Co należy wiedzieć o zarządzaniu przepływem powietrza w pomieszczeniu

Pierwotna wersja tego artykułu została opublikowana na stronie MissionCriticalMagazine.com, pt. Zarządzanie przepływem powietrza na poziomie pomieszczenia. Można go obejrzeć tutaj.

Zarządzanie przepływem powietrza na poziomie pomieszczenia jest obarczone błędnymi przekonaniami i półprawdami, co sprawia, że jest to najmniej zrozumiały aspekt zarządzania przepływem powietrza, choć jak na ironię jest on najważniejszy. Podczas gdy dość dobrze rozumiemy, że pierwsze 3 poziomy lub litery "R" zarządzania przepływem powietrza odnoszą się do wdrażania rozwiązań takich jak przepusty szczotkowe, panele zaślepiające i powstrzymywanie odpowiednio dla poziomów podłogi podniesionej, stojaka i rzędu, poziom pomieszczenia nie jest tak prosty. Wynika to w dużej mierze z faktu, że wymagane zmiany są niewidoczne, z wyjątkiem wyświetlaczy na jednostkach chłodzących.

Dla jasności, zarządzanie przepływem powietrza na poziomie pomieszczenia jest lepiej zdefiniowane jako optymalizacja chłodzenia, który odnosi się do procesu dokonywania regulacji sterowania systemem chłodzenia. Jeśli proces ten zostanie dobrze przeprowadzony, poprawi on efektywność energetyczną (co skutkuje zmniejszeniem kosztów operacyjnych), zwiększy wydajność chłodzenia, poprawi niezawodność sprzętu IT i odroczy wydatki inwestycyjne. Należy zauważyć, że bez optymalizacji chłodzenia (tj. zarządzania przepływem powietrza na poziomie pomieszczenia), każde rozwiązanie, które zostało wdrożone do tej pory, takie jak produkty wymienione powyżej, jest wydatkiem. Wprawdzie poprawiły one temperaturę powietrza wlotowego IT, ale korzyści finansowe i wydajnościowe pozostały na stole. Jedynym sposobem na uzyskanie oszczędności energii dzięki usprawnieniom w zarządzaniu przepływem powietrza na poziomie podłogi podniesionej, szafy i rzędu jest optymalizacja chłodzenia.

I chociaż proces optymalizacji chłodzenia jest zazwyczaj procesem ręcznym i iteracyjnym, ważne jest również, aby zauważyć, że wykorzystanie rozwiązań takich jak termometry IR lub monitoring środowiska zapewni, że temperatury wlotowe IT nie przekroczą zalecanych lub dopuszczalnych progów. Co więcej, niektóre rozwiązania monitorujące mogą nawet zapewnić doradztwo w zakresie konkretnych kroków optymalizacyjnych, które można podjąć, ale o tym później.

Dopasowanie wydajności chłodzenia do obciążenia IT

Samo zarządzanie przepływem powietrza nie pozwala zaoszczędzić na kosztach energii chłodniczej, ale poprawia temperatury powietrza zasysanego przez sprzęt IT i stwarza warunki, w których możliwe są zmiany w infrastrukturze chłodniczej. W przypadku prawidłowego wdrożenia rozwiązań zarządzania przepływem powietrza na poziomie podłogi podniesionej, szafy i rzędu, w zimnych korytarzach powinien występować nadmiar klimatyzowanego powietrza nawiewanego, a temperatury powietrza pobieranego przez wszystkie urządzenia IT będą zbyt niskie. Dzieje się tak dlatego, że nie ma już mieszania powietrza wywiewanego z klimatyzowanym i odwrotnie. Kolejnym krokiem jest dopasowanie natężenia przepływu powietrza klimatyzowanego do natężenia przepływu wymaganego przez sprzęt IT. Odbywa się to poprzez obniżenie prędkości wentylatorów, podniesienie wartości zadanych temperatury w jednostkach chłodzących lub całkowite wyłączenie jednostek chłodzących. Jest to często proces iteracyjny polegający na wprowadzaniu zmian w układach sterowania, pozwalający na wyrównanie się systemu, a następnie wprowadzający dodatkowe zmiany w razie potrzeby. Ponadto, ponieważ centra danych są środowiskami dynamicznymi, będzie to również proces ciągły - nie tylko jednorazowy. Za każdym razem, gdy wdrażane są dodatkowe usprawnienia w zakresie zarządzania przepływem powietrza lub gdy dochodzi do istotnych zmian w sprzęcie IT, pojawiają się możliwości optymalizacji infrastruktury chłodzącej.

Najlepsze praktyki zarządzania przepływem powietrza na poziomie pomieszczenia (optymalizacja chłodzenia)

Jak wspomniano powyżej, poniżej wymieniono typowe kroki, które należy podjąć, aby odpowiednio dopasować moc chłodniczą centrum danych do obciążenia IT (czyli zoptymalizować infrastrukturę chłodniczą):

• Zmniejszenie prędkości wentylatorów w jednostkach z napędami o zmiennej częstotliwości (VFD) tak bardzo, jak to możliwe, bez przekraczania maksymalnej dopuszczalnej temperatury powietrza wlotowego sprzętu IT.
• Podnieść punkty nastawy temperatury jednostki chłodzącej tak wysoko, jak to możliwe bez przekraczania maksymalnej dopuszczalnej temperatury powietrza wlotowego sprzętu IT
• Rozszerzenie pasma dopuszczalnej wilgotności względnej (Rh), aby zapobiec "walce" jednostek chłodzących ze sobą (marnowanie energii przez jedną jednostkę próbującą osuszać, podczas gdy inna próbuje nawilżać)
• Wyłączenie nadmiaru chłodzenia, jeśli jednostki chłodzące nie są wyposażone w VFD
  • Uwaga: Jeżeli urządzenia chłodnicze są wyposażone w VFD, oszczędności energii są większe przy 10 urządzeniach chłodniczych pracujących z prędkością obrotową wentylatora 50% niż przy 5 urządzeniach chłodniczych pracujących z prędkością obrotową wentylatora 100%.

Po każdej znaczącej poprawie zarządzania przepływem powietrza lub instalacji bądź usunięciu obciążenia IT istnieje możliwość oceny tych elementów sterujących na poziomie pomieszczenia w celu zapewnienia efektywnego działania i wystarczającej redundancji.

Wykorzystanie rozwiązań monitorujących do podejmowania decyzji optymalizacyjnych

Pewien mądry człowiek o imieniu Ken Brill powiedział kiedyś, że jeśli chodzi o chłodzenie centrum danych, to jest to tak proste, jak "power in, heat out always". Oznacza to, że każdy kW mocy zużywanej przez dowolny sprzęt w sali komputerowej staje się kilowatami ciepła, które należy usunąć z sali komputerowej, a ostatecznie z budynku centrum danych. Obejmuje to wszystkie straty związane z konwersją i dystrybucją energii, jak również każdy kW energii elektrycznej zużytej przez sprzęt IT.

Podczas gdy chłodzenie centrum danych jest nauką samą w sobie i może być czasami dość skomplikowane, ta koncepcja przypomina nam, że można ją sprowadzić do tego, co wchodzi, pod względem mocy, musi wyjść pod względem ciepła. Dlatego ważne jest, aby monitorować moc wymaganą przez sprzęt IT (tj. obciążenie IT), aby odpowiednio dopasować ją do chłodzenia dostarczanego przez jednostki chłodzące (tj. wydajność chłodzenia), jak wspomniano powyżej. Wykorzystanie rozwiązań, które mogą monitorować zarówno infrastrukturę zasilania, jak i chłodzenia, pomoże w stworzeniu tej równowagi.

Po drugie, monitorowanie wydajności cieplnej pomieszczenia komputerowego jest niezbędne w procesie optymalizacji chłodzenia. Podczas wprowadzania zmian w infrastrukturze chłodzącej należy ściśle monitorować temperatury wlotowe sprzętu IT, aby upewnić się, że nie przekraczają one zalecanych lub dopuszczalnych limitów określonych przez ASHRAE i/lub producenta. Można to zrobić za pomocą termometru IR lub kamery IR, ale może to być czasochłonne, ponieważ można to zrobić tylko dla każdej szafy lub korytarza. Jedna duża uwaga dotycząca używania termometru lub kamery IR jest taka, że te narzędzia na podczerwień mierzą temperaturę powierzchni, a nie powietrza. W przypadku powierzchni silnie odbijających światło może dojść do nieprawidłowych odczytów z powodu odbić. Chociaż użycie narzędzi na podczerwień może dać wskazówkę dotyczącą problemów z temperaturą, nie monitorują one temperatury samego przepływu powietrza.

Ze względu na te okoliczności najprostszym sposobem na osiągnięcie tego celu na poziomie całego pomieszczenia jest zastosowanie rozwiązania monitorującego z czujnikami umieszczonymi na górze i na dole wszystkich szaf. W ten sposób można uzyskać obraz wydajności cieplnej centrum danych w całym obiekcie. Co więcej, podczas gdy możliwość monitorowania temperatury w całym obiekcie jest podstawowym wymogiem, niektóre rozwiązania monitorujące poszły o krok dalej, wprowadzając trójwymiarowe wizualizacje, które wyświetlają cyfrowego bliźniaka centrum danych i jego wydajność cieplną w czasie rzeczywistym.

Optymalizacja z wykorzystaniem algorytmów AI i uczenia maszynowego

Spójrzmy prawdzie w oczy, AI i uczenie maszynowe to hasła, które obiegły całą branżę jako panaceum na wiele problemów związanych z centrami danych i IT. Choć mogą one nie spełnić wielu obietnic, zarządzanie przepływem powietrza i optymalizacja chłodzenia to obszary, w których ta technologia ma szansę się sprawdzić. Wykorzystanie tej technologii może pomóc w wizualizacji usprawnień w zarządzaniu przepływem powietrza na poziomie podłogi podniesionej, regałów i rzędów, w analizie danych zbieranych z czujników oraz w doradzaniu w zakresie decyzji dotyczących optymalizacji chłodzenia na poziomie pomieszczenia. Istnieją rozwiązania, które są pionierami w tej dziedzinie, wykorzystujące sztuczną inteligencję i uczenie maszynowe, które łączą aspekt monitorowania z optymalizacją chłodzenia w postaci wirtualnego doradcy ds. chłodzenia. Warto przyjrzeć się tym rozwiązaniom, aby wyeliminować część domysłów w procesie optymalizacji chłodzenia.

Wniosek

Zarządzanie przepływem powietrza na poziomie pomieszczenia nie jest w rzeczywistości zarządzaniem przepływem powietrza w dosłownym znaczeniu, lecz optymalizacją chłodzenia. Niemniej jednak, zarządzanie przepływem powietrza na poziomie pomieszczenia jest niezbędnym krokiem i jedynym sposobem na uzyskanie oszczędności energii dzięki usprawnieniom w zakresie zarządzania przepływem powietrza na poziomie podłogi podniesionej, regałów i rzędów. Należy pamiętać, że każde rozwiązanie, które zostało wdrożone aż do poziomu pomieszczenia, jest wydatkiem. Dopiero po sprawdzeniu na poziomie pomieszczenia i wprowadzeniu zmian w infrastrukturze chłodzącej można uzyskać korzyści w postaci oszczędności energii, poprawy wydajności chłodzenia, poprawy niezawodności sprzętu IT oraz odroczenia wydatków kapitałowych. Efektywności nie można kupić, trzeba nią zarządzać. Należy również pamiętać, że optymalizacja chłodzenia jest procesem iteracyjnym i ciągłym, który sprowadza się do dopasowania mocy chłodzenia do obciążenia IT w pomieszczeniu komputerowym. I chociaż w większości przypadków będzie to proces ręczny, wykorzystanie rozwiązań monitorujących, które dają wgląd w moc, chłodzenie i wydajność cieplną centrum danych, pomoże w podejmowaniu decyzji optymalizacyjnych, a w niektórych przypadkach doradzi konkretne kroki, które można podjąć.