Энергосбережение в IT, или серверы как источник полезного тепла

В России активными темпами развивается отрасль IT. Отчасти это связано с большими нереализованными возможностями интернет-сферы по сравнению с западным сегментом, отчасти с низким порогом входа на рынок. Очевидно одно: в России существует непокрытая потребность в современных центрах обработки данных (ЦОД, дата-центр), обеспечивающих высокую надежность и низкую эксплуатационную стоимость. Если для московских проектов аренда мест в ЦОД не слишком затратна, то для регионов аренда может выйти в копеечку. В связи с этим в последнее время стал развиваться сегмент недорогих региональных ЦОД. В прошлой статье мы рассмотрели примеры создания экономичных с точки зрения энергетики дата-центров на Западе. Теперь конкретизируем шаги по повышению энергоэффективности ЦОД.

Структура эксплуатационных затрат ЦОД

По данных мирового лидера в систем электропитания для IT компании APC, схема текущих затрат выглядит следующим образом:

Отсюда видно, что для обычного ЦОД доля затрат на электроэнергию составляет около 40%. Это самая крупная из статей затрат, поэтому обратим внимание именно на вопросы энергоэффективности работы ЦОД.

По данным аналитического департамента АРС, резервы экономии электроэнергии кроются в следующих направлениях:

• до 40 % — при использовании методов виртуализации серверных мощностей
• до 15 % — при выборе эффективной архитектуры кондиционирования помещения
• до 12 % — при правильной планировке фальшпола
• до 10 % — при выборе эффективного оборудования электропитания.

Способы снижения затрат на электроэнергию

Использование оборудования с пониженным энергопотреблением и оптимизация традиционных систем охлаждения

По данным компании Emerson Network Power, работающей в сфере повышения эффективности ЦОД, можно получить следующий эффект от применения такого оборудования для ЦОД средних размеров.

Как показывает практика, 1 Вт, сэкономленный на работе процессора в общей цепочке продуманных систем (см. таблицу выше) дает итоговую экономию 2.84 Вт за счет меньших затрат на охлаждение, меньших потерь в силовом оборудовании и т.д.

Использование программных методик повышения энергоэффективности

Основной идеей этого этапа является повышение загрузки оборудования без снижения качества услуг. Простаивающий сервер тратит 45-80% от пиковой мощности абсолютно бесполезно. К этим пустым затратам добавляется нагрузка на систему охлаждения, блоки питания, систему резервирования и т.д.

При использовании технологий виртуализации можно разместить на одном физическом сервере несколько виртуальных. При грамотном мониторинге нагрузки или при построении вычислительных кластеров (объединение нескольких серверов в одну вычислительную ячейку) можно повысить загрузку оборудования, сократив не только прямые экономические потери на простоях, но и холостое потребление энергии.

Повышение эффективности системы охлаждения

В связи с увеличением плотности размещения оборудования возникает потребность более грамотно подходить к вопросам проектирования систем охлаждения. Использование традиционных методик избыточного давления в помещении ЦОД, холодных и горячих коридоров никто не отменяет. Однако есть принципы, учет которых может помочь в проектировании эффективной системы:

• Повышение качества теплоизоляции и влагоизоляции ЦОД. Использование современных материалов позволит защитить ЦОД от влияния внешнего тепла летом.
• Размещение охлаждающего оборудования как можно ближе к источникам тепла. Это позволит избежать неэффективного охлаждения площадей и создания "длинных" градиентов температур в помещении.
• Использование аккумуляторов холода (например, бассейнов охлажденной воды), которые могут включаться в систему охлаждения при прохождении пиковых нагрузок. При этом система активного охлаждения может работать, не выходя из нормального режима, накапливая холод в бассейне ночью и забирая его днем.
• Использование более теплоемкого теплоносителя, например, воды, масла или фреона. Такой теплоноситель можно подавать в радиаторы охлаждения локально, подводя холод или отводя тепло непосредственно в рамках отдельных стоек. Это позволяет повысить компактность системы охлаждения и сэкономить энергию на вентилировании помещения ЦОД.

Снижение затрат на строительство ЦОД

Исходя из всего вышесказанного, можно отметить возможности существенного сокращения затрат на строительство ЦОД. Уменьшение потребностей в энергии позволяет снизить затраты на:

• Техприсоединение к электрическим сетям.
• Оборудование резервирования электропитания (снижение расчетной мощности аккумуляторных батарей, дизельных генераторов).
• Оборудование систем охлаждение (снижение расчетной мощности).
• Оборудование сверхрезервирования для ЦОД высокой степени надежности (TIER 3 и выше).

Применение тепла ЦОД
Тепло, выделяемое серверами, обычно выбрасывается в атмосферу. Для этого устанавливаются внешние радиаторные блоки сплит-систем, охлаждаемые атмосферным воздухом.
Однако этому теплу можно найти и полезное применение. Например, в Хельсинки (Финляндия) тепло нового ЦОД будут включать в общегородской контур систем теплоснабжения. В этом случае ЦОД не просто выбрасывает энергию на ветер, но может получать за нее деньги, частично окупая затраты на питание систем кондиционирования.В отдельной статье вы можете познакомиться с западным опытом использования нетрадиционных технологий для построения ЦОД.

В условиях нашей реальности включить ЦОД в городские тепловые сети кажется практически нереальным. Для этого будет много преград: от формальных согласований до отсутствия единой рассчитанной схемы инженерных коммуникаций крупного города. Да и тепло это не сможет отопить такое количество домов, как в Финляндии, потому что энергоемкость квадратного метра в нашем жилье в несколько раз выше. Куда же тогда можно применить тепловую энергию?

Решение этого вопроса можно найти в рамках инженерного комплекса зданий. Часто рядом со зданием ЦОД находятся офисные строение, например, административный корпус, где размещается инженерный персонал ЦОД. Эти строения можно сделать независимыми от центральных тепловых сетей и котельных, использовав тепловую энергию серверов для отопления. Иногда излишки низкопотенциального тепла используют для подогрева теплых автостоянок, которые сдают в аренду получая доход, существенно превышающий стоимость тепла.

Автор: Русский Андрей