Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Аналитическое исследование методов кондиционирования воздуха в технологических помещениях 10
1.1. Проблема кондиционирования воздуха в технологических помещениях J 0
1.2. Применение теории струйных потоков для задач гидродинамики охлаждаемого помещения 11
1.3. Тенденции развития систем кондиционирования для технологических процессов. Охлаждение электронного оборудования 19
1.4. Обеспечение температурного режима для электронного оборудования 24
1.5. Анализ эффективности применения различных способов охлаждения и типов кондиционеров воздуха для ИТ-оборудования 30
1.5.1. Влияние типа системы охлаждения на её эффективность 32
1.6. Эффективность использования высокоточных систем кондиционирования воздуха 35
1.7. Оценка эффективности систем кондиционирования по коэффициенту полезного действия ЦОД 40
1.8. Вывод 44
ГЛАВА 2. Исследование процессов тепломассообмена при кондиционировании воздуха в помещенииях ЦОД 45
2.1. Оценка мощности источников тепловыделений ЦОД 49
2.1.1. Оценка корректности расчета параметров кондиционируемого воздуха ЦОД по различным методикам 50
2.2. Исследование и моделирование теплового режима действующего (базового) ЦОД ОАО «ММК» при кондиционировании на «уровне зала» 57
2.3. Исследование связи параметров воздуха в «активной зоне» с холодопроизводительностью системы кондиционирования 78
2.4. Вывод 82
ГЛАВА 3. Исследование теплового режима в помещении ЦОД на физической модели 83
3.1. Исследование теплового режима помещения на экспериментальной модели ЦОД 83
3.1.1. Описание экспериментальной установки 84
3.1.2. Описание методики проведение эксперимента по исследованию связи расположения охлаждающего блока системы кондиционирования с температурным режимом в активных зонах 97
3.2. Вывод 104
ГЛАВА 4. Разработка методики проектирования системы кондиционирования в условиях размещения оборудования на «уровне зала» 105
4.1. Описание зависимостей по результатам эксперимента 105
4.2. Описание методики размещения охлаждающих модулей в центрах обработки данных для энергоэффективного обеспечения заданных температурных параметров воздуха 107
4.3. Проверка на адекватность разработанной методики в промышленных условиях 108
Выводы 112
Приложения 113
Список литературы
- Тенденции развития систем кондиционирования для технологических процессов. Охлаждение электронного оборудования
- Оценка корректности расчета параметров кондиционируемого воздуха ЦОД по различным методикам
- Описание методики проведение эксперимента по исследованию связи расположения охлаждающего блока системы кондиционирования с температурным режимом в активных зонах
- Описание методики размещения охлаждающих модулей в центрах обработки данных для энергоэффективного обеспечения заданных температурных параметров воздуха
Введение к работе
Актуальность работы
На Центры обработки данных (ЦОД) предприятий обычно возлагается выполнение основных финансовых, корпоративных и управленческих функций. Промышленность имеет тенденцию к повышению требований в части скорости обработки данных, поэтому увеличение с каждым годом объемов обрабатываемой и передаваемой информации требует введения дополнительных мощностей вычислительных машин в ЦОД. Соответственно это приводит к повышению выделяемой удельной тепловой мощности ИТ-оборудования (информационного).
В ЦОД современных предприятий системы кондиционирования воздуха должны обеспечивать работу в режиме 24 часа в сутки, 7 дней в неделю на протяжении 365 дней в году.
Традиционные центры обработки данных тратят на охлаждение оборудования более 60% энергии. Затраты на электропитание и охлаждение ИТ-систем в мире в прошлом году достигли 30 млрд. долларов. В настоящее время на оплату электроэнергии уходит примерно 50% расходов на вычислительное оборудование, а в течение следующих четырех лет, согласно прогнозам, этот показатель увеличится до 70%.
К 2008 г. половина ЦОД, имеющих архитектуру охлаждения на «уровне зала» (подача охлаждающего воздуха по всему объему помещения), столкнулась с проблемой нехватки энергии и недостаточной эффективности систем охлаждения, отвечающих требованиям оборудования высокой плотности. Если в прошлом тепловая нагрузка вычислительного центра составляла 1-2 кВт/м2, то сегодня шкаф с шестью блейд-серверами выделяет 5-5,5 кВт/м2. Теплоотвод для оборудования с высокой плотностью компоновки требует новых решений в области способа охлаждения. Выделяемые тепловые потоки требуется своевременно и правильно отводить, для того чтобы обеспечить целостное охлаждение электронного оборудования и повысить энергетическую эффективность систем кондиционирования. По статистике до 60% охлаждающей мощности ЦОД теряется из-за неэффективного охлаждения оборудования. Это не только повышает расходы на электроэнергию, но и увеличивает капитальные затраты на приобретение дополнительных охлаждающих систем.
По оценкам аналитиков, в ближайшие годы будет наблюдаться перевооружение ИТ-компаний (компании специализирующиеся на информационных технологиях) на новое вычислительное оборудование с существенно возросшим удельным энергопотреблением, именно поэтому уже, сегодня 70% заказчиков считают своей главной задачей обеспечение оптимального энергопотребления и эффективного охлаждения.
Учитывая тенденции дальнейшего роста удельного энергопотребления по мере прогнозируемого совершенствования средств вычислительной техники, а также неэффективность работы систем кондиционирования, особенно при компоновке на «уровне зала», проблема организации энергоэффективного охлаждения ИТ-оборудования в отраслевых ЦОД является весьма актуальной.
Целью работы является разработка научно-обоснованных энергосберегающих технических решений и методик расчетов систем охлаждения электронного оборудования в ЦОД. Повышение эффективности использования охлаждающих модулей.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие основные задачи:
- исследование причин неравномерности температур потоков воздуха во
входных зонах шкафов с ИТ-оборудованием (далее шкафов) в зависимости от рас
положения охлаждающих модулей. Выявление условий, при которых аэродинамика
помещения оказывает существенное влияние на энергопотребление системы конди
ционирования;
- исследование влияния расположения кондиционеров на потокораспреде-ление в помещении и разработка оценочных критериев, характеризующих эффективность охлаждения;
исследование полей скоростей и температур в активных зонах шкафов при изменении холодопроизводительности системы кондиционирования и расстояния между шкафами и блоком кондиционера;
разработка научно-обоснованной методики построения энергоэффективной системы кондиционирования помещения ЦОД с высокими теплотехническими показателями.
Научная новизна
Впервые исследованы теплообменные процессы в помещении с ИТ-оборудованием при условии организации охлаждения на «уровне зала» и определена связь появления зон с заданными параметрами воздуха перед шкафами с ИТ-оборудованием с местоположением кондиционера.
Впервые предложен критерий, позволяющий количественно оценить загроможденность помещения ИТ-оборудованием в виде коэффициента сложности, который адаптирует стандартную методику расчета гидродинамики воздушных потоков к заданным условиям, что позволяет обеспечить эффективность охлаждения.
Создана экспериментальная гидродинамическая модель помещения с ИТ-оборудованием, на которой исследована связь местонахождения кондиционера с эффективностью охлаждения оборудования. Обнаружено, что существует контрольная точка, в которую нужно вводить поток холодного воздуха для обеспечения максимальной эффективности охлаждения. Предложена зависимость для нахождения координат этой точки.
Получена экспериментальная зависимость для определения координат установки кондиционера по контрольной точке и коэффициенту сложности размещения ИТ-оборудования, обеспечивающая наилучший охлаждающий эффект при данной мощности кондиционеров.
Практическая ценность работы заключается:
- в возможности использования полученных экспериментальных и теорети
ческих результатов и разработанной методики проектирования расположения охла
ждающих модулей для построения оптимальной архитектуры зала ЦОД;
в разработанных технических решениях по построению энергосберегающей системы, обеспечивающей эффективное охлаждение ИТ-оборудования, которые внедрены в ЦОД ОАО «ММК» и могут быть использованы при проектировании аналогичных ЦОД на других промышленных предприятиях;
в практическом использовании разработанной методики при выполнении студентами лабораторного практикума.
Достоверность и обоснованность
Достоверность результатов исследований обоснована применением современных контрольно-измерительных приборов. Результаты экспериментов неоднократно проверялись на повторяемость и адекватность. Адекватность численной модели подтверждена сравнением с экспериментальными исследованиями. Все полученные материалы не противоречат известным физическим закономерностям и базируются на современных фундаментальных положениях и законах.
Апробация работы
Основные результаты работы были представлены на:
конференции молодых специалистов ОАО «ММК»-2008, г. Магнитогорск;
«У.М.Н.И.К.-2008», проходящей в рамках 66-й научно-технической конференции МГТУ, г. Магнитогорск;
67-й научно-технической конференции МГТУ, г. Магнитогорск;
конференции молодых специалистов ОАО «ММК»-2009, г. Магнитогорск;
конференции молодых специалистов ОАО «ММК»-2010, г. Магнитогорск.
всероссийской научно-технической конференции «Системы обеспечения тепловых режимов преобразователей энергии и системы транспортировки теплоты», г. Махачкала 2009г.
международной научно-практической конференции «Энергосбережение в теплоэлектроэнергетике и теплоэлектротехнологиях», г. Омск, 2010г.
международной научно-технической конференции студентов, магистров, аспирантов «Энергоэффективность и энергобезопасность производственных процессов», г. Тольятти, 2009г.
12-ой всероссийской научно-практической конференция студентов, аспирантов, специалистов. МГТУ, г. Магнитогорск, 2011г.
семинаре «Микроклимат ИТ-шкафов и корпусов», Москва, 2011г.
Публикации
Основные научные положения и выводы изложены в 10 опубликованных работах, в том числе в двух изданиях рекомендованных ВАК.
Структура и объем работы
Диссертация объемом 123 страницы состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 110 источников.
Тенденции развития систем кондиционирования для технологических процессов. Охлаждение электронного оборудования
Пути современного развития и совершенствования систем кондиционирования воздуха (СКВ) направлены на обеспечение требуемых технологических параметров микроклимата помещений с минимально возможными для данных условий затратами. Достижение этой конечной цели, по существу, предусматривается во всех научных исследованиях и практических разработках в области СКВ.
Разработка и совершенствование систем кондиционирования и охлаждения, обусловленное фундаментальным вкладом в теорию и практику ведущих специалистов отрасли, таких как Батурин В.В., Клячко Л.С., Карпис Е.Е., Богословский В.Н., Бахарев В.А., Эльтерман В.М., Участкин Г.В., Стефанов Е.В., Баркалов Б.В., Максимов Г.А., Титов В.П., Шепелев И.А., Гримитлин М.И., базируется главным образом на изучении процессов тепломассопереноса и аэродинамики струйных течений в ограниченном объеме. Развитие системного подхода в решении проблем оптимизации и эффективности теплоснабжения и кондиционирования связано с трудами Мелентьева Л.А., Рымкевич А.А., Креслинь А.Я., Богословского В.Н., Копонович Ю.В., Пекер Я.Д., Поз М.Я. и др.
Существующее сегодня многообразие проектных рещений и соответствующих им инженерных методик расчета в значительной мере обобщено в книге Б.В. Баркалова и Е.Е. Карписа [1]. Выбор того или иного решения СКВ для данных конкретных условий можно сформулировать как поиск оптимального проектного решения СКВ. Однако практическое осуществление совершенного проектного решения - задача сложная и многофакторная, требующая научно обоснованного системного подхода.
Обобщение и систематизация совершенствования СКВ в этом основном направлении наиболее полно представлены в работах по оптимизации СКВ на базе термодинамических моделей обработки воздуха по методике, предложенной А.А. Рымкевичем [2], и в работах А.Я. Креслиня [3]. В указанных работах отражены тенденции путей совершенствования СКВ, которые можно опреде лить как комплекс оборудования и устройств для обработки, перемещения и распределения воздуха в целях обеспечения заданных параметров воздушной среды.
Предложенное П.В. Участкиным в 1948 г. использование периодического изменения температуры воздуха вокруг кабин для высокоточных делительных машин ставило своей целью стабилизацию температуры воздуха в этих кабинах за счет затухания гармонических температурных колебаний в строительных ограждениях кабины. Это предложение, по существу, впервые обосновало целесообразность введения в исходные условия для проектирования СКВ данных о характере отклонения параметров во времени, что привело к разработке систем со специфичными функционально-технологическими, конструктивно-компоновочными и эксплуатационными особенностями.
В дальнейщем появился целый ряд исследований, посвященных анализу возможности применения позиционного регулирования СКВ различного целевого назначения и обоснованию выбора параметров микроклимата с учетом допустимого их отклонения в ограниченные отрезки времени. В.В. Ловцовым [4], М.Г. Лифщицем [5] и Л.А. РЫБКИНЫМ [6] были реализованы предложения П.В. Участкина по установке дифракционных рещеток в системе кондиционирования цеха. Использование А.М. Шкловером [7] в расчете затухания температурных колебаний в строительных ограждениях и разработка автоматического корректора циклов дали возможность В.В. Ловцову [4] внедрить ряд оригинальных СКВ для обеспечения точных технологических процессов оптико-механического производства.
Практика эксплуатации этих систем показала, что предложенный И.В. Участкиным метод термостатирования значительно надежнее и проще применяемого за границей метода использования сложных САР с датчиками температуры и регуляторами повыщенной точности [4]. Обследование работы систем термостатирования на Ленинградском оптико-механическом заводе, эксперименты, проведенные на моделях, и теоретические исследования, выполненные Ю.Н. Хомутецким [8] расщирили возможности предлагаемого метода термо статирования. Была разработана инженерная методика расчета подобных систем, которая показала, что учет теплоинерционных свойств самой детали позволяет в ряде случаев отказаться от кабин и поддерживать периодические колебания температуры в самом помещении. В.В. Ловцов обобщил имеющийся к тому времени опыт термостабилизации воздуха в помещениях методом затухающих периодических (гармонических) температурных колебаний в монографии «Системы прецизионного кондиционирования воздуха» [4]. В монографии изложены основные данные о гармонических тепловых колебаниях в стенке с ограниченным термическим сопротивлением и приведены основные методы и расчеты плоской стенки на заданное затухание температуры. Рассмотрены схемы прецизионных систем кондиционирования воздуха, их расчет, конструирование и регулирование в условиях эксплуатации. Однако и они рассматривают теплообмен в помещении без учета сложности расположения оборудования.
Исследования по обоснованию параметров микроклимата в современных цехах электронной и радиотехнической промыщленности, проведенные Ю.Н. Хомутецким в лаборатории кондиционирования воздуха ВНИИ охраны труда в Санкт-Петербурге (1972-1977гг.), показали, что обеспечение ограниченных во времени периодических отклонений параметров дает возможность выполнить требования сложного технологического процесса, а с гигиенической точки зрения уменьщить нежелательные воздействия монотонного труда на самочувствие и производительность труда рабочих [9,10]. Но эти исследования выполнены для низких тепловыделений.
Описание закономерностей периодического изменения температуры воздуха в помещениях посредством передаточных функций, приведенное в работах В.Н. Лысёва и А.Г. Сотникова [11], позволяет анализировать работоспособность всех звеньев СКВ и САР, обеспечивающих динамический температурный режим. Исследования М.Г. Лифщица [5] показали возможность применения периодической подачи воздуха в некоторые помещения для создания в них допустимого динамического микроклимата.
Оценка корректности расчета параметров кондиционируемого воздуха ЦОД по различным методикам
Центр обработки данных - единая многокомпонентная система, которая призвана обеспечивать бесперебойную автоматизированную работу бизнес-процессов. ЦОД специализируются на размещении специализированных компьютерных устройств, предназначенных для хранения, обработки информации, а также на предоставлении клиентам каналов связи для доступа в интернет или передачи данных. ЦОД строится вокруг центральных баз данных, функционирующих на высокопроизводительных серверах. Вокруг них размещаются основные и вспомогательные системы, организуя вычислительную инфраструктуру для множества корпоративных ИТ-сервисов. Все серверы используют централизованную систему хранения данных на основе специализированной сети хранения и консолидирующих дисковых массивов, что позволяет гибко управлять ресурсами хранения в масштабах всего ЦОД. На базе сетевого комплекса организуются каналы связи, решения доступа и внутреннее взаимодействие между вычислительными компонентами общей системы.
Главная задача ЦОД состоит в создании надежного, защищенного пространства с благоприятными для работы климатическими условиями, гарантированного электропитания, благодаря которому компания-арендатор может всегда получить доступ к своим данным, закрытым для посторонних пользователей.
Обязательные компоненты, входящие в состав ЦОД делятся на две группы:
Технические компоненты. Создают условия для эффективной работы центра. К таковым относятся: серверный комплекс, включает серверы информационных ресурсов, приложений, представления информации, а также служебные серверы; система хранения данных и резервного копирования - ядро ЦОД. Она состоит из консолидирующих дисковых массивов, сети хранения данных, системы резервного копирования и аварийного восстановления данных; сетевая инфраструктура обеспечивает взаимодействие между серверами, объединяет логические уровни и организует каналы связи; инженерная система эксплуатации ЦОД поддерживает условия для нормального функционирования центра. В ее состав входят подсистемы энергообеспечения, климатконтроля, пожарной сигнализации и пожаротушения, передачи данных, а также автоматизированные системы диспетчеризации, управления информационными ресурсами; система безопасности предотвращает несанкционированное вторжение в зоны конфиденциальной информации.
Система искусственного климата - отдельная система, и она наиболее отличается от типичного оборудования, применяемого в большинстве помещений: особенность помещения ЦОД в том, что серверы требуют постоянного, круглосуточного охлаждения и теплоотвода. Необходимо отметить, что информационная нагрузка современного ИТ-оборудования не влияет на тепловыделение. В рабочем режиме ИТ-оборудования значение его тепловыделения постоянно. В приложениях 1, 2 представлены результаты замеров электрической нагрузки ИТ-оборудования основного ЦОД и вычислительного центра листопрокатного цеха ОАО «ММК» соответственно. На графиках представлены VA - характеристики по фазам L1, L2, L3. Общая электрическая нагрузка определяется как сумма нагрузок по фазам: Р = L1+L2+L3. РЦОд=158 kVA, Рвц=25,1 kVA. Среднее отклонение нагрузки за месяц по основному ЦОД (приложение 1) составляет 2 kVA, за сутки по вычислительному центру цеха (приложение 2) - 0,2 kVA. Так как эклектическая энергия в помещениях ЦОД в основном преобразуется в тепловую, то из графиков видно, что тепловыделение ИТ-оборудования практически постоянно.
На рисунке 12 представлена архитектура ЦОД в виде блок-схемы. Инженерные системы, входящие в ЦОД, отвечают за надежное электропитание, климатическую обстановку, физическую безопасность и кабельную инфраструктуру, предоставляя все необходимые условия для надежной эксплуатации вычислительного оборудования в целом. Системы управления ЦОД обеспечивают контроль и администрирование всех систем центра и являются частью инструментария перераспределения ИТ-ресурсов для наиболее эффективной эксплуатации приложений в меняющейся бизнес-среде. Компоненты управления образуют целостную систему, направленную на комплексное управление всей инфраструктурой ЦОД.
При технологическом кондиционировании ограждения помещения ЦОД теплоизолируются и выполняются водонепроницаемыми. В этом случае коэффициент теплопередачи для наружных ограждений рекомендуется принимать 1,2 BT/(MZ ОС). Тепловыми потоками через внутренние ограждения по причине низкого значения тепловых потерь можно пренебрегать.
Теплоотдача от стандартного оборудования рассчитывается по известным методикам. Общая теплоотдача всей тепловыделяющей системы является суммой значений теплоотдачи её компонентов, таких как ИТ-оборудование, ИБП, устройства распределения электропитания, освещение.
Описание методики проведение эксперимента по исследованию связи расположения охлаждающего блока системы кондиционирования с температурным режимом в активных зонах
Для решения задачи организации эффективного охлаждения ИТ-оборудования необходимо исследовать тепловой режим в помещении ЦОД при изменяющихся координатах расположения блока кондиционера на физической модели.
В основу разработки физической модели ЦОД положены теоретические аспекты смещения и распространения струй в пространстве.
По мере удаления от области выхода начальная масса охлаждающей струи в экспериментальной установке постепенно размывается за счет перемещивания с окружающим воздухом. Профиль скоростей, имевший в начале истечения форму, близкую к прямоугольнику, постепеино размывается. Внутри обрашениого конуса, имеющего верщину на расстоянии 8 от кромок, сохраняются частицы основной массы струи со всеми присущими им свойствами (скорость, температура). От вершины этого конуса идет основной участок, характеризующийся уменьшающимися по мере удаления скоростями на оси струи.
Для проведения исследований была создана экспериментальная установка, моделирующая процесс охлаждения ИТ-оборудования в центрах обработки данных. В состав установки входили блоки, моделирующие шкафы с ИТ-оборудованием, блок подачи охлаждающего воздуха с возможностью изменения местоположения, аппаратура для измерения и регистрации температуры воздуха. На рисунке 26 представлена схема экспериментальной установки.
В измерительную базу установки входили: система измерения координат подвижных блоков, анемометр AR-1816, термометры сопротивления класса точности 0,5.
В качестве устройства подачи охлаждающего воздуха использовался моноблочный кондиционер оконного типа. В качестве модельных шкафов с ИТ-оборудованием использовались блоки с перфорированной стенкой и встроенными компьютерными вентиляторами. Источники тепловыделения моделировались лампами накаливания мощностью 21 Вт (рисунок 27). Общие технические характеристики установки: электрическая мощность активного оборудо вания: 225,6 ВА, тепловыделение: 200 Вт, холодопроизводительность: 220-
Экспериментальная установка в рабочем режиме. Установка была создана на основе классической теории моделирования. Соблюдались геометрическое и гидродинамическое подобия. Были определены основные пять критериев подобия: - число Рейнольдса (Re=50000); - число Прандтля (Рг=0,703); - число Архимеда (Аг=0,14); - геометрические критерии подобия (кс=0,03 - коэффициент стеснения струи, Kv=0,007 - коэффициент отношения объема шкафа с ИТ-оборудованием к объему помешения).
Определяюшими величинами при выходе охлажденной струи в помещении будут в первую очередь линейный размер обслуживаемой зоны I, кинема тическая вязкость газа V И скорость потока W Перебрав все возможные сочетания из определяющих величии, выберем и рассмотрим следующую комбинацию:
Безразмерная группа представляет собой число Рейнольдса, определяемое по параметрам воздушного потока и геометрии обслуживаемой зоны. Данный широко известный критерий характеризует соотношение между инерционными силами и силами вязкости: v - кинематическая вязкость газа, м7с. Поэтому его явно целесообразно использовать при моделировании струй. Так как для динамического подобия физическая природа рассматриваемых явлений должна быть одинаковой, вязкость жидкости на модели и в натуре одна и та же, поэтому УН = Ум = V и соотношение независимых физически величин примет вид wjti - wJM.
На параметр струи и траекторию движения оказывает влияние гравитационных сил при отличии температуры приточного воздуха от темперазуры воздуха в помещении. Соотношение сил определяется величиной критерия Архимеда:
Для проверки разработанной экспериментальной установки на адекватность к требованиям теории подобия, выполнено численное моделирование в программном комплексе FlowVision процесса кондиционирования, исследуемого в лабораторных условиях. Численная модель экспериментальной установки представлена на рисун ке 29.
Тепловые условия - граничные условия третьего рода. Количество теплоты, отдаваемое единицей поверхности с температурой tn за единицу времени в окружающую среду с температурой tc, прямо пропорционально разности температуры поверхности и окружающей среды; Чп aQn fc) (3.7) Количество теплоты, отдаваемое поверхностью в окружающую среду и определяемое по формуле (3.46), равно количеству теплоты, подводимому к этой поверхности за счет теплопроводности, которое определяется по закону Фурье Я.п = AXjt / on . Приравняв эти потоки, получим выражение для задания граничных условий третьего рода:
Описание методики размещения охлаждающих модулей в центрах обработки данных для энергоэффективного обеспечения заданных температурных параметров воздуха
Поскольку рассматривался процесс охлаждения на «уровне зала», то контролировался температурный режим в контрольной точке центральной области помещения ЦОД. Для этого было предложено определить координаты контрольной точки по значениям координат активных зон шкафов с ИТ-оборудованием: среднее значение координат центров активных зон по оси у.
В рассматриваемом случае среднее значение составит X = 3,6 V = 3,1. На рисунке 38 представлена схема расположения активных зон стоек и положения центральной области средних координат шкафов.
При заданном расположении стоек рассматривались десять вариантов расположения блока подачи воздуха (рисунок 37). Для поиска зависимости между архитектурой расположения стоек и областью подачи охлаждающего потока определим величину:
Из результатов эксперимента видно, что значения температуры в активных зонах отличаются от значения температуры в центральной точке. Для исследования степени отклонения значений температур в активных зонных была определена разница температур AT для каждого из вариантов расположения блока подачи воздуха (3.13): АТ = Т?/3-ТЦ, (3.13) где Tf3 - температура воздуха в активной зоне каждой стойки, С; Тц - температура воздуха в центральной зоне помещения, С; Нестандартное и ассиметричное размещение стоек с ИТ-оборудованием и блока подачи воздуха приводит к неравномерности распределения температуры воздуха по всем активным зонам. Поэтому для оценки неравномерноети распределения температуры было предложено определить значения среднеквадра-тического отклонения температуры по активным зонам при заданном расположении блока системы кондиционирования (3.14):
Анализ полученных результатов показал, что при каждой конфигурации расположения шкафов с ИТ-оборудованием существует положение блока подачи охлаждающего воздуха, обеспечивающее минимальный разброс значений температуры воздуха в активных зонах от проектных.
Компоновка шкафов в помещении оценивалась с помощью коэффициента сложности, за который принималось значение корня квадратного из суммы квадратов средних квадратических отклонений величин координат центров активных зон X, Y (одна из характеристик рассеивания):
По результатам эксперимента были отобраны случаи расположения шкафов и блока подачи охлаждающего воздуха, при которых значение среднеквад-ратического отклонения температуры по активным зонам было минимальным.
Расстояние между контрольной точкой центральной области С к IT и точкой подачи воздуха для выбранных архитектур рассчитывалось по формуле (3.11).
По рассчитанным данным была построена зависимость (рисунок 39) связи расстояния между контрольной точкой и рекомендуемой точкой подачи воздуха от коэффициента сложности распределения шкафов с ИТ-оборудованием (значения координат переведены с учетом масштаба моделирования в единицы измерения-метры).
Проверка на адекватность разработанной методики была выполнена для серверного помещения (рисунок 40) центрального комплекса ОАО «ММК». Мощность электронного оборудования составляла 17,8 кВт. В помещение было расположено шесть шкафов с ИТ-оборудованием. Центры активных зон имели следующие координаты (таблица 4.1):
Системы кондиционирования имели общую холодопроизводительность 27 кВт. Блоки систем кондиционирования первоначально располагались без учета архитектуры расположения ИТ-оборудования и характера циркуляции воздушных потоков.
Был выбран кондиционер Liebert Hiross НРМ 820 холодопроизводитель-ностью 19 кВт. По графику (рисунок 39) было определено положение блока подачи охлаждающего воздуха. Расстояние от контрольной точки до блока подачи охлаждающего воздуха составило 2 м. Значения температуры воздуха в активных зонах при новом расположении блока кондиционера представлены в таблице 4.3.
Таким образом, практическое применение разработанной методики доказало, что данная инженерная методика расчета энергоэффективной технологии охлаждения позволяет максимально использовать энергетический потенциал систем кондиционирования и обеспечить требуемый температурный режим для ИТ-оборудования.
