Głównym kosztem utrzymania każdej serwerowni jest zużycie energii elektrycznej przy czym jak podają różne źródła jedynie około 45% to energia konieczna do przeprowadzania obliczeń, natomiast pozostała część zużywana jest przez systemy chłodzące. W nowo wybudowanej serwerowni Onet.pl będącej najnowocześniejszym obiektem tego typu w kraju, przeprowadziliśmy testy mające na celu sprawdzenie zużycia energii elektrycznej w zależności od nastawień temperatury w komorze. Głównym celem naszych testów było znalezienie odpowiednich ustawień systemów chłodzących które zapewnią optymalną temperaturę pracy serwerów a jednocześnie zapewnią najmniejsze zużycie energii w obiekcie.

Opis komory testowej

Do testów wzięliśmy jedną z komór serwerowych o powierzchni 200 m2 i kubaturze 1200 m3 W chwili testów było w niej zainstalowanych oraz uruchomionych około 1200 serwerów i urządzeń aktywnych o łącznej mocy IT równej 280 kW. Serwery umieszczone były w szafach rackowych w 4 rzędach. Konfiguracja taka dawała dwa korytarze zimnego powietrza oraz trzy korytarze ciepłego powietrza. Wilgotność powietrza utrzymywana była na poziomie 50% RH. Temperaturę mierzyliśmy za pomocą 12 czujek temperatury umieszczonych na szafach z serwerami (korytarz zimny) oraz 12 czujek temperatury umieszczonych pod podłogą techniczną.

Opis systemu klimatyzacji

Informatyczne serce Onetu wyposażone zostało w dwa rodzaje klimatyzacji firmy Emmerson. Podstawowym systemem chłodzenia serwerowni jest klimatyzacja precyzyjna – chłodzenie oparte jest na zastosowaniu w komorze korytarzy zimnego oraz ciepłego powietrza. Powietrze schładzane jest za pomocą jednostek klimatyzacyjnych dużej mocy. Dodatkowy system chłodzenia to system klimatyzacji zagęszczonej (wspomagającej klimatyzację precyzyjną) – chłodzenie dodatkowe oparte jest na zastosowaniu ponad szafami rackowymi ze sprzętem serwerowym specjalnych wymienników ciepła produkujących dodatkowy chłód. Przez zastosowanie dodatkowego systemu klimatyzacji możliwe jest znaczne zagęszczenie mocy obliczeniowej w każdej pojedynczej szafie serwerowej.

Rodzaj oraz wyniki badań

Pierwsza faza testów miała za zadanie pokazanie zużycia energii potrzebnej do schłodzenia komory serwerowni w zależności od zadanej temperatury wyłącznie za pomocą 6 jednostek klimatyzacji precyzyjnej. Dla kolejnych nastaw temperatury 21,5°C, 23,5°C oraz 25,0°C mierzyliśmy zużycie energii elektrycznej w okresie 24 godzin przy zachowaniu stałej ilości i mocy sprzętu IT.

Badania wykazały, że przy temperaturze 25,0°C klimatyzatory pobierały najmniej energii elektrycznej w konfiguracji gdy każdy klimatyzator osobno próbkował parametry powietrza powracającego na wlocie urządzenia. Gdy powtórzyliśmy takie samo badanie lecz w ustawieniu systemowym wszystkich klimatyzatorów tzn. „jedno duże urządzenie chłodnicze” okazało się, że najmniejszy pobór energii jest wtedy, gdy temperatura zadana wynosi 23,5°C. Wynik ten był gorszy w stosunku do poprzedniego przypadku.

W trakcie testu zaobserwowaliśmy przy pomocy zainstalowanych wewnątrz komory czujników, że działanie klimatyzatorów w układzie rozdzielonym spowodowało zapewnienie najbardziej jednorodnych warunków środowiskowych w całej komorze. Na podstawie powyższych wniosków zdecydowano kontynuować testy przy użyciu układu rozdzielonego.

W drugiej fazie testów analizowaliśmy zużycie energii elektrycznej potrzebnej do schłodzenia komory serwerowni w zależności od ilości włączonych urządzeń klimatyzacji precyzyjnej. Przy obecnej ilości aktywnych urządzeń IT w komorze serwerowni Onet.pl istnieje możliwość wykorzystania nawet połowy (czyli 4 ze wszystkich 8 urządzeń klimatyzacyjnych) zapewniając tym samym odprowadzenie całej energii cieplnej wytworzonej przez urządzenia serwerowe.

Po przeprowadzeniu testu stwierdziliśmy, że przy 4 działających jednostkach chłodniczych możemy zaoszczędzić aż 262 kWh energii elektrycznej w ciągu 24 godzin w porównaniu z energią zużytą przez 6 jednostek klimatyzacji, co daje roczną oszczędność na poziomie około 100 MWh.

Trzecim rodzajem testów był test wydajności łączonej klimatyzacji precyzyjnej i zagęszczonej, w tym celu użyliśmy część jednostek systemu klimatyzacji zagęszczonej, oraz część jednostek klimatyzacji podstawowej. Test został przeprowadzony dla dwóch nastaw temperatury 23,5oC i 25oC w dwóch konfiguracjach klimatyzacji: z użyciem klimatyzacji precyzyjnej i z użyciem klimatyzacji precyzyjnej w połączeniu z zagęszczoną.

Jak się okazało, jesteśmy w stanie zaoszczędzić 427 kWh energii elektrycznej w ciągu każdych 24 godzin pracy przy zachowaniu takich samych parametrów środowiskowych w serwerowni jeśli dokonamy wyłączenia 2 urządzeń klimatyzacji precyzyjnej a w ich miejsce włączymy 1 urządzenie klimatyzacji zagęszczonej. W ciągu roku jesteśmy w stanie zaoszczędzić około 150 MWh energii elektrycznej, co bezpośrednio przekłada się na oszczędności oraz zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. Sprawność urządzenia XDC wynosiła podczas testów 67%. W celu zwiększenia sprawności tych urządzeń, a tym samym zmniejszenia poboru energii elektrycznej należałoby podnieść temperaturę wewnątrz komory serwerowej.

Ze względu na specyfikę obiektów serwerowych priorytetem jest zapewnienie ciągłości pracy systemów. Zasadne jest zatem użycie sześciu jednostek klimatyzacyjnych bez względu na wzrost zużycia energii elektrycznej.

Wnioski

W obecnych czasach należy dążyć do zmniejszenia zużycia energii elektrycznej w obiektach serwerowych w celu zmniejszenia kosztów utrzymania tym samym dbając o środowisko naturalne. Można to czynić przez zastosowanie nowoczesnych procesorów o zmniejszonym zapotrzebowaniu na energię, zastosowaniu serwerów o większej gęstości (serwery typu Blade Center) czy też przez odpowiednio zaprojektowaną serwerownię.

W serwerowni Onet.pl zapotrzebowanie na energię elektryczną potrzebną do odprowadzenia energii cieplnej wytworzonej przez sprzęt IT wynosi około 35% całkowitego zużycia energii elektrycznej.

Biorąc pod uwagę charakterystykę systemów podtrzymujących pracę serwerowni oraz przeprowadzone testy zużycia energii elektrycznej, należy w celu zapewnienia najlepszych warunków środowiskowych dla zainstalowanych urządzeń IT oraz optymalizacji zużycia energii elektrycznej w serwerowni Onet.pl użyć co najmniej 6 urządzeń klimatyzacyjnych dla testowanej komory serwerowni. Taka ilość urządzeń klimatyzacyjnych zapewnia ciągłość poprawnej pracy komory serwerowni bez względu na wystąpienie ewentualnej awarii systemów.

Ze względu na stale rosnącą liczbę serwerów w komorze, wkrótce zostanie przeprowadzona kolejna seria bardziej szczegółowych testów.

Mariusz Maszewski
Specjalista ds. Infrastruktury Data Center