–10 V ή PWM. Μπορείτε να συνδέσετε την ταχύτητα του ανεμιστήρα απευθείας με έναν αισθητήρα θερμοκρασίας ή με το σήμα φόρτισης των IT συσκευών. Συνεργάστηκα με έναν πάροχο υπηρεσιών φιλοξενίας που εγκατέστησε κλιματιστικά για εξοπλισμό δωματίου υπολογιστών με ανεμιστήρες EC. Ρύθμισαν τον αλγόριθμο ελέγχου ώστε να διατηρείται η θερμή διαδρομή ακριβώς στους 80°F. Όταν η δραστηριότητα των διακομιστών μειώθηκε τη νύχτα, οι ανεμιστήρες EC μειώθηκαν σε ταχύτητα 35%. Το αποτέλεσμα; Ο δείκτης PUE τους μειώθηκε από 1,8 σε 1,45 σε έξι μήνες. Το σύστημα ψύξης σταμάτησε να «μάχεται με τον εαυτό του». Ο διευθυντής της εγκατάστασης μου ανέφερε ότι και ο ψύκτης τους λειτουργούσε λιγότερο, καθώς οι ανεμιστήρες EC παρέχουν ακριβώς την απαιτούμενη ροή αέρα.

Καλύτερη απόδοση σε μερική φόρτιση στους χώρους όπου βρίσκονται κυρίως οι διακομιστές

Οι περισσότεροι φορείς λειτουργίας κέντρων δεδομένων σχεδιάζουν για το μέγιστο φορτίο, αλλά οι διακομιστές λειτουργούν κατά μέσο όρο σε ισχύ 40% έως 60%. Σε αυτές τις συνθήκες μερικού φορτίου, οι ανεμιστήρες εναλλασσόμενου ρεύματος (AC) καθίστανται εξαιρετικά αναποτελεσματικοί. Εάν χρησιμοποιήσετε κινητήρα εναλλασσόμενου ρεύματος με μεταβλητή συχνότητα (VFD), η ίδια η συσκευή καταναλώνει ως θερμότητα 3% έως 8% της ονομαστικής ισχύος. Και σε χαμηλές ταχύτητες, η απόδοση του κινητήρα καταρρέει. Οι κινητήρες EC δεν αντιμετωπίζουν αυτό το πρόβλημα. Διατηρούν απόδοση πάνω από 80% σε ολόκληρο το εύρος ταχυτήτων από 20% έως 100%. Ο νόμος της αναλογικότητας (affinity law) μας δηλώνει ότι η ισχύς του ανεμιστήρα μεταβάλλεται με τον κύβο της ταχύτητας. Έτσι, μια μείωση της ταχύτητας κατά 20% οδηγεί σε περίπου 50% μείωση της κατανάλωσης ισχύος — αλλά μόνο εάν ο κινητήρας διατηρεί την απόδοσή του. Οι κινητήρες AC δεν μπορούν να το πράξουν. Οι κινητήρες EC μπορούν. Ένα λευκό βιβλίο της Τεχνικής Επιτροπής 9.9 της ASHRAE για την ψύξη κέντρων δεδομένων επιβεβαίωσε ότι οι σειρές ανεμιστήρων EC παρέχουν την καλύτερη απόδοση σε συνθήκες μερικού φορτίου για συστήματα μεταβλητού όγκου αέρα. Για χώρους διακομιστών που λειτουργούν τη μεγαλύτερη ώρα σε μεσαίο φορτίο, οι ανεμιστήρες EC αποτελούν τη μόνη λογική επιλογή.

Έξυπνη ενσωμάτωση με περιορισμό της ζεστής και ψυχρής σειράς αέρα

Ακόμα και ο καλύτερος ανεμιστήρας χάνει απόδοση εάν η ροή αέρα δεν κατευθύνεται σωστά. Οι σύγχρονοι χώροι διακομιστών χρησιμοποιούν περιορισμό της «ζεστής σειράς» και της «κρύας σειράς». Ωστόσο, η στατική πίεση μεταβάλλεται καθώς φραγμούν τα φίλτρα και καθώς προστίθενται ή αφαιρούνται διακομιστές. Οι ανεμιστήρες EC διαθέτουν ενσωματωμένη νοημοσύνη. Μπορούν να ανιχνεύουν τη στατική πίεση και να ρυθμίζουν αυτόματα την ταχύτητά τους για να διατηρούν την επιθυμητή τιμή. Είδα αυτό το σύστημα σε λειτουργία σε ένα χρηματοοικονομικό κέντρο δεδομένων στο Σικάγο. Είχαν είκοσι μονάδες ψύξης τοποθετημένες σε σειρά, με τέσσερις ανεμιστήρες EC ο καθένας, διατεταγμένους σε τοίχο ανεμιστήρων. Το σύστημα διαχείρισης κτιρίου έστελνε ένα σήμα πίεσης σε κάθε ανεμιστήρα. Όταν δημιουργήθηκε μια «ζεστή ζώνη» κοντά σε μια υψηλής πυκνότητας ράφα διακομιστών, οι πλησιέστεροι ανεμιστήρες EC επιταχύνθηκαν ατομικά, αντί να επιταχυνθούν όλοι οι ανεμιστήρες. Η ετήσια κατανάλωση ενέργειας για ψύξη μειώθηκε κατά 35% και ο δείκτης PUE βελτιώθηκε από 1,65 σε 1,32. Ο οδηγός καλών πρακτικών της οργάνωσης The Green Grid για τη διαχείριση του αέρα συνιστά αυτού του είδους τον ελεγχόμενο, ζωνικό και βασισμένο στη ζήτηση τρόπο λειτουργίας. Οι ανεμιστήρες EC καθιστούν αυτήν την προσέγγιση εφικτή, καθώς κάθε ανεμιστήρας διαθέτει τον δικό του ελεγκτή.

Απόδοση επένδυσης (ROI) και αναφορές για την αειφορία σε μακροπρόθεσμη βάση

Το αρχικό κόστος αποτελεί συνήθως την κύρια αντιρρηση. Ένας ανεμιστήρας EC πράγματι κοστίζει περισσότερο από έναν ανεμιστήρα AC ίδιου μεγέθους. Ωστόσο, το συνολικό κόστος κατοχής διηγείται μια διαφορετική ιστορία. Οι ανεμιστήρες EC παρουσιάζουν λιγότερες μηχανικές βλάβες, καθώς λειτουργούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες και δεν διαθέτουν πυκνωτή εκκίνησης ή φυγοκεντρικό διακόπτη που να μπορεί να αποτύχει. Οι ερμητικά κλειστοί κινητήρες τους διαρκούν 50.000 ώρες ή περισσότερο. Ας εξετάσουμε τώρα την εξοικονόμηση ενέργειας. Για ένα δωμάτιο εξυπηρέτησης με 500 rack που λειτουργεί με 25 μονάδες ψύξης, με μέση κατανάλωση ισχύος ανεμιστήρα 400 W ανά μονάδα, η αντικατάσταση των ανεμιστήρων AC με ανεμιστήρες EC εξοικονομεί περίπου 200.000 kWh ενέργειας ετησίως. Με μέσο εμπορικό τιμολόγιο ηλεκτρικής ενέργειας 12 σεντς ανά kWh, αυτό αντιστοιχεί σε ετήσια εξοικονόμηση 24.000 δολαρίων ΗΠΑ. Επιπλέον, η μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα ανέρχεται σε περίπου 140 μετρικούς τόνους CO2 ετησίως, γεγονός που συμπεριλαμβάνεται απευθείας στην έκθεση βιωσιμότητάς σας. Για λειτουργούς που απαιτούν εγγυημένη απόδοση και μακροπρόθεσμη συνεργασία, εμπειρογνώμονες προμηθευτές όπως η Fanova προσφέρουν λύσεις ανεμιστήρων EC με επαληθευμένες εκθέσεις αεροδυναμικής δοκιμής σε αεροδυναμικό σωλήνα, ακριβή υπηρεσία εναρμόνισης και πλήρη εγγύηση τριών ετών. Η εταιρεία κατασκευάζει κινητήρες EC από το 2003 και υποστηρίζει πελάτες σε 80 χώρες. Όταν η μείωση του δείκτη PUE αποτελεί πραγματικό επιχειρηματικό στόχο και όχι απλώς μια ρητορική φράση, η Fanova παρέχει την αναγκαία μηχανική εμπειρογνωμοσύνη και την αξιοπιστία της αλυσίδας εφοδιασμού για την επίτευξή του.