С учетом участившихся в последние годы в Москве ураганов требовалось уточнить ветровую нагрузку на наружную сеть воздуховодов, расположенных на кровле здания с учётом существующей вокруг застройки. Расчет показал существенное (почти в 2 раза) превышение расчетной нагрузки для наиболее ураганоопасного направления ветра, вызванное близкорасположенным высотным зданием.
По своему виду радиолокационный отражатель представляет собой сложную неразъемную конструкцию из стальных листов различной формы, расположенную на опоре. поэтому учесть ветровую нагрузку на нее стандартными методами невозмжно.
Гости высоко ценят комфорт. Заказывая номер, оплачивая проживание, они вправе рассчитывать на горячую воду, хорошее освещение и свежий очищенный воздух. Затраты на энергоносители составляют значительную часть всех издержек современного отеля — не менее 40% в сумме общих расходов, и каждый отельер стремится к сокращению соответствующих затрат. Здесь речь идет и об отоплении в холодное время и подогреве воды, освещении, работе бытовых приборов, которыми оборудованы номера. В свою очередь, эксперты единогласны в том, что сами энергоносители, независимо от их типа и происхождения, будут со временем дорожать.
Давайте разбираться, какие известны варианты внедрения в отеле энергосберегающих технологий, насколько они применимы на практике и окупаемы ли в принципе.
Основная доля затрат гостиницы приходится на оплату коммунальных услуг. Эксплуатационные расходы могут колебаться в зависимости от месяца и погоды. Современные энергосберегающие технологии дают возможность снизить затраты на энергообеспечение без ущерба для комфорта гостей отеля. Расточительство в данном сегменте непростительно и скажется на доходах отельеров, поэтому с точки зрения эффективности бизнеса сокращение затрат нужно проводить за счет регулирования потребления энергии с учетом потребности гостя.
«Энергоэффективность была, есть и будет драйвером развития всех остальных отраслей экономики страны. Интерес вокруг этой темы обусловлен тем, что страна, которая начинает внедрять энергосберегающие технологии, запускает, по сути, развитие всех смежных отраслей. Необходимые инвестиции заставляют крутиться весь экономический механизм, и государству это дает большой положительный эффект. В России запустить процесс сложно, поскольку страна не импортер, у нее есть свои энергоресурсы», — объясняет руководитель направления Энергоэффективность зданий корпорации «ТехноНИКОЛЬ» Станислав Щеглов. Следовательно, бизнесу нужен стимул для внедрения энергоэффективных технологий.
Таким стимулом в 2017 году стало правительственное постановление № 275 от 07.03.2017 г., которое утвердило разработанные Минэнерго России первоочередные обязательные требования энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений. В частности, определено, что при новом строительстве (для всех типов зданий) и капитальном ремонте (за исключением жилых зданий) должно быть установлено оборудование, позволяющее обеспечивать автоматическое регулирование потребления тепла в системах отопления и вентиляции в зависимости от температуры наружного воздуха с поддержанием заданной температуры горячей воды в системе горячего водоснабжения. Установленные первоочередные требования, по мнению властей, позволят повысить энергетическую эффективность зданий административного, общественного и жилого назначения (которые строятся, в стадии реконструкции или капитального ремонта), а также снизить коммунальные платежи при эксплуатации таких зданий. Вышеуказанное постановление подготовлено Минэнерго России во исполнение пункта 3
Плана мероприятий («дорожной карты») по повышению энергетической эффективности зданий, строений, сооружений, который был утвержден распоряжением Правительства № 1853-р еще в сентябре 2016 года. Таким образом, если отельер не планировал строить энергоэффективное здание, то с марта этого года его обяжут это делать. То же касается вопросов реконструкции зданий, в т. ч. для временного проживания гостей.
«Популярность темы энергоэффективности растет изо дня в день. С одной стороны, это давление сверху. Чуть ли не ежегодно издают новые законопроекты, приказы и постановления на данную тему. С другой стороны, люди стали больше считать деньги и экономить. Специфика России в таком вопросе заключается в том, что у нас достаточно дорогие деньги. Как правило, выгодно дешево построить, а потом разбираться с эксплуатационными затратами. Внедрение энергоэффективных технологий в существующие отели ограничено множеством факторов, но и в этом случае можно подобрать ряд мероприятий, которые дадут возможность заметно снизить энергопотребление. Речь идет, скажем, о замене лампочек освещения, устаревших телевизорах в номерах и т. п.», — рассказывает исполнительный директор ООО «ММ-Технологии» Михаил Самолетов.
Стандарты энергоэффективности внедрялись отелями еще при строительстве гостиничных объектов в ходе подготовки к Олимпиаде. «Все здания, которые находятся на территории курорта «Имеретинский», были построены к Олимпиаде-2014 под контролем Международного олимпийского комитета с соблюдением строгих технологических стандартов. При его проектировании и строительстве применялись передовые решения в области энергоэффективности. Это подтверждается тем фактом, что курорт «Имеретинский» имеет сертификат соответствия требованиям международной системы стандартов энергоэффективного и экологического проектирования LEED (Leadership in Energy and Environmental Design). Кроме того, курорт является победителем премии Green Awards», — акцентирует внимание генеральный директор ООО «Имеретинский сервис» Дмитрий Матус. Сегодня много отелей строят в России к чемпионату мира по футболу – 2018, и они еще в большей степени учитывают новые требования законодательства, мировые стандарты и тенденции в сфере энергоэффективности в целом. «Отельный бум только начинается, в т. ч. в связи с проведением чемпионата мира по футболу. И Accor, Hyatt, Ritz…
Нужно отдать должное, что все мировые бренды отелей полностью соответствуют или, по крайней мере, стараются максимально отвечать стандартам так называемых энергоэффективных технологий. Я хочу верить, что спустя 10 лет они также устареют, и появится что-то новое. Но те отели, которые строят, соответствуют необходимому уровню», — говорит генеральный директор Flakt Woods Россия Александр Свердлов.
Инженерные системы закладываются на этапе проектирования, осуществляется расчет необходимой мощности с учетом планируемого расхода воздуха, воды и др. На этом же этапе происходит выбор необходимого оборудования. Понимая, какой мощности и какого класса энергоэффективности должно быть оборудование, можно добиться необходимого результата по энергозатратам. Тут же важно проверить соответствие выбранного оборудования по соотношению с доступной мощностью. «Если доступных мощностей нет, то есть 2 выхода: во-первых, поставить собственную подстанцию, генерирующую электричество; во-вторых, искать более эффективное с точки зрения выработки и потребления оборудование, у которого КПД будет выше, но которое позволит при меньших затратах энергии обеспечить ту же подачу горячей воды, воздуха и пр.», — поясняет Станислав Щеглов. При этом эксперт добавляет: «Инвестируя в энергоэффективность один раз — на этапе строительства, отельер получает единовременные капитальные затраты. Экономия появляется в первые годы и на долгое время, хотя на окупаемость отель выходит не сразу. В то же время отельер сразу видит, что снизился расход электричества, тепловой энергии и т. д.». Если новые отели на этапе проектирования здания могут предусмотреть применение энергоэффективных технологий, то работающие гостиницы должны провести энергоаудит или энергетическое обследование всего здания и систем на предмет затрат энергии. «Энергозатраты — одна из самых крупных статей в расходах любого отеля. В отличие от других объектов коммерческой недвижимости, отель обязан обеспечить комфортные условия пребывания гостей 24 часа в сутки, 365 дней в году. При этом ежегодно в РФ растут тарифы на электроэнергию, тепло, водоснабжение, и неизбежно возникает вопрос: как снизить энергозатраты в отеле? На системы холодоснабжения (хладоцентры) может приходиться до 30–40% всех энергозатрат отеля, на освещение — от 25% до 45%, примерно столько же — на водоснабжение. Безусловно, эти показатели — «средняя температура по палате»: для каждого объекта они индивидуальны, но общую картину можно представить. Один из способов снизить энергозатраты — воспользоваться услугами профессиональных компаний, осуществляющих энергоаудит предприятий. На его основании специалисты выявляют источники нерациональных энергозатрат, оформляют энергопаспорт здания и разрабатывают комплексную программу энергосбережения», — рассказывает Антон Сиротин, генеральный директор Группы компаний Hoist Hospitality Partner и SEAN.
При проведении энергетического обследования (энергоаудита) проводятся следующие мероприятия:
• анализ систем электроснабжения, теплоснабжения, водообеспечения, воздухообменной системы;
• оценка состояния систем и приборов учета энергии и их соответствие установленным требованиям;
• выявление потерь и избыточного необоснованного потребления: это могут быть расходы энергии в незаселенных номерах или номерах, гости которых в данный момент отсутствуют;
• анализ автоматизации системы нормирования и распределения энергопотребления и использования энергоносителей;
• проверка энергетических балансов отеля с учетом пиковых и сезонных нагрузок;
• расчет норм энергозатрат отеля;
• оценка эффективности использования основных энергосберегающих мероприятий и целесообразности внедрения других.
По итогам обследования формируется Энергетический паспорт гостиничного объекта. Данный документ составляют не в произвольной форме, а согласно приказу Минэнерго от 19.04.2010 г. № 182. В энергетический паспорт должна включаться следующая информация:
• общие сведения об объекте энергетического обследования;
• сведения об оснащенности приборами учета энергетических ресурсов;
• сведения об объеме используемых энергетических ресурсов и его динамика;
• сведения о показателях энергетической эффективности и класс энергетической эффективности гостиничного объекта;
• сведения о величине потерь переданных энергетических ресурсов и рекомендации по их сокращению;
• оценка возможной экономии энергетических ресурсов (так сказать, потенциал энергосбережения).
Также Энергетический паспорт должен включать перечень типовых мероприятий по энергосбережению, типовой план энергосбережения и повышения энергетической эффективности.
Энергоэффективность нужно начинать с расчета потребления энергетических ресурсов гостиничным объектом. Местами самого высокого энергопотребления в гостинце являются:
• приточная вентиляция в гостиничных номерах;
• освещение гостиничных номеров;
• система кондиционирования номерного фонда, конференц-залов, ресторанов и лобби-баров, вестибюлей (включая потери энергии из-за частого открывания дверей);
• вытяжная вентиляция в помещениях кухни; горячее водоснабжение.
«Для центральных и северных районов большое количество энергии расходуется на отопление, для южных — на кондиционирование, и для всех одно из основных — это освещение. В остальном энергопотребление зависит от насыщенности отеля дополнительными сервисами: кухня, сауна, бассейн и пр. Если говорить об экономии, то все энергозатраты следует переводить в денежное выражение. В России электроэнергия, как правило, стоит в 3–4 раза дороже тепловой. Таким образом, после перевода в деньги может оказаться, что большие затраты тепловой энергии заметно меньше затрат, например, на освещение. Гостиницы традиционно в дневное время заполняются гораздо меньше, нежели вечером и ночью, поэтому обычно выгодно применять тариф на ресурсы, дифференцированные по зонам суток, когда ночью идет более дешевый тариф», — рассказывает Михаил Самолетов.
Некоторые отельеры стремятся сократить статью расходов на энергоресурсы, скажем, используя менее мощные лампочки. Такая мера популярна в хостелах, малых отелях, поскольку даже такой способ дает экономию в 8–10% при небольших инвестициях. «У нас небольшой хостел, и, кроме обычных методов экономии, мы не используем никаких энергосберегающих технологий», — говорит владелица Sunny hostel (г. Севастополь, Крым) Наталья Богуш. Внедрение современных технологий предполагает значительные капиталовложения, и точка возврата инвестиций для небольших отелей или хостелов может быть слишком далека или вовсе недостижима. Для крупных отелей вопрос экономичного использования энергетических ресурсов предусматривает достижение более внушительных показателей экономии.
«Имеретинский» — это курорт, в который входит отель «Имеретинский» 4* и четыре квартала апартаментов общей площадью территории 153 га. Долгосрочная политика реализации стандартов экономного энергопотребления и энергоэффективности на курорте «Имеретинский» предполагает проведение комплекса мер по дальнейшему снижению затрат также на электро- и теплоснабжение. Программа определяет рациональное использование ресурсов в период низкой загрузки средств размещения (установление минимальной температуры обогрева неиспользуемых жилых помещений, снижение затрат на освещение, снижение температуры теплоносителя, сезонно обусловленный подогрев открытого бассейна), а также предусматривает систему мероприятий по оптимизации затрат на уличное освещение, полив газонов, уборку мусора и т. д. Например: в ночное время на территории курорта отключается уличное освещение и работает только освещение внутри кварталов, снижается мощность воздушного потока вентиляции в местах общего пользования, в бизнес-зонах и пр. В данный момент ведется активная работа по замене всех ламп на энергоэкономичные.
Кроме того, будет реализовываться программа по размещению на курорте источников возобновляемой природной энергии, к примеру, солнечных батарей», — рассказывает Дмитрий Матус. Отельер объясняет, что в целях эффективного теплопотребления установлена двухконтурная система трубопроводов. «Имеретинский» имеет собственные индивидуальные тепловые пункты (ИТП), которые обеспечивают отель теплом и горячей водой по независимой схеме. Получение вторичных теплоносителей проводится по независимой схеме с индивидуальным блочным пунктом (фирмы DANFOSS), оборудованным узлом учета тепла. Предусмотрен вывод показателей температуры и давления теплоносителей, работы насосов и клапанов. Регулирование температуры теплоносителя осуществляется по заданному температурному графику при помощи датчика температуры наружного воздуха, который установлен на северном фасаде здания.
«Для эффективного водоснабжения в каждом здании установлены водомерные узлы с приборами учета водопотребления. Система дистанционного контроля за работой узлов учета позволяет контролировать ежеминутное потребление ГВС и ХВС. При возникновении внештатной ситуации диспетчер направляет дежурную смену на выяснение причин отклонения в работе системы водоснабжения от проектных параметров», — говорит Дмитрий Матус. Для эффективного электроснабжения в отеле используются осветительные приборы с энергоэкономичными источниками света (люминесцентными, компактными люминесцентными, светодиодными лампами), укомплектованными электронными пускорегулирующими аппаратами, позволяющими в необходимых случаях регулировать яркость источников света. Также предусмотрено рациональное управление освещением, то есть во всех административных и производственных помещениях установлены несколько выключателей для возможности частичного включения светильников в зависимости от уровня естественной освещенности. В отеле и апартаментах применяют выключатели с возможностью плавного регулирования уровня освещенности в помещении (диммеров/светорегуляторов); управление освещением общих зон объекта, а также всех проходных помещений (коридоров, холлов, вестибюлей, лестниц и т.п.), которое контролирует диспетчерская.
«Мы используем устройства кратковременного включения для рабочего освещения лестничных клеток и применяем системы управления освещением с автоматическим регулированием яркости в зависимости от уровня естественной освещенности для помещений общего пользования гостиницы — вестибюля на 1-м этаже (с зоной ресепшен и лобби-баром), конференц-залов, переговорных, обеденного зала ресторана, датчики движения для включения рабочего освещения в коридорах жилой части гостиницы, включение освещения лестничных клеток по заданным программам и частотное регулирование электродвигателей для насосов, устанавливаемых в ИТП и насосной пожаротушения, а также используем схемы облегченного пуска для электродвигателей систем общеобменной вентиляции мощностью более 7,5 кВт», — рассказывает Дмитрий Матус. Также в целях повышения класса энергетической эффективности зданий комплекса «Имеретинский» в системах приточных установок используются вторичные энергетические ресурсы. Вытяжные установки, удаляющие воздух из верхней зоны помещений, нагревают промежуточный теплоноситель в теплоизвлекающих теплообменниках, который затем поступает в приточные установки для подогрева наружного воздуха. Приточные установки укомплектованы дополнительным теплообменником, работающим от системы теплоснабжения.
Помещения плавательных бассейнов обслуживаются приточно-вытяжными осушительными установками с подмесом свежего воздуха. Системы обеспечивают необходимый воздухообмен, рассчитанный на растворение теплоизбытков и удаление влагоизбытков из помещений, и обеспечивают подачу минимального количества свежего воздуха по санитарной норме без применения дополнительного энергоемкого оборудования.
Отель Hampton by Hilton в Нижнем Новгороде также построен с учетом последних энергосберегающих технологий. «В частности, освещение на 95% представлено светодиодными светильниками и полностью отсутствуют лампы накаливания. Системы автоматизированы, освещение в номере без карты не включишь. Получаемая от поставщика тепловая энергия распределяется к внутренним потребителям и регулируется с помощью автоматики, в том числе и на нагрев воды для системы ГВС», — рассказывает главный инженер обособленного подразделения ООО «Орбита» «Хэмптон бай Хилтон Нижний Новгород» Алексей Татанов.
И если новые гостиничные объекты оснащены более чем современными технологиями, то гораздо сложнее ситуация у тех гостиничных зданий, которые строились 10 и более лет назад. Переоснащение стоит дорого, и зачастую дороже проектирования при строительстве. Этот аспект нужно учитывать и тем, кто строит и не готов вкладывать средства на данном этапе, и тем, кто думает над улучшением инженерных систем отеля в части энергоэффективности. «Если говорить о теплоснабжении, вентиляции и электроснабжении, то проектировать и внедрять энергоэффективные технологии при строительстве всегда дешевле, чем что-то реконструировать. В реконструкции отельер выигрывает только в том, что не нужно возводить каркас здания, фундамент. Но при реконструкции затраты больше за счет того, что сложно вписать все, что хочется в те габариты, которые есть. И тогда получается много несостыковок, которые проявляются уже в процессе реконструкции. Когда здание только начинает строиться, то все нюансы можно учесть и таким образом — минимизировать свои затраты», — объясняет Станислав Щеглов. Следовательно, отельер может меньше вкладывать на этапе строительства и уменьшать капзатраты, но при этом иметь большую расходную часть эксплуатационных затрат. Или же отельер может инвестировать больше средств на этапе строительства в энергоэффективные технологии, что предусматривает удорожание строительства на 12–20%, но в
дальнейшем это позволяет значительно сократить расходы на эксплуатацию.
«Основная сложность заключается в правильной оценке экономического потенциала применяемых энергоэффективных решений. На эффективность влияет множество различных факторов. Это — погода, степень заполнения отеля гостями, работа смежных систем и пр. Учесть все факторы — сложная задача. Можно рассчитать эффективность экономии по точкам затрат: освещение, отопление, подогрев воды. Существует два пути. Первый — экспериментальный. Собрали статистику энергопотребления за показательный период, внесли изменения, собрали еще раз, сравнили, оценили. Он подходит, если изменения малобюджетные и ожидаемо эффективные. В случае если изменения сложные и инвестиционно-дорогие, то следует пользоваться методами прогнозирования. И если требуется не ориентировочный расчет, а достаточно точный, нужно использовать методы энергетического моделирования», — говорит Михаил Самолетов. Энергетическое моделирование — это имитация существования здания в течение расчетного года в условиях конкретной местности, климата и с почасовыми данными об изменении погоды, с достоверно заданными параметрами всех инженерных систем, графиками заполнения отеля по сезонам и расписаниями заполнения на протяжении дня, недели. «То есть — это компьютерная модель годовой жизни отеля, которая позволяет подробно проанализировать энергопотребление каждой системой в отдельности и выявить взаимосвязи.
Используя энергетическую модель, можно достоверно определить экономию от ряда рассматриваемых к внедрению мероприятий и получить основания для расчета их окупаемости», — объясняет Михаил Самолетов и обращает внимание на тот фактор, что большинство мероприятий и технических решений имеют капитальные и эксплуатационные затраты. Могут также появиться дополнительные расходы на обслуживание и расходы на замену системы после определенного периода эксплуатации.
Экономию энергии следует начинать с применения мероприятий, направленных в первую очередь на системы с наибольшим энергопотреблением. Для сокращения потребления электричества можно применять следующие решения:
• Заменить осветительные приборы на светодиодные.
• Управлять освещением по датчикам присутствия.
• Диммировать освещение в помещениях с достаточным количеством естественного освещения.
• Управлять расходом наружного воздуха по датчикам углекислого газа в общественных зонах.
• Использовать системы фрикулинга в центральных системах холодоснабжения кондиционеров.
• Использовать выработку электроэнергии из возобновляемых источников, например, при помощи солнечных панелей, ветряков (данные решения обязательно следует проверять на окупаемость, т.к. в России достаточно дешевая электроэнергия из сети).
Сокращение потребления горячей воды/газа возможно благодаря следующим решениям:
• Установить терморегуляторы на приборы отопления.
• Установить эффективные системы рекуперации тепла в вентиляционных системах.
• Установить эффективные смесители.
• Установить двухкнопочные унитазы.
• Установка солнечных тепловых коллекторов для нагрева воды (в жарких районах).
«Кроме мероприятий, которые требуют дополнительных затрат и вмешательства в действующие системы, можно применить и организационные меры. Например, в летнее время заселять южные номера в последнюю очередь, а в зимнее время — наоборот. Это позволит экономить на кондиционировании летом и на отоплении зимой. Следует также понизить установку по температуре для отопительных приборов пустующих номеров», — советует Михаил Самолетов.
Что касается энергоэффективных технологий, то в сегменте теплообеспечения российский отельер может положиться на опыт и знания отчественных предприятий, поскольку тут достигнуто уже очень многое. В сфере сбережения тепловой энергии за счет оптимизации тепловой оболочки здания данное направление развивается в России с начала 2000-х годов, и за это время уже достигли определенного равновесия и развития. «Что же касается инженерии, то пока России есть над чем работать. И это проблема, так как инженерия при строительстве несет элемент удорожания. Зачастую это отпугивает заказчиков строительства, но обойтись без этого сложно или даже невозможно», — говорит Станислав Щеглов.
Использование энергосберегающего оборудования позволяет лишь частично экономить электроэнергию. Поэтому распространение получают решения smart building и Guest Room Management Systems (GRMS — системы автоматизации гостиничных номеров). «Внедрение полной автоматизации инженерных систем зданий в уже действующий объект — очень затратное мероприятие, которое требует серьезных инвестиций, и нередко останавливает на определенное время частично или полностью работу отеля. Поэтому наиболее выгодно планировать данные системы еще на стадии проектирования отеля или при полной реновации», — рассказывает Антон Сиротин. Иначе обстоит ситуация с GRMS. Она позволяет полностью автоматизировать гостиничный номер и управлять энергопотреблением. Это касается не только электричества, но и теплоснабжения, кондиционирования, вентиляции. Расширенный список возможностей GRMS выглядит очень внушительно: климат-контроль и контроль влажности воздуха; управление энергопотреблением в зависимости от различных условий; наличие датчиков движения, учета электроэнергии, воды; управление освещением, включая диммирование и LED-подсветку; управление шторами; мониторинг минибара; контроль сейфа в номере; контроль доступа в бэк-офисе и лифтах и многое другое.
«Огромным преимуществом GRMS является то, что нет необходимости в функционирующем отеле прокладывать кабельные системы. GRMS будет работать с помощью wi-fi на беспроводных датчиках, которые «общаются» с контролером по протоколу zigbee. Установка и использование GRMS дает возможность сократить энергозатраты отеля на 40%, при этом не понижая уровень комфорта гостей, а наоборот, делает пребывание более удобным», — объясняет Антон Сиротин. Есть еще один немаловажный момент, отмечает эксперт: дизайн внешних элементов GRMS. Группа компаний Hoist Hospitality Partner и SEAN сотрудничает с мировым лидером по разработке передовых онлайн-систем по автоматизации гостиничного номера и экономии потребляемой энергии — компанией INTEREL. В свою очередь, INTEREL предлагает широкий выбор материалов, цветов, стилей и пользовательских решений для гостиниц любого номерного фонда, стиля и бренда. Все прикроватные сенсорные панели могут быть настенными, настольными и беспроводными, с полностью настраиваемыми функциями и дизайном значков, в зависимости от требований конкретного проекта.
Таким образом, сегодня актуальность вопроса энергоэффективности в гостиничном сегменте обусловлена несколькими факторами. С одной стороны — бизнес должен оптимизировать затраты, чтобы повышать уровень прибыли. С другой — рынок технологий, учитывая запрос в том числе и отельеров, предлагает немало современных решений для минимизации затрат на энергоресурсы, а также оптимизацию управления потребления энергоресурсов. Правильная оценка энергоэффективности здания, расчет оптимального уровня затрат, верный выбор необходимых энергоэффективных технологий позволит отелю быть экономически эффективным, прибыльным, конкурентным и самое главное — гостеприимным и комфортным для гостя в любое время года!
Одно из решений по охлаждению ЦОД – использование в холодный и переходные периоды года потенциала наружного воздуха для подачи непосредственно в машинный зал или на рекуператор. В этом случае для получения требуемых температур воздуха применяют камеры смешения.
Методами моделирования воздушных потоков для ЦОД (CFD ЦОД) была рассмотрена задача смешения рециркуляционного и наружного воздуха в камере смешения.
Проектным решением предполагалось, что рециркуляционный «горячий» воздух, попадет в камеру смешения, перемешается с поступающим туда холодным наружным воздухом и далее поступает в объем ЦОД.
Однако проведенное моделирование воздушных потоков ЦОД показало, что температура воздуха на выходе из камеры смешения кардинально отличается от рассчитываемой при проектировании по алгебраической формуле. Более того, температура смешения имела отрицательные значения!
Как показало CFD ЦОД, отрицательные температуры на выходе из камеры смешения получились вследствие того, что теплый воздух вместо того, чтобы развернуться на рециркуляцию, практически весь уходил на улицу. Соответственно, чтобы сохранить общий расход, на вентиляторы поступал большой объем уличного воздуха с отрицательной температурой.
Хорошо, что это было обнаружено на этапе проектирования, а не строительства. В итоговом решении были добавлены перегородки внутри камеры смешения. Проведение моделирования воздушных потоков ЦОД для модифицированной геометрии камеры смешения показало, что предложенное конструктивное изменение камеры привело к хорошему смешению рециркуляционного и наружного воздуха, в результате в объем ЦОД стал поступать воздух с равномерной заданной проектом положительной температурой.
Таким образом, проведенное CFD ЦОД работы камеры смешения позволило вовремя увидеть недостатки ее функционирования, своевременно внести изменения в ее конструкцию.
Выбор оптимального и правильного решения на этапе проектирования центра обработки данных (ЦОД), находящегося в конкретных климатических условиях и конкретном месте, перестает быть вопросом из серии «угадали — не угадали», а становится делом строгой математики и компьютерного моделирования.
Дарья Денисихина, заместитель генерального директора компании «ММ-Технологии», кандидат ф.-м. наук, LEED AP BD+C
Дмитрий Мацкевич, независимый эксперт
Комплексное моделирование — подход, который должен сопровождать любой современный процесс проектирования ЦОДа. Когда заказчик выбирает в пользу того или иного решения по охлаждению ЦОДа, его выбор определяется по следующим критериям.
Во-первых, система охлаждения должна обеспечить подачу необходимого количества холодного воздуха и поддержать температуру в заданных пределах. Причем это не только обеспечение средних температур, но и, что весьма важно, отсутствие флуктуаций температуры на входе в стойки с ИТ-оборудованием, иначе это прямой путь к авариям.
Второй критерий при выборе проектного решения — энергоэффективность охлаждения ЦОДа. То есть необходимо точное знание того, насколько больше или меньше будет энергопотребление инженерных систем ЦОДа в течение года в сравнении с теоретическим расчетным значением.
Таким образом, есть два направления анализа и выбора решений, два фокуса моделирования — энергетическое моделирование и анализ распределения температуры.
Энергетическое моделирование ЦОДа — это уникальная возможность рассмотреть на этапе проектирования различные варианты схем охлаждения, увидеть особенности функционирования ЦОДа в течение года при реализации каждого из решений, учесть неравномерность загрузки серверного оборудования, сделать выводы об эффективности тех или иных решений, оправданности инвестиций в то или иное климатическое оборудование.
Инструментом такой оценки может быть одна из множества программ энергетического моделирования. Такие программы позволяют в той или иной степени детализации смоделировать функционирование любого здания в течение расчетного периода времени (как правило, это расчетный год). При этом учитываются почасовые погодные изменения, такие как температура, влажность, скорость и направление ветра, солнечная радиация и пр.
Анализ реального PUE, полученного с учетом изменяющихся загрузок оборудования и погодных данных, позволяет получить достоверную картину фактического функционирования ЦОДа. Это те реальные значения энергопотребления, которые собственник дата-центра будет иметь при эксплуатации своего объекта.
В частности, что касается PUE. Этот параметр принято анализировать при максимальной постоянной нагрузке ЦОДа, и это будет одно значение. Но по факту, когда ЦОД начинает эксплуатироваться, загрузка у него частичная — по определенному профилю. При этом значение PUE становится отличным от того, которое было определено расчетным путем. Как правило, оно непостоянно во времени и сильно зависит от погодных условий.
Например, такие расчеты можно сделать для решений с внутрирядным охлаждением, при использовании камеры смешения, для фрикулинга или распределенного охлаждения. В результате для каждого из конкретных решений будет сделан анализ того, как изменяется годовое потребление. Соответственно будет изменяться и PUE. Определив среднегодовое значение PUE, можно понять, какой вариант системы поддержания микроклимата наиболее эффективен для данного ЦОДа. Анализируя же характер изменения PUE в течение года, можно разработать пути оптимизации системы охлаждения для достижения наибольшей эффективности.
По сути, энергомоделирование — это мощнейший инструмент для проигрывания сценария жизни ЦОДа еще на этапе его проектирования.
После того как сделан выбор схемы охлаждения, важно убедиться, что решение обеспечивает необходимое количество подаваемого воздуха с требуемой равномерностью полей температуры. В случае недостаточной подачи воздуха к оборудованию воздух будет заимствоваться ИТ-оборудованием из горячей зоны, и, как следствие, возникнет перегрев. В частности, такая проблема может возникнуть при высоких скоростях в пространстве фальшпола.
Численное моделирование (CFD-подход) позволяет провести анализ распределения температуры, скорости в объеме фальшпола, получить температуры на входе в каждую стойку, выявить зоны «перетекания» горячего воздуха в зону холодного коридора, своевременно разработать пути устранения обнаруженных проблем.
С точки зрения энергоэффективности применение камеры смешения (т. е. использования потенциала наружного воздуха для охлаждения) — это хорошее решение, которое позволяет получать достаточно низкий PUE. Тем не менее распространенная проблема, с которой неоднократно приходилось сталкиваться при анализе уже
готового проекта, — это конфигурация камеры смешения.
Так, в одном из проектов рециркуляционный горячий воздух, попадая в камеру смешения, должен был смешаться с поступающим туда холодным наружным воздухом и далее, после «полного» смешения, поступить в объем ЦОДа.
Однако анализ показал, что воля проектировщика не смогла заставить теплый воздух опуститься вниз. Проектировщик честно по алгебраической формуле указал расчетную температуру смешения воздуха в камере. Он был искренне уверен, что в камере смешения потоки разных температур равномерно смешиваются. Однако при проверке с использованием методов CFD-моделирования оказалось, что теплый воздух практически весь уходит наружу, а вентиляторы, которые работали на общий расход, просто стали забирать больший объем наружного холодного воздуха. В итоге в объем ЦОДа поступал воздух с отрицательной температурой. Хорошо еще, что это было обнаружено на этапе проектирования, а не во время строительства. В итоговое решение были добавлены перегородки внутри камеры смешения. Модификация позволила нормально смешивать воздух, предотвращая вытекание теплого воздуха наружу из камеры смешения. В результате в объем ЦОДа стал поступать воздух с равномерной положительной температурой.
Комплексный подход к моделированию дает возможность проанализировать различные решения по охлаждению ЦОДа с точки зрения эффективности, рассчитать реальный коэффициент PUE, проверить равномерность температур во избежание аварий и выхода из строя оборудования. Анализ различных проектных решений позволяет выбрать наиболее эффективное решение в конкретной географической зоне и проверить качество воздушной среды, предотвратив тем самым возможные аварии.
Такой анализ можно проводить не только на этапе проектирования, но и для уточнения и оптимизации уже построенного ЦОДа. Ведь та модель, которая получена на этапе проектирования дата-центра, может быть уточнена, например, с помощью учета фактического профиля загрузки ЦОДа. После этого проводится математический анализ работы существующего ЦОДа
и поиск оптимизационных решений. Это еще один путь, позволяющий оператору дата-центра сэкономить значительные средства.
