Использование показателей энергоэффективности систем охлаждения ЦОД даёт погрешность

Известно, что 30-50% от энергопотребления оборудования ЦОД приходится на систему поддержания микроклимата. Чтобы убедится в том, что система эффективна, нужно рассмотреть ряд факторов, а особенно - климатические условия территории, где находится ЦОД.

Помещение ЦОД – это сложный объект, который требует немало усилий и финансовых затрат для поддержания его работоспособности. Система поддержания микроклимата является одной из основных потребителей энергоресурсов ЦОД, которая обеспечивает ему непрерывную работу. Кроме эксплуатационных затрат еще стоит учитывать и капитальные расходы. А это значит, что эксплуатационные расходы не должны превышать запланированных значений, а мощность оборудования не была слишком высокой. Если поддерживать баланс между расходами, то ЦОД окупится в кратчайшие сроки.

Коэффициенты энергетической эффективности систем холодоснабжения

В ЦОД системы поддержания микроклимата  построены на основе парокомпрессионной фреоновой холодильной машины (чиллеры, фреоновые прецизионные кондиционеры). Оценка энергоэффективности чиллеров используется 2 базовых коэффициента, которые были разработаны международной сертификационной организацией Eurovent.

EER (Energy Efficient Ratio) - коэффициент энергетической эффективности. Это отношение холодопроизводительности холодильной машины к ее потребляемой мощности, включая мощность вентиляторов. Такой коэффициент более точно определяет энергопотребление холодильной машины.

Однако при длительной эксплуатации системы этот коэффициент в качестве энергоэффективности не подходит, так как чиллер в течение года  работает в условиях, отличных от номинальных. Для этого разработан еще один коэффициент - ESEER.

ESEER (European Seasonal Energy Efficient Ratio) - коэффициент сезонной энергоэффективности. Как показали европейские исследования, в среднем в течение годового периода эксплуатации чиллер 3% времени работает в условиях 100%-ной нагрузки, 33% времени – при 75%-ной нагрузке, 41% – при 50%-ной нагрузке и 23% времени – при 25%-ной нагрузке. Коэффициент EER чиллера при разных нагрузках (EERn%, где n – процент нагрузки) принимает разные значения.

Таким образом, значение ESEER рассчитывается по следующей формуле:

ESEER = 0,03•EER100% + 0,33•EER75% + 0,41•EER50% + 0,23•EER25%.

Для аналогичных целей в США разработан еще один коэффициент – интегральный показатель при частичной нагрузке (Integral Part Load Values, IPLV). Этот показатель определяется в соответствии со стандартом Института кондиционирования воздуха, систем отопления и холодоснабжения AHRI.

Значение IPLV рассчитывается аналогично ESEER, но с другими коэффициентами в уравнении. Так, считается, что при 100%-ной нагрузке чиллер работает только 1% времени, при 75%-ной нагрузке – 42% времени, при 50%-ной – 45% времени и при 25%-ной нагрузке – 12% времени. Тогда:

IPLV = 0,01•EER100% + 0,42•EER75% + 0,45•EER50% + 0,12•EER25%.

Таким образом, предполагается, что основную часть времени чиллер работает при нагрузке 50-75%, что весьма схоже с практикой, учитывая, что при проектировании системы холодоснабжения закладывается запас в 20–30% по холодопроизводительности.

Коэффициенты ESEER и IPLV предназначены только для тех стран, в которых они были разработаны (Европа, США), они не подходят для разных климатических зон.

Энергоэффективность системы холодоснабжения на практике

В качестве примера рассмотрим систему холодоснабжения ЦОД на основе чиллера мощностью 1МВт. Данные по энергопотреблению системы холодоснабжения в зависимости от нагрузки:

Анализ энергоэффективности проводили двумя способами: рассчитывая стандартные коэффициенты энергоэффективности (ESEER и IPLV) и на основании данных архива погоды в Москве.

В первом случае коэффициент энергоэффективности ESEER составил:

ESEER = 0,03•(1020/352) + 0,33•(765/211) + 0,41•(510/114) + 0,23•(255/42) = 4,51.

Коэффициент энергоэффективности IPLV:

IPLV = 0,01•(1020/352) + 0,42•(765/211) + 0,45•(510/114) + 0,12•(255/42) = 5,11

В то же время расчеты, основанные на эксплуатации системы в Москве, при следующих условиях:

(В расчетах также учитывалось неравномерное распределение нагрузок на холодильное оборудование от потребителей в течение суток, но основная доля нагрузок приходится на работающее серверное оборудование и зависит от времени суток в меньшей степени.)

дали менее оптимистичный результат: среднегодовой EER = 3,6.

Этот результат отличается от ранее расчитанных ESEER и IPLV аж на 40% и 25% соответственно!

Вывод

Пониженное значение реального среднегодового EER по сравнению с расчетными показателями ESEER и IPLV говорит о том, что данные коэффициенты малопригодны как для московского региона, так и для отрасли кондиционирования ЦОД. Первая причина очевидна – наш климат отличается от американского и европейского. А вторая причина связана с тем, что тепловыделение оборудования в ЦОД слабо зависит от времени года и времени суток, а потому попытки подвести его по некие коэффициенты дают большую погрешность.