Modeling data center energy systems at early design stage
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2020-05-18
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Energy Technology (EEN)
Language
en
Pages
81
Series
Abstract
The scale on which the global CO2 emissions must be reduced has become even more evident during the past decade. Meanwhile, the demand for data processing services is ever-increasing, driving the markets to invest in new data centers. As data centers are responsible for consuming significant amounts of electricity, investing in data center energy efficiency has become an important aspect from both an environmental and a financial standpoint. In a typical data center project, many decisions done at early design stages can indirectly impact negatively the data center’s energy efficiency, limiting the available cooling or waste heat reuse options. This thesis studies data center energy modelling and introduces a holistic method for creating an accurate cooling system energy consumption model to support the decision-making process during early design stages. At an early design stage, the available information used to support the model creation is inherently deficient, thus making model creation a challenge. To combat this lack of information, it is vital to recognize the underlying project demands and limitations, such as the business model and redundancy requirements, that can affect the available technological options. This requires a comprehensive understanding of data centers as a whole and all the main technical solutions. For modelling the data center cooling systems at early design stages hardware-centric modeling technique was found to be the most well suited for the purpose. Due to the nature of hardware-centric models consisting of smaller component models, it is pivotal that the component models function as in reality and that they can be examined and verified. By implementing financial data into the data center energy consumption model, the model can provide highly valuable data for the decision-making process. Finally, utilizing the knowledge gathered in the literature research, a data center energy consumption models were created with actual data available at the early design stages. The models were verified to produce accurate results that could be very well used to support the decision-making process, allowing more efficient data centers to be designed.Mittakaava, jolla globaaleja CO2 päästöjä pitää vähentää on viimeisen vuosikymmenen aikana käynyt hyvin selväksi. Samaan aikaan kysyntä tietojenkäsittelylle on jatkuvassa kasvussa, vauhdittaen markkinoita investoimaan uusiin palvelinkeskuksiin. Koska palvelinkeskukset käyttävät toimiakseen hyvin paljon sähköä, on palvelinkeskuksien energiatehokkuuteen investoiminen tärkeää niin ympäristöllisestä, kuin taloudellisesta näkökulmasta. Tyypillisessä palvelinkeskusprojektissa monia epäsuorasti energiatehokkuuteen huomattavasti vaikuttavia päätöksiä tehdään hankkeen alkuvaiheilla, saattaen näin rajoittaa käytettävissä olevien jäähdytys- ja ylijäämälämmön talteenoton ratkaisuja. Tämä työ tutkii palvelinkeskusten energiajärjestelmien mallintamista hankkeen alkuvaiheilla, ja esittelee kokonaisvaltaisen tavan palvelinkeskusten jäähdytysjärjestelmien mallintamiseen päätöksenteon tueksi. Hankkeen alkuvaiheilla saatavissa olevan tiedon määrä on pohjimmiltaan hyvin rajattu, tehden palvelinkeskuksen jäähdytysjärjestelmien mallintamisesta haastavaa. Onkin tärkeää ymmärtää projektin lähtökohdat ja edellytykset, jotka saattavat vaikuttaa teknisten ratkaisujen toteutettavuuteen. Tämä vaatii palvelinkeskusten ja niiden jäähdytysratkaisujen syvällistä tuntemusta. Laitteistokeskeinen mallintamistekniikka todettiin kaikista sopivimmaksi vaihtoehdoksi palvelinkeskusten energiajärjestelmien mallintamiseen hankkeen alkuvaiheissa. Koska laitteistokeskeiset mallit koostuvat pienemmistä komponenttimalleista, on äärimmäisen tärkeää, että komponenttien mallit toimivat kuten todellisuudessa, ja että ne ovat läpinäkyviä mahdollistaen niiden toiminnan tarkastelun ja todentamisen. Implementoimalla energiamalliin taloudellista informaatiota, malli pystyy tuottamaan erittäin arvokasta tietoa päätöksentekoprosessiin. Kirjallisuuskatsaukseen kerätyn tiedon perusteella luotiin malleja palvelinkeskuksen energiajärjestelmistä käyttäen hyödyksi informaatiota, jota on todellisuudessa saatavilla hankkeen alkuvaiheilla. Mallien todennettiin tuottavan tarkkoja ja todenmukaisia tuloksia, joiden hyödyntäminen päätöksenteon tukena mahdollistaa yhä energiatehokkaampien palvelukeskusten rakentamisen.Description
Supervisor
Virtanen, MarkkuThesis advisor
Huvinen, TimoKeywords
data center, energy modeling, cooling, waste heat reuse