Richard Sawyer 2011-02-07

Jak obliczać zapotrzebowanie mocy w centrach danych (część 2)

Jak obliczać zapotrzebowanie mocy w centrach danych (część 2)

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.

Rysunek 1 przedstawia typowy podział mocy elektrycznej pomiędzy różne typy obciążeń w centrum danych. Wykres został sporządzony dla centrum danych o powierzchni 465 m2, dla początkowego obciążenia w stanie stałym równego 50 kW oraz dodatkowego, przyszłego obciążenia w stanie stałym równego 50 kW, przy założeniu, że systemem chłodzenia jest system bezpośredniego odparowywania (DX — direct expansion), a napięcie sieci elektrycznej wynosi 400 V prądu zmiennego.
RYSUNEK 1

Obciążenia krytyczne
Proces planowania przy opracowaniu projektu centrum danych, od środowiska składającego się z pojedynczej szafy do pełnowymiarowego centrum, należy rozpocząć od oszacowania rozmiarów obciążeń krytycznych, które muszą być obsługiwane i chronione. Obciążenie krytyczne to wszystkie elementy składające się na biznesową architekturę IT: serwery, routery, komputery, urządzenia pamięci masowej, urządzenia telekomunikacyjne itd. oraz służące do ich ochrony systemy bezpieczeństwa, przeciwpożarowe oraz monitorowania. Proces rozpoczyna się od utworzenia listy tego typu urządzeń, wraz z ich mocą znamionową, wymaganiami dotyczącymi napięcia oraz określeniem, czy są to urządzenia jedno- lub trójfazowe. Informacje dotyczące mocy znamionowej należy następnie zmodyfikować pod kątem przewidywanego obciążenia rzeczywistego. Wymagane znamionowe wartości mocy stanowią górną granicę wartości określonych przez firmę Underwriters Laboratory i prawie we wszystkich przypadkach są o wiele wyższe, niż spodziewane  wartości operacyjne. Badania przeprowadzone przez uznane inżynieryjne firmy konsultingowe i producentów urządzeń zasilających wskazują, że wartość znamionowa mocy większości urządzeń IT przekracza obciążenie rzeczywiste co najmniej o 33 %. Urząd U.S. National Electrical Code (NEC) i podobne urzędy regulacyjne o zasięgu światowym uznają ten fakt, zezwalając projektantom systemów elektrycznych na dodawanie do tabliczki znamionowej danych dotyczących spodziewanych obciążeń i na ich modyfikację na podstawie współczynnika niejednoczesności, przyjmując, że nie wszystkie urządzenia pracują przy pełnym, 100 % obciążeniu jednocześnie. Alternatywnie można użyć zaawansowanego kalkulatora wielkości który gromadzi dane dotyczące zużycia mocy od szerokiego kręgu producentów i udostępniają różne konfiguracje sprzętowe.

Korzystając z listy przewidywanych elementów składających się na obciążenie krytyczne, za pomocą kalkulatora wielkości można określić obciążenie podstawowe. W obliczeniach, dotyczących urządzeń IT, niewymienionych w kalkulatorach, a także dla wymagań mocy systemów przeciwpożarowych oraz systemów bezpieczeństwa i monitorowania, należy zastosować poniższy schemat:
A. Dodaj moc znamionową dla spodziewanych obciążeń. Jeśli wartość mocy nie jest określona na urządzeniu, można ją obliczyć, mnożąc wartości prądu (w amperach) przez wartość napięcia urządzenia — wynikiem będzie wartość w VA.
B. Pomnóż przewidywaną wartość VA przez 0,67, aby oszacować rzeczywistą moc reprezentowaną przez obciążenie krytyczne (w watach).
C. Podziel otrzymaną liczbę przez 1000, aby otrzymać poziom obciążenia krytycznego (w kW) dla urządzenia o znaczeniu krytycznym.

Obciążenia przyszłe
Centra danych nie są statyczne. Konfiguracja zainstalowanych urządzeń IT będzie podlegać praktycznie ciągłym zmianom podczas okresu użytkowania centrum danych. Technologia IT „odświeża się” minimum co 3 lata w cyklu, podczas którego bardziej zaawansowane lub wydajniejsze urządzania zostaną dodane lub zastąpią urządzenia z początkowej listy planowania. W danej organizacji IT powinien zostać określony realistyczny zakres i terminy przyszłych zmian oraz modernizacji, aby możliwe było prawidłowe, wstępne określenie wymagań dotyczących mocy. Elementy systemu elektrycznego i systemu dystrybucyjnego, znajdujące się za zasilaczem UPS, mogą być skalowane lub dostosowywane do znanych lub przyszłych obciążeń (informacje znajdują się w dokumencie White Paper 37 firmy APC „Jak uniknąć kosztów związanych z nadmierną wielkością instalacji w centrum danych i serwerowni”), lecz musi zostać określona wielkość sieci elektrycznej zasilającej elementy infrastruktury NCPI — w stopniu wystarczającym na obsługę znanych obciążeń przy pierwszym rozruchu i obciążeń przyszłych; w innym przypadku należy zadbać o odpowiedni nadmiar dodatkowej mocy bez wywoływania nadmiernych przestojów, które wpłynęłyby na oczekiwaną przez klienta dostępność.
Po oszacowaniu przyszłych obciążeń ich wartość jest dodawana do informacji o obciążeniu podstawowym, służących do obliczenia wartości obciążeń krytycznych w kW.

Obciążenia zasilacza UPS
Przyjmując, że na oszacowanie dostępności podczas oceny potrzeb ma także wpływ moc zasilaczy UPS
(wpływ ten występuje prawie zawsze), przy obliczaniu całkowitej wartości mocy należy wziąć pod uwagę sprawność systemu zasilaczy UPS oraz dodatkową moc wymaganą do ładowania akumulatorów.
Sprawność zasilaczy UPS jest różna, w zależności od modelu urządzenia; przy czym wartość ta ulega znacznym zmianom zależnie od obciążenia zasilacza UPS. Urządzenia te rzadko pracują przy znamionowych obciążeniach, gdzie wykorzystywana jest ich nominalna sprawność. Realistyczna i wystarczająco dokładna sprawność zasilacza UPS w typowej instalacji to 88 %.

Pobór mocy przy ładowaniu akumulatorów jest znaczy, lecz krótkotrwały. W normalnych warunkach pracy przy wykorzystaniu naładowanego akumulatora, obciążenie wynikające z jego ładowania jest pomijalne. Jednak gdy akumulator został częściowo lub całkowicie rozładowany, wartość mocy wymaganej do jego naładowania może kształtować się w zakresie 20 % obciążenia nominalnego danego zasilacza UPS. Mimo że potrzeba takiego ładowania występuje rzadko, wielkości generatora i przyłącza elektrycznego muszą być dostosowane do takiego obciążenia.
Obciążenia oświetlenia Do obciążeń oświetlenia zalicza się cały system oświetlenia w części budynku stanowiącej centrum danych — obciążenie obliczane jest na podstawie powierzchni pomieszczenia centrum danych. Praktyczną zasadą przy obliczaniu tego typu obciążenia jest przyjęcie wartości 2 watów na stopę kwadratową lub 21,5 wata na metr kwadratowy.



Richard Sawyer
Na podstawie: apc.com

Zapraszamy do skomentowania artykułu

Treść opini 
Popis 

Pozostałe artykuły z tej kategorii