Mit der Verbreitung von Geräten des Internets der Dinge (IoT) und Echtzeitanwendungen hat sich Edge Computing zu einem herausragenden Trend entwickelt. Infolgedessen wurden am Netzwerkrand kleinere und verteilte Rechenzentren entwickelt.
Im Laufe der Zeit haben Rechenzentren erhebliche Veränderungen in Größe, Design, Effizienz und Management erfahren. Anfangs waren Rechenzentren auf kleine Räume oder spezielle Bereiche innerhalb von Bürogebäuden beschränkt. Als jedoch die Nachfrage nach Datenspeicherung und -verarbeitung stieg, expandierten Rechenzentren zu riesigen Einrichtungen mit einer Fläche von Tausenden oder sogar Millionen Quadratmetern. Einige der heutigen Rechenzentren sind so groß, dass sie allgemein als „Hyperskalen“-Rechenzentren bezeichnet werden.
Rechenzentren verbrauchen eine erhebliche Menge Energie, um die IT-Ausrüstung mit Strom zu versorgen und zu kühlen. Um dieses Problem anzugehen, lag der Schwerpunkt auf der Verbesserung der Energieeffizienz
Effizientere Kühlquellen wie kostenlose Kühlkühler und energieeffizientere Serverhardware, die bei höheren Temperaturen betrieben werden kann.
Die obigen Schaltpläne beschreiben eine typische HVAC-Anlage für ein Rechenzentrum und stellen die Hauptelemente der Daikin-Lösung vor, darunter mehrere Komponenten:
Luft-Wasser-Kühler
Computer Room Air Handling (CRAH)-Einheit
Steuerungssysteme
Kundendienst
In diesem Artikel besprechen wir die wichtigsten Herausforderungen bei der Auswahl von Steuerungslösungen für Rechenzentren und wie Daikin bei der Bewältigung dieser Herausforderungen helfen kann.
In einem HVAC-System eines Rechenzentrums ist die effektive Steuerung mehrerer Einheiten, einschließlich CRAHs und Kühlern, von entscheidender Bedeutung, um den ordnungsgemäßen Betrieb des Kühlsystems sicherzustellen. Durch die Überwachung und Steuerung mehrerer Einheiten können Fehlfunktionen schnell erkannt und behoben werden. Dies trägt dazu bei, das Risiko von Betriebsunterbrechungen aufgrund von Problemen mit dem Kühlsystem zu verringern.
Grund #1: Um diese Herausforderung zu meistern, bietet Daikin einen intelligenten Data Center Manager (iDCM) an, ein externes Panel, das bis zu 20 Einheiten steuert, einschließlich Primärpumpenmanagement und freiem Kühlmodus. iDCM wurde entwickelt, um maximale Zuverlässigkeit zu gewährleisten und nutzt einen fortschrittlichen Algorithmus für maschinelles Lernen, der auf der Grundlage von Herstellerdaten und vor Ort aufgezeichneten Live-Daten arbeitet.
iDCM identifiziert den Status der Einheiten und definiert Aktionen gemäß der Steuerlogik, berechnet gleichzeitig die Kapazität des Kühlers und schätzt den gelieferten Durchfluss.
Der Kühlergruppenregler schaltet Kühler je nach den spezifischen Bedingungen ein oder aus, abhängig von der Zufuhr- und Rücklaufwassertemperatur in beiden Abschnitten des Primärwasserkreislaufs. Wir haben zwei Phasen:
Stage-Up: tritt auf, wenn der Controller beschließt, weitere Kühler einzuschalten. Zu den Aktivierungsbedingungen gehört, dass die primäre Versorgungswassertemperatur über dem Sollwert der Versorgungswassertemperatur liegt, zuzüglich einer bestimmten Marge, die als "Stage up Offset" bezeichnet wird Dieser Spielraum kann vom Benutzer konfiguriert werden und stellt sicher, dass die Kühler nur bei Bedarf aktiviert werden, wodurch eine Systemüberlastung vermieden wird.
Stage-Down: Wenn der Controller beschließt, die Kühler auszuschalten. Zu den Bedingungen für die Deaktivierung gehört, dass die primäre Versorgungswassertemperatur unter dem Sollwert der Versorgungswassertemperatur liegt, abzüglich einer bestimmten Marge, die als "Stage Down Offset" bezeichnet wird. Der Benutzer konfiguriert diesen Spielraum und stellt sicher, dass die Kühler ausgeschaltet werden, wenn sie nicht mehr benötigt werden, wodurch Energie gespart wird.
Ein Steuerungssystem sollte mit verschiedenen Projektdesigns kompatibel sein, um flexibel und auf die Bedürfnisse des Kunden zugeschnitten zu sein. Dieser Ansatz ermöglicht die Entwicklung und Implementierung von Systemen speziell für jedes Projekt und gewährleistet so eine angemessene Reaktion auf die individuellen Anforderungen jeder Situation.
Grund #2: Daikin bietet verschiedene Gerätelösungen an, die speziell für Rechenzentren entwickelt wurden und sorgfältig auf die Bedürfnisse jedes Kunden zugeschnitten sind. IDCM kann je nach Schaltungstyp und Gesamtkapazität der Anlage viele verschiedene Anlagengeräte wie Sensoren, Wasserpumpen und Hydronikventile integrieren. Darüber hinaus bietet Daikin aufbauend auf diesem maßgeschneiderten Ansatz eine umfassende Kundensupportlösung, die vom Lösungsdesign ausgeht und sich über den gesamten Verkaufsprozess erstreckt. Dazu gehört die Anpassung und Verwaltung des Systems, um den sich entwickelnden Anforderungen des Kunden gerecht zu werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Daikin ein Steuerungssystem bietet, das beispiellose Flexibilität und Vielseitigkeit bietet.
Das Daikin-Steuerungssystem kann in das Gebäudemanagementsystem (BMS) integriert werden, das eine Überwachung auf hoher Ebene und eine zentrale Steuerung der gesamten Rechenzentrumsinfrastruktur ermöglicht und so eine effiziente Verwaltung und den Betrieb der Anlage gewährleistet. Mit dem BMS-Protokoll kann das System vollständig mit der BMS-IT-Managementlogik des Kunden interoperabel sein.
Unter den Funktionen, die dieser Intelligent Data Center Manager (iDCM) bietet und die speziell auf spezifische Bedürfnisse zugeschnitten sind, können wir Folgendes auflisten:
Sequenzierung und Staging: Das System ermöglicht die Sequenzierung und Staging von bis zu 20 Einheiten, was für die effiziente Verwaltung von Kühllasten in großen Rechenzentren von entscheidender Bedeutung ist. Es unterstützt auch den Freikühlmodus, der den Energieverbrauch erheblich senkt.
Vollständige Steuerung und Überwachung: Die iDCM-Lösung bietet eine umfassende Steuerung des Primärkreislaufs und eine detaillierte Überwachung der Einheiten. Hierzu gehört die Überwachung des Stromverbrauchs, der Kapazität und der Durchflussrate der Kühler, um optimale Leistung und Effizienz sicherzustellen.
KI-Optimierung: Durch die Integration künstlicher Intelligenz (KI) können fortschrittliche Optimierungsalgorithmen in Echtzeit angewendet werden, um die Energieeffizienz und die Gesamtsystemleistung weiter zu verbessern.
Kompatibilität mit Tier-III-Schleifen: Vollständig kompatibel mit Tier-III-Rechenzentrumsschleifen (N+1-System), als Sonderausführung auch für TIER IV (2N-System) bei Bedarf.
Unsere Lösung erfüllt die strengen Anforderungen an Redundanz und Fehlertoleranz in kritischen Infrastrukturen.
Integrierte Sensoren: Mit bis zu 8 integrierten Sensoren, darunter Temperatursensoren, Differenzdrucksensoren und Durchflussmesser, bietet unser System detaillierte Einblicke in die Umgebungsbedingungen und die Systemleistung und erleichtert so eine proaktive Wartung und Optimierung.
Zusammen machen diese Funktionen die Steuerungslösung von Daikin zur idealen Wahl für Rechenzentrumsanwendungen und bieten robuste Steuerungs-, Überwachungs- und Optimierungsfunktionen, um einen zuverlässigen und energieeffizienten Betrieb kritischer Infrastrukturen sicherzustellen.
Bei der Implementierung einer Rechenzentrumslösung wird die Steuerungslösung in den meisten Fällen von einem Systemintegrator bereitgestellt, bei dem es sich um ein externes Unternehmen des Lieferanten der Einheiten handelt. Auf diese Weise entwickelt der Systemintegrator eine Steuerungslösung, ohne über Informationen zur internen Logik der Einheit und zum optimalen Betriebspunkt zu verfügen.
Grund Nr. 3: Im Gegensatz dazu kann Daikin eine „komplette“ Rechenzentrumslösung anbieten, indem es seine Einheiten in ein internes Steuerungssystem integriert. Dank dieses Ansatzes kann das Steuerungssystem die bereits für die Einzeleinheitssteuerungssoftware entwickelte Logik integrieren, um die Effizienz des gesamten Systems entsprechend der Echtzeitlast und den Umgebungsbedingungen zu maximieren.
Die vollständige Integration der Einheitensoftware auf dem iDCM erschließt einige zusätzliche Funktionen in Bezug auf die Einheitenverwaltung, die Erhöhung der Zuverlässigkeit und die Steuerung des freien Kühlmodus.
Die Steuerung der Versorgungstemperatur ist stabiler als die Logik von Standard-BMS. Begrenzung von Betriebsmodusänderungen (nur mechanische/gemischte und freie Kühlung).
Ein auf Effizienz ausgerichteter Ansatz kann die Gesamtleistung des Rechenzentrums erheblich steigern, was sich in einer Senkung des Energieverbrauchs und der damit verbundenen Betriebskosten niederschlägt.
Ein effizienzorientierter Ansatz kann die Gesamtleistung des Rechenzentrums erheblich steigern, was sich in einer Reduzierung des Energieverbrauchs und der damit verbundenen Betriebskosten zeigt.
Lastausgleich für optimale Einheitenkonfiguration
Wichtig ist die Anpassungsfähigkeit an Änderungen der Last und der äußeren Umgebungstemperatur basierend auf der Anzahl der aktiven Geräte. Durch die Steuerung vieler Einheiten ist es erforderlich, sich schnell an solche Änderungen anzupassen und gleichzeitig jederzeit optimale Kühlbedingungen aufrechtzuerhalten.
Grund Nr. 4: Daikin iDCM beinhaltet eine ausgefeilte Logik der Energieoptimierung namens Smart Sequencing. Hierbei handelt es sich um eine erweiterte Steuerfunktion, die auf Modellen des maschinellen Lernens der Kühler basiert, um die optimale Kombination von Einheiten auszuwählen, die den niedrigsten Energieverbrauch gewährleisten.
Der maschinelle Lernalgorithmus erstellt das Leistungsprofil der Kühler auf der Grundlage historischer Daten aus dem Know-how des Herstellers und vom iDCM vor Ort aufgezeichneter Daten. Der Controller findet eine andere optimale Anzahl von Einheiten, die ihre Leistung beibehalten haben, und priorisiert den Betrieb bei höherer Last, um die Effizienz zu maximieren.
Halten Sie die Einheiten mit prädiktiver KI in optimalem Zustand
In einem Rechenzentrumskühlsystem ist es äußerst wichtig, die Einheiten jederzeit in optimalem Zustand zu halten, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten und dadurch das Risiko von Ausfallzeiten zu verringern. Regelmäßige Wartung verlängert außerdem die Lebensdauer der Ausrüstung, verringert den Bedarf an kostspieligen Ersatzteilen und schützt die Investitionen des Unternehmens. Schließlich trägt es dazu bei, die Sicherheit der Ausrüstung zu gewährleisten, Schäden zu verhindern und die Kontinuität des Betriebs sicherzustellen.
Grund Nr. 5: Die künstliche Intelligenz von Daikin iDCM speichert und überwacht die Parameter der Einheiten im Zusammenhang mit ihrem Lebenszyklus. Diese Parameter werden dann zur Sequenzierung von Maschinen verwendet, wobei diejenigen mit einer besseren Effizienzkurve priorisiert und diejenigen mit geringerem Verschleiß bevorzugt werden.
Einer der Hauptvorteile besteht darin, dass es sein maschinelles Lernmodell der Kältemaschinen der Anlage kontinuierlich auf der Grundlage der vor Ort aufgezeichneten Daten aktualisiert, sodass die Leistung im Laufe der Zeit erlernt und Leistungseinbußen erkannt werden können.
In einem Standardsystem betreibt die Steuerung die Kühler normalerweise parallel und verteilt die Last auf alle Maschinen, ohne zu wissen, welche Einheit während ihres Lebenszyklus am effizientesten ist. Mit KI werden Lastkurven jedoch dynamisch auf Basis von Echtzeitdaten aktualisiert, wodurch das System effektiver optimiert wird. KI-gesteuerte Lastkurvenaktualisierungen ermöglichen eine dynamische Optimierung auf der Grundlage ständig aktualisierter realer Anwendungsdaten. iDCM schaltet unnötige Einheiten intelligent ab, um die Vorteile der freien Kühlung zu optimieren, und berücksichtigt die Maschinenverschlechterung. Im Durchschnitt verliert eine Maschine jedes Jahr 1 % ihrer Leistung. Dieses Gerät sequenziert Einheiten und priorisiert diejenigen mit den besten Effizienzkurven für Energieeinsparungen.
Optimierung für alle Betriebsbedingungen, einschließlich Freikühlmodus
Eine weitere Anforderung besteht darin, in jedem Betriebsmodus maximale Effizienz und Leistung zu erreichen. Grund Nr. 6: Mit dem speziell für Rechenzentren entwickelten iDCM ist es möglich, sowohl im Standard- als auch im freien Kühlmodus eine hohe Effizienz und Kühlleistung sicherzustellen. Das iDCM wählt den Betriebsmodus anhand der folgenden Kriterien aus:
Aktivierung der freien Kühlung: Wenn die Außenlufttemperatur um ein voreingestelltes freies Kühldelta T (einstellbar) niedriger ist als die Temperatur des einströmenden Wassers, leitet das System die freie Kühlung ein. Sobald dies von der Kühlergruppensteuerung als machbar bestätigt wurde, wird allen Kühlern gleichzeitig ein Freikühlbefehl gegeben.
Umschalten des Freikühlmodus: Bei Bedarf wird vom Controller ein Befehl für den Freikühl-Mischmodus an die Kühleinheit gesendet, der eine maximale Auslastung der Freikühlung ermöglicht und gleichzeitig die Anforderungen an die Systemkapazität erfüllt.
Aktivierung des Vollkompressormodus: Der Kühler arbeitet im Vollkompressormodus, wenn das Delta T zwischen der einströmenden Wassertemperatur und der Umgebungslufttemperatur weniger als 2°C (einstellbar) beträgt.
Die Senkung der Betriebskosten kann einige Vorteile mit sich bringen. Erstens verbessert es die betriebliche Effizienz, indem es den Ressourceneinsatz optimiert. Darüber hinaus gewährleistet es eine größere langfristige wirtschaftliche Nachhaltigkeit.
Grund Nr. 7: Die Daikin-Steuerungssystemlösung ist aus einer Primärkreislaufsteuerung und einer Kühlersteuerung integriert. Durch die Steuerungsfunktion innerhalb der Einheit, beispielsweise die Leistungsüberwachung, konnte die Anzahl der gesteuerten Feldgeräte effektiv reduziert und gleichzeitig das Wertversprechen verbessert werden.
Die Leistungsüberwachung ist ein integrierter Algorithmus in der Software jeder Einheit, aus der die Daikin-Rechenzentrumskühlerlösung besteht. Dadurch kann jede Einheit Effizienz- und Energiedaten berechnen, die Leistung bewerten und potenzielle Verbesserungsbereiche und Anomalien identifizieren, ohne dass zusätzliche Geräte wie Energie- oder Durchflussmesser installiert werden müssen.
In Bezug auf den Kostenvorteil bietet iDCM einen doppelten Vorteil. Erstens erhebliche Vorteile hinsichtlich der Installationskosten. iDCM erfordert weniger Sensoren als herkömmliche HVAC-Anlagensteuerungssysteme und maximiert so den Einsatz der in den Einheiten installierten Sensoren. Dadurch werden die installationsbedingten Kosten gesenkt. Darüber hinaus wird auch der Zeitaufwand für die Installation rationalisiert, da weniger Kabel verwaltet und weniger Verbindungen hergestellt werden müssen.
Darüber hinaus werden auch die Wartungskosten gesenkt. Da weniger Sensoren installiert sind, verschleißen weniger Teile und es müssen im Laufe der Zeit weniger Komponenten ausgetauscht werden. Dies führt zu geringeren langfristigen Wartungskosten und einer weiteren Reduzierung der Gesamtkosten.
Grund #8: Nicht alle Rechenzentrumsinstallationen haben die gleiche Anzahl an Einheiten. Um dieser Herausforderung zu begegnen, ist Daikin iDCM in verschiedenen Größen erhältlich, abhängig von der Anzahl der Einheiten innerhalb des Anlagendesigns. Diese sind:
IDCM004 bis zu 4 sequenzierte Einheiten;
IDCM008: bis zu 8 sequenzierte Einheiten;
IDCM012: bis zu 12 sequenzierte Einheiten;
IDCM016: bis zu 16 sequenzierte Einheiten;
IDCM020: bis zu 20 sequenzierte Einheiten.
Dies ermöglicht die Nutzung einer skalierbaren Preislösung, die zu einer genauen Anzahl von Einheiten passt und für diese spezifisch ist. Dieser modulare Ansatz gewährleistet eine wettbewerbsfähige Alternative auf dem Markt, indem er eine kostengünstige Lösung bietet, die an jeden Anlagentyp angepasst ist und die Konfiguration des Steuerungssystems erleichtert.