Strona Główna > Lista Artykułów Aktualności > Jak obliczać zapotrzebowanie mocy w centrach danych (część 3)

 

Richard Sawyer 2011-02-09

Jak obliczać zapotrzebowanie mocy w centrach danych (część 3)

Jak obliczać zapotrzebowanie mocy w centrach danych (część 3)

Częścią procesu projektowania centrów danych jest dopasowanie wymagań dotyczących zasilania i chłodzenia urządzeń IT do mocy urządzeń należących do infrastruktury. W niniejszym dokumencie przedstawiono metody obliczania wymaganych wartości mocy i chłodzenia oraz wskazówki dotyczące sposobu oszacowania całkowitej mocy wymaganej dla utrzymania centrum danych, w którego skład wchodzą urządzenia IT, urządzenia chłodzące, oświetleniowe oraz urządzenia zasilania awaryjnego.

Obciążenia chłodzenia
Szczegółowe informacje na temat obciążeń cieplnych w środowiskach centrów danych zawiera dokument White Paper 25 firmy APC „Calculating Total Cooling Requirements for Data Centers”. Dokument zawiera tabele pomocne w obliczaniu chłodzenia wymaganego dla danej ilości ciepła wydzielanego przez urządzenia IT. Pozwala on także na ustalenie poziomu chłodzenia wymaganego do obsługi planowanego obciążenia krytycznego. Systemy chłodzenia znaczenie różnią się wydajnością, lecz można je podzielić na systemy chłodzone wodą i systemy bezpośredniego odparowywania. Systemy chłodzone wodą są generalnie bardziej wydajne — ich pobór mocy to około 70 % całkowitego obsługiwanego obciążenia szczytowego. Systemy bezpośredniego odparowywania wymagają około 100 % mocy całkowitego obsługiwanego obciążenia szczytowego. Należy zauważyć, że obciążenia szczytowe rozruchu dla obciążeń chłodzenia przekraczają wartości stanu stałego, które są uwzględniane w tym wyliczeniu. Tabela 1 w niniejszym artykule zawiera oszacowanie wymagań mocy elektrycznej systemu chłodzenia przy zastosowaniu tych reguł. Jest to pomocne w ustaleniu wielkości systemu dystrybucji energii dla obsługi całego centrum danych.

Określanie wielkości systemu zasilania
Określono już dwie ważne liczby pomocne w oszacowaniu wielkości systemu elektrycznego, który będzie zasilał środowisko centrum danych: Całkowite obciążenie krytyczne oraz Całkowite obciążenie chłodzenia. Generalnie, wielkość systemu zasilania musi być wystarczająca do obsługi mocy stanowiącej sumę tych dwóch liczb oraz obciążeń oświetlenia centrum danych.
Pobór mocy w stanie stałym dla obciążeń wewnętrznych centrum danych stanowi wartość poboru mocy dla obliczeń dotyczących kosztów energii elektrycznej. Jednak przy użyciu wartości stanu stałego nie jest możliwe określenie wielkości innych źródeł zasilania centrum danych, takich jak sieć elektryczna czy generatory. Wielkość tych źródeł musi być dostosowana do wartości szczytowej poboru mocy obciążeń, z odpowiednim dostosowaniem wartości ostatecznej, wynikającym z praktyki lub wymaganych przepisów. W praktyce powoduje to, iż wielkość sieci elektrycznej i generatora jest znacznie większa niż spodziewana; zostanie to opisane w następnej sekcji.


Obliczanie całkowitej wartości mocy elektrycznej
Po ustaleniu całkowitej mocy elektrycznej w kilowatach za pomocą opisanego powyżej procesu, należy obliczyć dwie krytyczne wartości: pierwsza to oszacowanie wielkości sieci elektrycznej wymaganej do obsługi centrum danych, druga to moc zapasowego generatora, który może być potrzebny do osiągnięcia oczekiwanej dostępności.

Określanie wielkości sieci elektrycznej
Wielkość sieci elektrycznej można obliczyć w następujący sposób:
1. Pomnóż wymaganą wartość całkowitej mocy elektrycznej w kilowatach przez 125 % w celu dostosowania do wymagań National Electrical Code lub wymagań innych urzędów regulacyjnych.
2. Użyj poniższego wzoru, aby określić wielkość sieci elektrycznej do obsługi centrum danych, w amperach:
         ampery = (kW x 1000) / (wolty x 1,73)
Liczba ta stanowi przybliżoną wartość mocy sieci elektrycznej, wymaganą do obsługi obciążenia krytycznego, chłodzenia i innych funkcji w budynku centrum danych. Korzystając z założeń przedstawionych na rysunku 1, Rysunek 2 podkreśla zasadniczą różnicę pomiędzy mocą znamionową (szczytową) i mocą w stanie stałym poprzez porównanie wymagań sieci elektrycznej dla obu rodzajów mocy. Należy pamiętać, że jest to wartość przybliżona; wartość ostateczna jest w wysokim stopniu zależna od dokładnych informacji o parametrach danej instalacji. Zdecydowanie zalecane jest skorzystanie z usług wykwalifikowanego inżyniera- konsultanta w celu weryfikacji początkowego oszacowania i sporządzenia ostatecznego projektu instalacji elektrycznej dla określonego centrum danych. Tabela 1, umieszczona na końcu niniejszego artykułu, może posłużyć jako arkusz dla podsumowania omówionych powyżej operacji.



Określanie wielkości systemów zapasowych generatorów mocy
Po określeniu wielkości sieci elektrycznej możliwe jest wyznaczenie wielkości odpowiedniego zapasowego generatora mocy, który zapewni zasilanie na wypadek przerwy w zasilaniu z sieci i zwiększy dostępność centrum danych. Typową instalację generatora przedstawia rysunek 3.



Dla powyższego wykresu przyjęto założenie, iż centrum danych stanowi jedyne obciążenie, które musi być w pełni chronione przez zapasowe źródło zasilania. Sieć zasilająca może być tylko częścią standardowego, komercyjnego systemu dystrybucji energii; schemat ten byłby więc częścią podzbioru o wiele większego systemu elektrycznego. Podzbiór ten stanowi część centrum danych, która obsługuje obciążenia krytyczne IT.

W celu oszacowania wielkości mocy generatora wymaganego dla obciążeń krytycznych, należy użyć formuły z dolnej części tabeli 1. Jednak należy wziąć pod uwagę charakterystykę elektryczną obciążeń, które będą podłączone do generatora za pomocą przełącznika źródeł zasilania. Na przykład obciążenia z silnikami charakteryzują się dużymi prądami rozruchowymi, które mogą zakłócać stabilność pracy generatora. Sam zasilacz UPS może przyczynić się do wystąpienia tego problemu, jeżeli nie posiada układu korekcji wejściowego współczynnika mocy oraz układu „łagodnego startu”.

Wybór systemu zasilania UPS z charakterystykami operacyjnymi dostosowanymi do niezawodnego działania generatora to bardzo obszerny temat, nie objęty tematyką niniejszego artykułu. Wystarczy zaznaczyć, że zasilacz UPS musi zostać właściwie dobrany, aby osiągnięta została niezawodność w trybie end-to-end. Pewne topologie zasilaczy UPS, takie jak konwersja delta, są idealne dla systemów zawierających generatory; nie mają niekorzystnych cech systemów o podwójnej konwersji, w tym wejściowych kondensatorów filtrujących. Tylko ten wybór zasilacza UPS może w znacznym stopniu wpłynąć na wielkość wymaganego generatora, często generator musiałby być 1,75 do 3 razy większy przy zastosowaniu typowych zasilaczy UPS z podwójną konwersją niż dla zasilaczy z konwersją delta. Tak jak w przypadku mocy sieci elektrycznej, rysunek 4 podkreśla zasadniczą różnicę pomiędzy mocą znamionową (szczytową) i mocą w stanie stałym poprzez porównanie wymagań generatora elektrycznego dla obu rodzajów mocy.

Podczas wyboru generatora można, dla uproszczenia, oprzeć wybór na wartości znamionowej kW generatora, lecz należy mieć świadomość, że generatory projektowane są do obsługi obciążeń o współczynniku mocy mniejszym niż 1,0 — zazwyczaj 0,8. Oznacza to, że natężenie i napięcie będą nieznacznie przesunięte w fazie. Generator o mocy 1000 kW, zaprojektowany do pracy z obciążeniem o współczynniku mocy 0,8, będzie posiadał moc znamionową 1200 kVA. Nie należy mylić wartości w kVA z rzeczywistą mocą generatora, określaną zawsze w kW. Więcej informacji na temat współczynnika mocy znajduje się w dokumencie White Paper 15 firmy APC „Watts and Volt-Amps: Powerful Confusion”.



Wnioski
Oszacowanie mocy elektrycznej wymaganej do obsługi i chłodzenia obciążeń krytycznych w centrum danych jest konieczne w procesie planowania rozwoju obiektu, który spełni wymagania użytkownika końcowego w zakresie dostępności. Poprzez wykorzystanie powyższego procesu możliwe jest oszacowanie wymagań dotyczących mocy z zadowalającą dokładnością. Jest to pomocne w określeniu wielkości składników infrastruktury fizycznej sieci o znaczeniu krytycznym, aby osiągnięta została określona w ocenie potrzeb gotowość. Po wykonaniu obliczeń dotyczących wielkości, proces koncepcyjnego i szczegółowego planowania można kontynuować z pomocą kompetentnego dostawcy systemów NCPI lub, w przypadku większych centrów danych, inżyniera-konsultanta. Oszacowanie kosztów może zostać wykonane na podstawie wielkości i konfiguracji niezawodności, określonych za pomocą wymagań dotyczących mocy, wyznaczonych za pomocą opisanego powyżej procesu.



Richard Sawyer
Na podstawie: apc.com

Zapraszamy do skomentowania artykułu

Treść opini 
Popis 

Pozostałe artykuły z tej kategorii