Datakeskuksen eri jäähdytysvaihtoehdot ja niiden kustannusvertailu

Abstract

Verkkoon eli pilveen tallennettavan tiedon määrän kasvaessa tulee tarve uusien datakeskusten rakentamiselle sekä nykyisten laajentamiselle. Konesalien energiankulutuslukemat ovat suuria verrattuna tavanomaisiin toimisto- ja asuinrakennuksiin, jolloin niiden teknisten järjestelmien tehokkuuden optimoinnissa piilee merkittävä energiansäästöpotentiaali. Opinnäytetyön toimeksiantajana toimi Ramboll Finland Oy, jolla oli tarve datakeskusten jäähdytysjärjestelmien tutkimiseen.

Tässä opinnäytetyössä keskityttiin datakeskuksien jäähdytysjärjestelmiin energia- ja kustannustehokkuuden näkökulmasta. Työn teoriaosuudessa esitellään ensin datakeskuksien yleispiirteitä ja energiatehokkuuden periaatteita sekä mittareita. Lisäksi käsitellään jäähdytyksen eri tuotantomenetelmiä yleisesti, minkä jälkeen perehdytään datakeskuksien eri jäähdytysmenetelmiin ja niiden ominaisuuksiin. Teoriaosuuden lähteinä käytettiin sekä kotimaisia että ulkomaisia teoksia, verkkojulkaisuja ja suunnitteluohjeita.

Tutkimusosuus toteutettiin IDA ICE-energiasimulointiympäristöä sekä elinkaarikustannuslaskentaa hyödyntäen. Työssä vertailtiin neljää eri jäähdytysvaihtoehtoa esimerkkikohteessa, joka mallinnettiin nykyaikaisen datakeskuksen ominaisuuksien mukaisesti. Tarkoituksena oli vertailla vapaajäähdytyksen ja jäähdytyksen jakotavan vaikutusta sekä elinkaarikustannuksiin että energiatehokkuuteen.

Työn tuloksena saatiin selville, että vapaajäähdytystä hyödyntämällä päästään mittaviin säästöihin elinkaarikustannuksissa. Lisäksi energiatehokkuus paranee, kun vapaajäähdytys on käytössä. Tutkimustulosten pohjalta arvioitiin käytettyjen tutkimusmenetelmien ja lähtöarvojen luotettavuutta sekä vaikutuksia saatuihin tuloksiin. Mahdollisuuksia eri jatkotutkimuksiin ovat energia- ja kustannustehokkuuden lisäksi järjestelmien toiminnallisuuden tutkiminen ja optimointi sekä hukkalämmön hyödyntäminen.

As cloud services are becoming more common in the business world as well as among individual consumers, the need for data centers is growing continually. The client of this thesis, Ramboll Finland Oy, wished to conduct a research on data center cooling technologies. Data centers consume a massive load of energy compared to regular commercial buildings, so there is a huge potential to save energy.

The aim of this thesis was to study the current and the future cooling solutions and the energy saving potential to find a both energy and cost-effective cooling system for a data center.

The theory section explores systems in data centers, their characteristics, and cooling production technologies. The information was gathered from Finnish and foreign literature, online publications and design guides. The research was conducted on four different cooling solutions using IDA ICE-dynamic simulation software and their life cycle cost. A model building for energy data simulation was created within the current data center regulations and guides.

As a result, it was found that the current free cooling technologies enable huge energy and cost savings compared to regular chillers. There are also possibilities in further research on data center cooling, for example, optimizing the systems and their functionality.