Разработка энергетической модели дата-центра

Актуальность. Дата-центры (или ЦОД – центров обработки данных) – это специализированный объект, представляющий собой связанную систему ИТ-инфраструктуры, инженерной инфраструктуры, оборудование (серверного и сетевого) и части которых размещены в здании или помещении, подключенном к внешним сетям, как инженерным, так и телекоммуникационным. Из-за значительного тепловыделения данных систем возникла потребность в повышении эффективности систем охлаждения за счёт эффективной утилизации теплоты.

Цель. Расчет энергетического баланса типового дата-центра, проектируемого для эксплуатации в условиях центральной России.

Методы. Разработанная энергетическая модель дата-центра представляет собой математическое описание всех энергетических процессов в здании, включая процессы теплопередачи, влияние вентиляции и кондиционирования, работу освещения, электроприборов и другого оборудования, работу инженерных систем.

Результаты. Согласно результатам моделирования удельное потребление энергии составило 1353 кВт·ч/м², удельная годовая стоимость энергоресурсов – 8572,90 руб./м². Получены следующие ключевые результаты: потребляемая энергия модулями ЦОД – 38 399,53 МВт·ч/год; энергия, потребляемая IT оборудованием – 31 685,20 МВт·ч/год; PUE (представляет собой отношение общей потребляемой энергии ЦОД к энергии, непосредственно используемой IT-оборудованием) – 1,21.

Заключение. Получены данные о годовом потреблении энергии, стоимости потребленных энергоресурсов и количестве СО₂, выбрасываемого в атмосферу при выработке энергетических ресурсов. Разработана помесячная диаграмма потребление энергии по категориям (отопление, охлаждение, вентиляторы, утилизация тепла, насосы, внутреннее освещение, розеточное оборудование, серверы). В ходе дальнейших исследований планируется рассмотреть приоритетные схемы утилизации тепловой энергии дата-центра.

1. IKS Consulting. Аналитический отчет «Российский рынок коммерческих дата-центров 2023» [Электронный ресурс]: Рынок коммерческих ЦОД в России 2023 – Режим доступа: https://survey.iksconsulting.ru/page30265406.html

2. International Data Corporation. Режим доступа: https://www.idc.com/.

3. ГОСТ Р 70139-2022 Центры обработки данных. Инженерная инфраструктура. Классификация.

4. Stockholm Data Parks [Электронный ресурс]: Stockholm Data Parks – Режим доступа: https://stockholmdataparks.com/.

5. Arianna Tofani. A case study on the integration of excess heat from Data Centres in the Stockholm district heating system // TRITA: TRITA-ITM-EX 2022:469, Stockholm, Sweden 2022. p. 56.

6. Cristina Ramos Caceres, Marcus Sandberg, Adolfo Sotoca. Planning data center locations in Swedish municipalities. A comparative case study of Luleå and Stockholm // Cities 150, 2024. p. 22.

7. Tao Lu, Xiaoshu Lü, Matias Remes, Martti Viljanen. Investigation of air management and energy performance in a data center in Finland: Case study // Energy and Buildings 43, 2011. p. 3360–3372.

8. Mikko Wahlroos, Matti Pärssinen, Samuli Rinne, Sanna Syri, Jukka Manner. Future views on waste heat utilization – Case of data centers in Northern Europe // Renewable and Sustainable Energy Reviews 82, 2018. p. 1749–1764.

9. Mikko Wahlroos, Matti Pärssinen, Jukka Manner, Sanna Syri. Utilizing data center waste heat in district heating – Impacts on energy efficiency and prospects for low-temperature district heating networks // Energy 140, 2017. p. 1228–1238.

10. Рассмусен Н. Расчет технических требований для общего охлаждения в центрах обработки данных / Н. Рассмусен // Информационная статья American Power Conversion. – 2003. – № 25. – 9 с.

11. Chayan Nadjahi, Hasna Louahlia, Stéphane Lemasson A review of thermal management and innovative cooling strategies for data center // NORMANDIE UNIV, UNICAEN, LUSAC, 2018. p. 14-28.

12. Ahmed A. Alkurush, Mohamed S. Salem, O. Abdelrehim, A.A. Hegazi. Data centers cooling: A critical review of techniques, challenges, and energy saving solutions // International Journal of Refrigeration 160, 2024. p. 246-262.

13. Suhas V. Patankar. Airflow and cooling in a data center // Journal of Heat Transfer, 2010. p. 17.

14. B. Fakhim, M. Behnia, S.W. Armfield, N. Srinarayana. Cooling solutions in an operational data centre: A case study // Applied Thermal Engineering 31, 2011. p. 2279-2291.

15. Hongjie Lu, Zhongbin Zhang, Liu Yang. A review on airflow distribution and management in data center // Energy & Buildings 179, 2018. p. 265-277.

16. Ю.И. Солуянов, А. И. Федотов, А. Р. Ахметшин // Расчет поправочного коэффициента к нормативным значениям удельных электрических нагрузок многоквартирных жилых домов г. Москвы и Московской области // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2022. – Т. 24, № 4. – С. 142-153. – DOI 10.30724/1998-9903-2022-24-4-142-153. – EDN CAFEMG.

17. М.С. Иваницкий // Технологические нормативы и показатели выбросов ТЭСИ котельных // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2024. – Т. 26, № 3. – С. 3-15. – DOI 10.30724/1998-9903-2024-26-3-3-15. – EDN GWNTMS.