Μοντελοποίηση και ανάλυση ενεργειακής κατανάλωσης για χώρους data center.

Abstract

Η εργασία αυτή ερευνά τη θερμική απόδοση των κτιρίων με έμφαση στους χώρους των Data Centers. Η H ανασκόπηση της βιβλιογραφίας καταδεικνύει ότι το 44% της συνολικής ενέργειας στην ΕΕ και στις ΗΠΑ καταναλώνεται σε κτίρια, και από αυτά 40 δισεκατομμύρια κιλοβατώρες (kWh) της ηλεκτρικής ενέργειας χρησιμοποιούνται ετησίως για την ψύξη. Παράλληλα, η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας από τα Data Centers αυξάνεται συνεχώς. Τα Data Centers παρέχουν την παγκόσμια κοινότητα ανεκτίμητες υπηρεσίες: σχεδόν απεριόριστη πρόσβαση σε κάθε είδους πληροφορίες που μπορεί να φανταστεί κανείς, με την υποστήριξη των περισσότερων υπηρεσιών Internet, όπως το φιλοξενία ηλεκτρονικών σελίδων και υπηρεσίες ηλεκτρονικού εμπορίου. Τα Data Centers περιλαμβάνουν, μερικές φορές χιλιάδες Servers και υποδομές ψύξης. Η Έρευνα σχετικά με τη διαχείριση ενέργειας στα Data Centers μπορεί να διευκολύνει την εγκατάσταση ενός Data Center, τη μείωση του κόστους και την προστασία του περιβάλλοντος. Power Usage Effectiveness (PUE) είναι ένα μέγεθος που χαρακτηρίζει τον τρόπο που η συνολική ενέργεια που καταναλώνεται, κατανέμεται στις εγκαταστάσεις του Data Center. Μια μειωμένη τιμή PUE επιτρέπει την πιο αποτελεσματική χρήση της ενέργειας σε ένα Data Center. Στο πλαίσιο αυτό, φιλοξενώντας ένα Data Center σε ένα κτίριο που εξασφαλίζει ελάχιστες απαιτήσεις ενέργειας, μπορεί να εξοικονομήσει τεράστια ποσά ενέργειας (και χρημάτων) παρέχοντας διαχείριση φιλική προς το περιβάλλον. Προκειμένου να αξιολογηθεί η θερμική απόδοση και η ενεργειακή απόδοση κτιρίων και των υποκατηγοριών τους, έχουν προταθεί διάφορα εργαλεία προσομοίωσης. Στην εργασία αυτή, ο ερευνητής εκμεταλλεύεται τις δυνατότητες του λογισμικού EnergyPlus. Το EnergyPlus είναι μια πλατφόρμα λογισμικού που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με άλλα εργαλεία, ώστε να δημιουργήσουν ένα φιλικό προς το χρήστη περιβάλλον προσομοίωσης. Προκειμένου να αναπτυχθεί μια διαδικασία μοντελοποίησης, ο ερευνητής μελέτησε τα εργαλεία προσομοίωσης και τα χρησιμοποίησε για να προσομοιώσει ένα Εκπαιδευτικό κτίριο στο Ηράκλειο Κρήτης που φιλοξενεί το Data Center του ΤΕΙ Κρήτης. Προκειμένου να αξιολογηθεί το ανεπτυγμένο μοντέλο, έγιναν μετρήσεις σε συγκεκριμένες χρονικές περιόδους, καθώς υπολογίστηκε και η εσωτερική θερμοκρασία του χώρου του εκπαιδευτικού κτιρίου. Κύριος στόχος της εργασίας αυτής είναι να διασφαλιστεί ότι το μοντέλο που δημιουργήθηκε για το χώρο του Data Center επιβεβαιώνει τις μετρήσεις που ελήφθησαν σχετικά με τις μεταβολές της θερμοκρασίας. Αν αυτό επιτευχθεί σε μεγάλο βαθμό, τα φορτία και η απαιτούμενη θερμοκρασία όπως μετρήθηκε στο χώρο του Data Center μπορούν να οριστούν στο μοντέλο μας, και μέσω του EnergyPlus να υπολογιστεί η απαιτούμενη ενέργεια ψύξης και ως εκ τούτου το PUE. Στη συνέχεια, αξιολογούνται οι διάφορες παρεμβάσεις για την μείωση της τιμή του PUE και η αναβάθμιση της ενεργειακής απόδοσης του χώρου του Data Center.

This work investigates the thermal performance of buildings with emphasis on data center spaces. Power consumption in Data Centers, nowadays, is constantly increasing. Data Centers provide the world community with an invaluable service: almost unlimited access to all kind of information imaginable, with the support of most Internet services, such as Web Hosting and e-commerce services. Data Centers include, sometimes thousands of Servers and cooling infrastructure support. Research on power management in Servers can ease the installation of a Data Center, cost reduction, and environmental protection. Power Usage Effectiveness (PUE) is a metric that characterizes the way the total energy consumed is distributed over the Data Center facilities. A reduced PUE allows for more efficient energy usage in a Data Center. In that context, hosting a data center in a building that assures minimal energy administration. In order to evaluate the thermal performance and energy efficiency of buildings and building sub-sectors, several simulation tools have been proposed. In this work, the researcher exploits the potential of EnergyPlus software. In order to develop a modeling procedure, the researcher studied the simulation tools and used them in oder to simulate the Educational building in Heraklion, Crete that hosts the Data Center of TEI of Crete. In order to evaluate the developed model, measurements were performed at specific periods, and the indoor air temperature of the Educational building’s spaces was calculated. Main objective of this work is to assure that the model built for the Data Center space confirms the measurements obtained about temperature variation. If this is achieved to a great extent, the loads and the required temperature as measured in the space of the Data Center can be set in our model, and through the EnergyPlus to calculate the required cooling energy and therefore the PUE. Subsequently, various interventions are evaluated in terms of PUE reduction for upgrading energy efficiency of the Data Center space.