Enerji Verimli Veri Merkezi Tasarımı için En İyi Uygulamalar Rehberi (Temmuz 2024 Revizyonu)

Özet

Rehber, Otto Van Geet ve David Sickinger tarafından NREL'de yazılmış ve ABD Enerji Bakanlığı'nın Federal Enerji Yönetimi Programı tarafından desteklenmiştir. Bilgi teknolojisi sistemleri ve ortam koşulları, hava yönetimi, soğutma ve elektrik sistemleri ile ısı geri kazanımı kategorilerinde en iyi uygulamaları özetler. BT ve ortam koşulları önce ele alınır, çünkü bu alanlardaki önlemler mekanik ve elektrik sistemlerinde ikincil tasarruflar doğurur. Rehber, en verimli veri merkezi tasarımını vermeyi vaat etmez; çok çeşitli senaryolarda fayda sağlayan öneriler sunar.

BT bölümü, rack sunucuların BT enerji yükünün en büyük kısmını oluşturduğunu ve kurumsal ortamlarda ortalama sunucu kullanımının yüzde 20 ile 40 aralığında olduğunu belirtir; işlemci kullanımı yüzde 20'den 30'a çıktığında sunucu verimi yaklaşık yüzde 50 artar. ENERGY STAR sunucular ortalama yüzde 30 daha verimlidir ve federal veri merkezleri için zorunludur. Güç kaynağı verimi geçmişte yüzde 60-70 iken 80 PLUS Titanium ile yüzde 92'ye çıkabilir; en uygun yük aralığı yüzde 40-60'tır. Sanallaştırma, depolama konsolidasyonu ve ince tahsis (thin provisioning) BT yükünü ve soğutma boyutunu düşürür.

Ortam koşulları ve hava yönetimi bölümü, 2021 ASHRAE sınıfları için önerilen 18-27 °C aralığını ve A1 için 15-32 °C, A2 için 10-35 °C izin verilen aralıkları verir. Besleme havasının en talepkâr cihaz girişinde 80 °F'e yakın tutulması, pratikte 77-79 °F set noktası önerilir. 77 °F'tan 91 °F'a giriş sıcaklığı artışında sunucu fan hızı yüzde 30, fan gücü ise fan benzerlik yasasına göre iki katından fazla artabilir; yine de çoğu durumda soğutma tasarrufu bunu aşar. Kablo yönetimi, raf boşluklarının kapatılması, sıcak/soğuk koridor ayrımı ve muhafaza, ve en az 24 inç temiz yükseklikli yükseltilmiş döşeme önerilir.

Soğutma bölümünde 55 °F veya üzeri soğutulmuş su besleme sıcaklığı, 5-7 °F kondenser suyu yaklaşımı, düşük basınç kayıplı hava dağıtımı, hava tarafı ve su tarafı ekonomizerler, ısıl depolama ve doğrudan sıvı soğutma ele alınır. 2013'te rafta 60 kW yoğunluk gözlenmiş, son sıvı soğutmalı raflar 125 kW'ı aşmıştır. Elektrik bölümünde çift dönüşümlü UPS verimi 1990'larda yüzde 85-90 iken 2023'te yüzde 95 ve üzerine çıkmış, eko modda yüzde 99'a ulaşabilir; 176 °F sıcaklık artışlı kuru tip trafo, 302 °F artışlıya göre yüzde 13-21 daha az enerji kullanır. 2007 LBNL çalışması 380 V DC dağıtımda yüzde 7 enerji azalması bulmuştur.

Kıyaslama bölümü PUE için standart 1,6, iyi 1,4 ve daha iyi 1,1 değerlerini verir ve 2022'de büyük veri merkezlerinin Uptime Institute ortalamasının 1,55 olduğunu belirtir. ERE, yeniden kullanılan enerjiyi düşerek 1,0'ın altına inebilir; WUE yıllık su kullanımının BT enerjisine oranıdır. Soğutma sistemi verimi için standart 1,1, iyi 0,8 ve daha iyi 0,6 kW/ton verilir. Rehber ayrıca ISO/IEC 30134 serisini ve DCIM ile izlemeyi tanıtır. Belge bir tasarım standardı değil, ABD federal bağlamında hazırlanmış bir en iyi uygulama kaynağıdır; ürün adları onay anlamına gelmez.

Öne çıkan noktalar

1. ASHRAE önerilen hava soğutma zarfı (A1-A4) 18-27 °C kuru termometre sıcaklığıdır; izin verilen aralıklar A1 için 15-32 °C, A2 için 10-35 °C'dir.
2. Veri salonu besleme havası, en talepkâr cihaz girişinde mümkün olduğunca 80 °F'e yakın kontrol edilmelidir; 77-79 °F set noktası hata payı sağlar.
3. 55 °F veya üzeri soğutulmuş su sıcaklığı chiller verimini artırır ve gereksiz nem alma yükünü önler; kondenser suyu yaklaşımı için 5-7 °F önerilir.
4. Hesaplama raflarında yoğunluk 2013'te 60 kW'a ulaşmış, son sıvı soğutmalı raflar 125 kW'ı aşmıştır.
5. Çift dönüşümlü UPS verimi 1990'larda yüzde 85-90 iken 2023'te yüzde 95 veya üzerine çıkmıştır; 13.140 MWh/yıl BT yükü için yüzde 90'dan 95'e artış yaklaşık 768.421 kWh/yıl tasarruf sağlar.
6. UPS eko veya enerji tasarruf modları yüzde 99'a varan verime ulaşabilir; 176 °F sıcaklık artışlı kuru tip trafo, 302 °F artışlı üniteye göre yüzde 13-21 daha az enerji kullanır.
7. PUE yıllık toplam tesis enerjisinin yıllık BT enerjisine oranıdır; rehber standart 1,6, iyi 1,4, daha iyi 1,1 verir ve 2022'de büyük veri merkezleri için Uptime Institute ortalamasının 1,55 olduğunu aktarır.
8. ERE, yeniden kullanılan enerjiyi tesis enerjisinden düşer ve 1,0'ın altına inebilir; saha WUE'si yıllık saha su kullanımının BT enerjisine oranıdır (L/kWh).
9. Hava tarafı ekonomizer fırsatı yalnızca sıcaklığa değil, yerel iklim, nem kontrolü ve dış hava kirliliğine göre değerlendirilmelidir.
10. Su tarafı ekonomizer, kule ve eşanjör soğutulmuş suyu besleme set noktasına getirebiliyorsa chiller'ları devre dışı bırakabilir; aksi halde chiller yükünü azaltır. Aşırı büyük açık devreli bir kule ile ayrı bir eşanjör, 3 °F altı çok düşük yaklaşımla seçilebilir.

Tasarımda kullanımı

• Besleme havası set noktasını iç sunucu fanı enerjisiyle birlikte düşünün: ASHRAE önerilen aralık içinde, en talepkâr giriş 80 °F'e yakın olacak şekilde ve küçük adımlarla, yalnızca hava yönetimi sağlandıktan sonra yükseltin; kontrolü dönüş değil, BT giriş sıcaklığına göre yapın.
• Hava yönetimi için kablo yönetimi, raf boşluklarını kapatma, sıcak/soğuk koridor ayrımı ve muhafaza ile yükseltilmiş döşemede en az 24 inç temiz yükseklik kriterlerini tasarım şartına yazın.
• Soğutulmuş su sistemi tasarımında 55 °F veya üzeri besleme suyu, 5-7 °F kondenser suyu yaklaşımı ve yarı yük verimine göre seçilen chiller ve pompalar kullanın; yerel iklimde hava tarafı veya su tarafı ekonomizer fırsatını saat saat değerlendirin.
• UPS seçiminde N+1 düzende yük oranının düşeceğini hesaplayın (örneğin iki ünite yüzde 30'da çalışırsa yük oranını yüzde 40'a çıkarmak yüzde 1,2 verim kazandırır); eko mod, trafo sıcaklık artışı ve PDU yük aralığını (yüzde 20-50) kayıp hesabına katın.
• Yüksek yoğunluklu raflar için doğrudan sıvı soğutmayı erkenden değerlendirin; ASHRAE H1 sınıfı yüksek yoğunluklu sunucular için tanımlanmıştır.
• Isı geri kazanımı için yakında bir ısı alıcısı, alıcıya uygun sıcaklık seviyesi (tercihen ısı pompasız), tercihen aynı sahiplik ve destekleyici politikalar koşullarını sorgulayın; PUE yanında ERE, WUE ve CUE'yi hedef metrik olarak belirleyin.

Kimler okumalı

Yeni veya yenilenen veri merkezlerini tasarlayan mekanik ve elektrik mühendisleri, enerji yöneticileri ve kıyaslama hedefleri belirleyen tasarım ekipleri.

Belgenin bölümleri

1. Arka Plan: Sürdürülebilir Veri Merkezlerine Giden Temel Adımlar
2. Bilgi Teknolojisi Sistemleri (Bulut ve Kolokasyon, Verimli Sunucular, Depolama, Ağ Ekipmanı, Güç Kaynakları, Konsolidasyon)
3. Ortam Koşulları: 2021 ASHRAE Ekipman Termal Kılavuzları
4. Hava Yönetimi (Kablo Yönetimi, Koridor Ayrımı ve Muhafaza, Besleme ve Dönüş Havası, Set Noktalarının Yükseltilmesi)
5. Soğutma Sistemleri: Doğrudan Genleşmeli Sistemler
6. Soğutma Sistemleri: Hava Hazırlama Üniteleri
7. Yüksek Verimli Soğutulmuş Su Sistemleri
8. Serbest Soğutma (Hava Tarafı ve Su Tarafı Ekonomizerler)
9. Isıl Depolama
10. Doğrudan Sıvı Soğutma
11. Nemlendirme
12. Kontroller
13. Elektrik Sistemleri: Güç Dağıtımı (UPS, PDU, Dağıtım Gerilimi)
14. Talep Yanıtı
15. DC Güç
16. Aydınlatma
17. Verimli Tasarım için Atık Isının Kullanımı
18. Kıyaslama (PUE, ERE, WUE, CUE, Hava Akışı Verimi, Soğutma Sistemi Verimi, ISO/IEC 30134, DCIM)
19. Sonuç

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Otto Van Geet; David Sickinger

Yayıncı

U.S. DOE FEMP / NREL

Yıl

2024

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Kamu kurumu

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

Lisans

ABD kamu malı — ABD kamu kurumu yayını; serbestçe kullanılabilir

Lisans kanıtı

www.energy.gov

Künye