Data center energy management by means of HVAC technology - essential technologies and a simulation model

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Engineering | Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2010
Major/Subject
LVI-tekniikka
Mcode
Ene-58
Degree programme
Language
fi
Pages
78 s. + liitt. 2
Series
Abstract
Data centers can consume 40 times as much energy as a regular office building and power requirements of information technology are constantly rising. The HVAC system demands one third of data center's energy. By using best practices in cooling data centers significant energy savings can be achieved. The need to cut expenses and carbon dioxide emissions is driving data centers towards energy efficient solutions. The aim of this thesis was to develop TRNSYS simulation model for data centers and apply the model in analyzing real data centers. One objective was to determine cooling system's energy use and the effect of free cooling on the energy use of two data centers. In addition essential HVAC technologies for good energy efflciency of data centers were striven to be presented. The simulation model was applied in two data centers located in Finland. Energy use during a year of these data centers was investigated and the simulated results were compared to actual consumption data. Whole facility's energy use, distribution of energy use among facility and more accurately main components of the cooling system were found out. By comparing energy use of the data centers with and without free cooling effect of free cooling was researched. The simulation model was found to describe a data centre quite well. According to simulations free cooling reduces energy use of cooling system by about 20 %. Location of the data centre was observed to have a significant impact on energy use. Measuring of energy use and actions towards improved energy efficiency was recommended to one of the data centers. One option to improve energy efficiency is starting free cooling in higher temperature. Generally essential factors in lowering energy use of data centers are: sizing equipment according to actual power requirement, using the right metrics in illustrating energy efflciency, air management in data centre and the use of free cooling and waste heat.

Datakeskukset voivat kuluttaa 40-kertaisen määrän energiaa tavanomaiseen toimistorakennukseen nähden ja tietotekniikan tehovaatimukset kasvavat jatkuvasti. LVI-järjestelmät vaativat datakeskuksen energiasta noin kolmasosan. Käyttämällä parhaita mahdollisia tekniikoita datakeskusten jäähdyttämiseen voidaan energiankulutusta pienentää merkittävästi. Tarve pienentää kustannuksia ja hiilidioksidipäästöjä ajaa kohti energiatehokkaita ratkaisuja. Tämän diplomityön tavoitteena oli aikaansaada TRNSYS-simulointimalli datakeskusten energiankäytön analysointiin. Simulointimallin kehitystyössä hyödynnettiin olemassa olevia datakeskuksia ja niistä kerättyä mittausdataa. Simulointimallin avulla pyrittiin selvittämään muun muassa datakeskusten jäähdytysjärjestelmän energiankäyttöä ja vapaajäähdytyksen vaikutusta energiankulutukseen. Lisäksi työn tavoitteena oli löytää keskeiset LVI-tekniikan keinot datakeskusten energiatehokkuuden parantamiseen. Datakeskusten toiminnan analysoinnissa niiden energiankäyttöä seurattiin vuoden ajalta ja simuloituja tuloksia verrattiin todellisiin kulutustietoihin. Diplomityössä seurattiin kahden datakeskuksen toimintaa ja selvitettiin niiden kokonaisenergiankulutus, kulutuksen jakauma IT-laitteiden ja jäähdytysjärjestelmän kesken sekä jakauma jäähdytysjärjestelmän pääkomponenttien kesken. Vertaamalla datakeskuksen energiankäyttöä vapaajäähdytyksellä ja pelkällä kompressorijäähdytyksellä selvitettiin vapaajäähdytyksen merkitys energiatehokkuutta parantavana tekniikkana. Simulointimallin havaittiin kuvaavan todellista tilannetta melko hyvin. Vapaajäähdytys pienensi jäähdytysjärjestelmän energiankulutusta simulointien mukaan noin 20 %. Datakeskuksen sijainnilla havaittiin olevan merkittävä vaikutus jäähdytysjärjestelmän energiantarpeeseen. Toiselle tutkittavista datakeskuksista suositeltiin energiankulutuksen seurantaa ja energiatehokkuutta parantavia toimenpiteitä, joista yksi vaihtoehto voisi olla vapaajäähdytyksen aloittaminen nykyistä korkeammassa lämpötilassa. Yleisesti datakeskuksien energian säästön kannalta oleellisiksi asioiksi havaittiin laitteiden mitoitus todellisen tehontarpeen mukaan, oikeiden energiatehokkuutta kuvaavien tunnuslukujen käyttö, datakeskuksen ilmavirtausten hallinta, vapaajäähdytyksen käyttö sekä hukkalämmön hyödyntäminen.
Description
Supervisor
Sirén, Kai
Thesis advisor
Pakanen, Jouko
Keywords
data center, datakeskus, server farm, palvelinsali, energy efficiency, energiatehokkuus, cooling, jäähdytys, HVAC, LVI, TRNSYS, TRNSYS, simulation, simulointi
Other note
Citation