Hoe dragen EC-ventilatoren in serverruimtes bij aan PUE-verlaging?

PUE en de verborgen kosten van serverkoeling

Power Usage Effectiveness (PUE) is de verhouding tussen de totale energie van de faciliteit en de energie die wordt gebruikt door IT-apparatuur. Een perfecte PUE is 1,0, wat betekent dat elk watt naar computing gaat. In werkelijkheid bedraagt de PUE van de meeste serverruimtes tussen 1,6 en 2,0. Waar gaat de extra energie naartoe? Naar ventilatoren en koelsystemen. Ongeveer 30% tot 40% van het totale stroomverbruik in een typisch datacenter wordt gebruikt voor luchtverplaatsing en warmteafvoer. Ik heb honderden serverruimtes bezocht, en één ding is altijd duidelijk: oude AC-ventilatie-units en ventilatoren met constante snelheid verspillen enorme hoeveelheden elektriciteit. Een facilitymanager liet me ooit hun maandelijkse energierekening zien. Op warme dagen kostten de koelventilatoren alleen al meer dan de servers zelf. Dat is de verborgen kostenpost die u niet op een specificatieblad ziet. Het verlagen van de PUE begint met het aanpakken van het energieverbruik van ventilatoren.

EC-ventilatoren verminderen het energieverbruik van ventilatoren met de helft ten opzichte van AC

De grootste oorzaak van energieverlies door ventilatoren is de AC-inductiemotor. Deze draait met een vaste snelheid, tenzij u een variabele-frequentieregelaar toevoegt, die op zichzelf ook verliezen heeft. Een EC-motor, of elektronisch gecommuteerde motor, maakt gebruik van permanente magneten en een ingebouwde regelaar. Er zijn geen koperverliezen in de rotor. Volgens een studie van het Lawrence Berkeley National Laboratory leidt het vervangen van een schaduwpoolmotor of PSC-motor door een EC-motor in een ventilatortoepassing tot een vermindering van het energieverbruik met 40% tot 60% bij dezelfde luchtstroom. Hier volgt een voorbeeld uit de praktijk. Een kleine colocation-serverruimte met twintig koelunits maakte oorspronkelijk gebruik van centrifugaalventilatoren met AC-motoren. Elke ventilator verbruikte 80 watt. Na de vervanging door EC-ventilatoren was voor dezelfde luchtstroom slechts 38 watt per ventilator nodig. Het totale ventilatorvermogen daalde van 1600 watt naar 760 watt. De terugverdientijd bedroeg minder dan één jaar. Dit is geen laboratoriumresultaat, maar een werkelijke vermindering van de elektriciteitsrekening.

Snelheidsregeling afgestemd op de serverbelasting in real time

Servers draaien niet continu op volledige belasting. Hun warmteafgifte varieert per tijdstip van de dag, gebruikersvraag en verwerkingstaken. Een ventilator met constante snelheid draait 100% zelfs wanneer de servers inactief zijn, waardoor de ruimte overkoeld wordt en energie verspild wordt. EC-ventilatoren zijn standaard uitgerust met een 0-10 volt- of PWM-snelheidsregelingsingang. U kunt de ventilatorsnelheid direct koppelen aan een temperatuursensor of aan het IT-belastingssignaal. Ik heb samengewerkt met een hostingprovider die computerruimte-airconditioners op basis van EC-ventilatoren installeerde. Zij stelden het regelalgoritme in om de warme gang precies op 26,7 °C (80 °F) te houden. Toen de serveractiviteit ’s nachts daalde, vertraagden de EC-ventilatoren tot 35% van hun snelheid. Het resultaat? Hun PUE daalde binnen zes maanden van 1,8 naar 1,45. Het koelsysteem werkte niet langer tegen zichzelf in. De facilitymanager vertelde me dat ook de chiller minder hoefde te draaien, omdat de EC-ventilatoren uitsluitend de benodigde luchtstroom leverden.

Betere deellastrendementen waar servers het grootste deel van de tijd staan

De meeste datacenterbeheerders ontwerpen voor piekbelasting, maar servers draaien gemiddeld op 40% tot 60% van hun capaciteit. Bij deze deellastomstandigheden worden AC-ventilatoren zeer inefficiënt. Als u een frequentieregelaar gebruikt op een AC-motor, verbruikt de regelaar zelf 3% tot 8% van het nominale vermogen als warmte. En bij lage snelheden daalt de motorrendement drastisch. EC-motoren hebben dit probleem niet. Zij behouden een rendement van meer dan 80% bij snelheden van 20% tot 100%. De affiniteitswet leert ons dat het ventilatorvermogen verandert met de derde macht van de snelheid. Een vermindering van de snelheid met 20% levert dus ongeveer een verminderd vermogensverbruik van 50% op. Maar alleen als de motor zijn rendement behoudt. AC-motoren kunnen dat niet. EC-motoren wel. Een whitepaper van ASHRAE Technical Committee 9.9 over koeling van datacenters bevestigde dat EC-ventilatorarrays de beste deellastprestaties bieden voor systemen met variabel luchtvolume. Voor serverruimtes die de meeste uren op gemiddelde belasting draaien, zijn EC-ventilatoren de enige logische keuze.

Intelligente integratie met hot-aisle/cold-aisle-beperking

Zelfs de beste ventilator verliest waarde als de luchtstroom niet correct wordt geleid. Moderne serverruimtes maken gebruik van hot-aisle- en cold-aisle-beperking. Maar de statische druk verandert naarmate de filters verstopt raken en servers worden toegevoegd of verwijderd. EC-ventilatoren zijn voorzien van ingebouwde intelligentie. Ze kunnen de statische druk meten en automatisch hun toerental aanpassen om het ingestelde doelpunt te behouden. Ik heb dit in actie gezien in een financieel datacenter in Chicago. Daar waren twintig koelunits per rij geïnstalleerd, elk met vier EC-ventilatoren in een ventilatorwandopstelling. Het gebouwbeheersysteem stuurde een druksignaal naar elke ventilator. Wanneer zich een warmtepiek ontwikkelde bij een serverrack met hoge dichtheid, versnelden de dichtstbijzijnde EC-ventilatoren individueel, in plaats van dat alle ventilatoren sneller draaiden. Het jaarlijkse koelenergieverbruik daalde met 35% en hun PUE verbeterde van 1,65 naar 1,32. De richtlijn voor beste praktijken van The Green Grid over luchtbeheer beveelt dit soort zonegebonden, op vraag gebaseerde regeling aan. EC-ventilatoren maken dit haalbaar, omdat elke ventilator zijn eigen regelaar heeft.

Langetermijn-ROI en duurzaamheidsrapportage

De initiële kosten zijn meestal de gebruikelijke bezorgdheid. Een EC-ventilator is inderdaad duurder dan een AC-ventilator van dezelfde afmeting. Maar de totale eigendomskosten vertellen een ander verhaal. EC-ventilatoren hebben minder mechanische storingen, omdat ze koeler draaien en geen startcondensator of centrifugale schakelaar bevatten die kan uitvallen. Hun afdichte lagers gaan 50.000 uur of langer mee. Bekijk nu de energiebesparingen. Voor een serverruimte met 500 racks en 25 koelunits, waarbij elke unit gemiddeld 400 watt ventilatorvermogen verbruikt, leidt de overstap van AC naar EC tot een besparing van ongeveer 200.000 kilowattuur per jaar. Bij een gemiddelde commerciële stroomprijs van 12 cent per kWh bedraagt dat een jaarlijkse besparing van $24.000. Daarnaast bedraagt de CO2-reductie ongeveer 140 metrische ton CO2 per jaar. Dat wordt direct opgenomen in uw duurzaamheidsrapport. Voor exploitanten die gegarandeerde prestaties en een langetermijnpartnerschap nodig hebben, leveren ervaren leveranciers zoals Fanova EC-ventilatoroplossingen met geverifieerde windtunnelrapporten, nauwkeurige aanpassingsdiensten en een volledige garantie van drie jaar. Zij produceren EC-motoren sinds 2003 en ondersteunen klanten in 80 landen. Wanneer PUE-verlaging een reëel zakelijk doel is, en niet alleen een slogan, biedt Fanova de technische expertise en betrouwbaarheid in de supply chain om dit te realiseren.