Ten przewodnik przygotowany przez gbc engineers zawiera kompleksowy przegląd najlepszych praktyk w zakresie efektywności energetycznej w projektowaniu centrów danych.
Pilna potrzeba efektywności energetycznej w centrach danych
Centra danych stanowią cyfrowy kręgosłup współczesnego świata, zasilając wszystko – od przetwarzania w chmurze po sztuczną inteligencję. Jednocześnie należą one do najbardziej energochłonnych obiektów, a niektóre zużywają nawet 100 razy więcej energii elektrycznej niż standardowe budynki biurowe. Tak ogromne zapotrzebowanie na energię nie tylko zwiększa koszty operacyjne, ale także znacząco przyczynia się do globalnej emisji dwutlenku węgla.
Wraz z rozwojem gospodarki cyfrowej optymalizacja efektywności energetycznej w centrach danych staje się koniecznością. Niniejszy przewodnik omawia najlepsze praktyki projektowania i eksploatacji energooszczędnych centrów danych, koncentrując się na kluczowych obszarach, takich jak systemy IT, warunki środowiskowe, zarządzanie powietrzem, systemy chłodzenia, systemy elektryczne i wskaźniki zrównoważonego rozwoju.
Systemy informatyczne
Lokalizacja i konsolidacja sprzętu
Efektywne rozmieszczenie sprzętu odgrywa kluczową rolę w redukcji zużycia energii. W centrach danych istotne jest grupowanie urządzeń o podobnej gęstości obciążenia cieplnego i wymaganiach temperaturowych. Izolując urządzenia zgodnie z ich specyficznymi potrzebami środowiskowymi, można zoptymalizować sieci wentylacyjne pod kątem najmniej energochłonnych ustawień.
Na przykład utrzymywanie odpowiednich wartości temperatury i wilgotności w oparciu o wymagania poszczególnych urządzeń zapewnia maksymalną efektywność. Tę praktykę można stosować również na większą skalę – konsolidując niewykorzystane przestrzenie w jedną scentralizowaną lokalizację, co zmniejsza potrzebę rozproszonej wentylacji i maksymalizuje efektywność energetyczną.
Takie podejście ułatwia wdrażanie i zarządzanie środkami oszczędzania energii, a także usprawnia procesy odzyskiwania po awariach. Konsolidacja pozwala lepiej zarządzać środowiskiem pracy, redukuje koszty utrzymania rozproszonej infrastruktury i upraszcza procedury odtwarzania zasobów, ponieważ cała infrastruktura znajduje się w jednym miejscu z dedykowaną kontrolą dostępu.
Czytaj więcej: 5 najlepszych technologii centrów danych w 2025 roku: technologie wschodzące i sieciowe – gbc engineers
Wirtualizacja
Wirtualizacja to jedna z najskuteczniejszych metod zmniejszania zużycia energii w systemach IT. Polega na uruchamianiu wielu niezależnych wirtualnych systemów operacyjnych na jednym serwerze fizycznym, co zwiększa jego wykorzystanie. Pozwala to ograniczyć liczbę serwerów potrzebnych do obsługi zadań obliczeniowych.
Zamiast uruchamiać wiele serwerów przy niskim obciążeniu procesora, wirtualizacja konsoliduje obciążenia na mniejszej liczbie serwerów działających z wyższą efektywnością. Efekt? Znaczne zmniejszenie zapotrzebowania na energię do zasilania i chłodzenia sprzętu.
Dodatkowo wirtualizacja poprawia bezpieczeństwo, umożliwiając tworzenie odizolowanych środowisk w ramach jednej maszyny fizycznej. Menedżerowie centrów danych mogą lepiej kontrolować dostęp do tych środowisk oraz przydzielać zasoby zgodnie z zapotrzebowaniem i dostępną mocą obliczeniową.
Warunki środowiskowe
Wytyczne ASHRAE dotyczące warunków termicznych
Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Ogrzewnictwa, Chłodnictwa i Klimatyzacji (ASHRAE) opracowało standardowe wytyczne środowiskowe dla centrów danych. W zaleceniach z 2021 roku rekomenduje się utrzymywanie temperatury powietrza na wlocie w zakresie od 18°C do 27°C dla większości centrów danych (klasy A1 do A4). Stosowanie się do tych zaleceń zwiększa elastyczność eksploatacji obiektu i pozwala ograniczyć zużycie energii.
Zakres zalecany a dopuszczalny
Kluczowe jest rozróżnienie pomiędzy zakresem zalecanym a dopuszczalnym. Zakres zalecany zapewnia optymalną efektywność energetyczną i niezawodność sprzętu, natomiast zakres dopuszczalny określa granice, w których urządzenia mogą pracować bez ryzyka natychmiastowej awarii. Projektowanie i eksploatacja w ramach zakresu zalecanego to najlepsze rozwiązanie dla długoterminowej niezawodności i efektywności.
Zarządzanie powietrzem
Minimalizacja mieszania zimnego i gorącego powietrza
Kluczowym celem zarządzania powietrzem jest zapobieganie mieszaniu się zimnego powietrza dostarczanego do urządzeń IT z gorącym powietrzem odprowadzanym z tych urządzeń. Dzięki temu chłodne powietrze trafia bezpośrednio do sprzętu, unikając obejścia przepływu i recyrkulacji. Prawidłowe zarządzanie powietrzem pozwala zwiększyć temperaturę nawiewu przy jednoczesnym utrzymaniu „komfortowego” poziomu dla urządzeń IT, optymalizując tym samym efektywność systemu chłodzenia.
Aby to osiągnąć, należy zaprojektować system w taki sposób, by gorące powietrze wylotowe nie wracało do wlotów powietrza urządzeń. Strategie takie jak podział na strefy i systemy izolacji przepływu powietrza dodatkowo ograniczają to zjawisko.
Konfiguracja korytarzy gorących i zimnych
Konfiguracja hot aisle/cold aisle to sprawdzona metoda optymalizacji dystrybucji powietrza w centrach danych. W tym układzie zimne powietrze nawiewane jest do przodu szaf (korytarze zimne), a gorące powietrze odprowadzane z tyłu szaf (korytarze gorące). Dzięki temu systemy chłodzenia koncentrują się na utrzymaniu równomiernej temperatury w korytarzach zimnych i zapobiegają mieszaniu się gorącego powietrza z zimnym.
W takim projekcie kluczowe znaczenie ma zastosowanie systemów podsufitowych lub podpodłogowych. W przypadku nawiewu podsufitowego, nawiewniki powinny być umieszczone nad korytarzami zimnymi, bezpośrednio przed szafami, zamiast stosowania standardowych rozwiązań biurowych. Zapobiega to mieszaniu powietrza i zapewnia skuteczny dopływ chłodnego powietrza do urządzeń IT.
W systemach podpodłogowych należy dopilnować, aby ścieżki przepływu powietrza nie były blokowane przez korytka kablowe czy przewody. Zmiany w układzie płytek podłogowych – ich przesuwanie, dodawanie lub usuwanie – muszą być przeprowadzane ostrożnie, aby nie zakłócić przepływu i nie powodować lokalnych punktów przegrzewania.
Efektywna dystrybucja powietrza
Infrastruktura podsufitowa zazwyczaj zapewnia lepszą kontrolę nad stratyfikacją temperatury w korytarzach zimnych niż systemy podpodłogowe. Zastosowanie systemów VAV (Variable Air Volume) umożliwia regulację ilości nawiewanego powietrza w zależności od zapotrzebowania na chłodzenie, optymalizując pracę całego systemu. Wentylatory o zmiennej prędkości obrotowej dodatkowo redukują zużycie energii, dostosowując się do bieżących warunków.
W przypadku jednostek dachowych, ich centralne umiejscowienie nad obsługiwanym obszarem zmniejsza potrzebę stosowania rozbudowanych kanałów, obniża koszty i poprawia efektywność. Ogólnie rzecz biorąc, systemy podsufitowe ograniczają problemy z rozwarstwieniem powietrza i zapewniają wyższą skuteczność.
Uwagi dotyczące nawiewu podpodłogowego
Systemy nawiewu podpodłogowego wiążą się z dodatkowymi wyzwaniami. Komora podpodłogowa, pełniąca funkcję zarówno kanału powietrznego, jak i przestrzeni instalacyjnej, może być blokowana przez przewody elektryczne i teleinformatyczne, co zakłóca przepływ. Kluczowe jest odpowiednie planowanie i koordynacja już na etapie projektu, a także podczas eksploatacji, aby uniknąć problemów, takich jak zbyt wysokie prędkości powietrza w plenum, które mogą powodować lokalne podciśnienia i zasysanie powietrza z pomieszczenia.
Odpowiednia głębokość komory podpodłogowej oraz właściwe rozmieszczenie jednostek CRAC/CRAH pomagają utrzymać równomierne ciśnienie statyczne powietrza w całym systemie. Dzięki temu całe pomieszczenie otrzymuje zbilansowany przepływ chłodnego powietrza, a ryzyko niedochłodzonych stref zostaje zminimalizowane.
Czytaj więcej: 5 najlepszych strategii nowoczesnego projektowania centrów danych w 2025 roku – gbc engineers
Systemy chłodzenia
Klimatyzatory DX
Klimatyzatory z bezpośrednim odparowaniem (DX) są powszechnie stosowane w mniejszych centrach danych. Ich efektywność energetyczną można zwiększyć, wybierając jednostki ze sprężarkami o zmiennej prędkości i stosując techniki chłodzenia ewaporacyjnego, które poprawiają odprowadzanie ciepła. Dodatkowo można wdrożyć ekonomizery powietrzne, które wykorzystują chłodniejsze powietrze zewnętrzne do tzw. free cooling, ograniczając zależność od chłodzenia mechanicznego.
Źródło: Czym jest chłodzenie DX | Chłodzenie z bezpośrednim odparowaniem
Centralne systemy obsługi powietrza
W większych obiektach centralne systemy obsługi powietrza mają wiele zalet w porównaniu z rozproszonymi jednostkami chłodzącymi. Umożliwiają lepszą kontrolę przepływu, są bardziej efektywne przy częściowych obciążeniach oraz ułatwiają integrację ekonomizerów. Systemy centralne zmniejszają również złożoność konserwacji i mogą poprawić ogólną efektywność energetyczną.
Free cooling i ekonomizery
Wdrażanie strategii free cooling, takich jak ekonomizery powietrzne i wodne, pozwala centrom danych wykorzystywać naturalne warunki środowiskowe do chłodzenia urządzeń IT, co znacząco redukuje zużycie energii. Systemy te są szczególnie skuteczne w chłodniejszych klimatach i mogą być integrowane zarówno z systemami DX, jak i z układami chłodzenia wodą lodową.
Systemy elektryczne
Optymalizacja infrastruktury elektrycznej ma kluczowe znaczenie dla energooszczędnego projektowania centrów danych. Wybór wysokosprawnych zasilaczy UPS i jednostek dystrybucji zasilania (PDU) może znacząco zmniejszyć straty energii. Na przykład zastosowanie transformatorów suchych o wzroście temperatury 84°C (176°F) pozwala zużyć od 13% do 21% mniej energii w porównaniu z transformatorami o wzroście temperatury 150°C (302°F). Zapewnia to bardziej efektywne działanie centrum danych, jednocześnie redukując zużycie energii i koszty operacyjne.
Strategie redundancji również wymagają starannego zaplanowania. Eksploatacja kilku mniejszych zasilaczy UPS przy wyższych współczynnikach obciążenia może być bardziej efektywna niż praca większych jednostek przy niskim obciążeniu. Dzięki właściwemu doborowi sprzętu menedżerowie centrów danych mogą zapewnić maksymalną wydajność systemów przy jednoczesnej minimalizacji strat energii. Dodatkowo mniejsze, rozproszone systemy są mniej podatne na pojedyncze punkty awarii, co zwiększa bezpieczeństwo.
Minimalizacja liczby konwersji napięcia oraz wybór urządzeń, które pracują efektywnie przy częściowym obciążeniu, jeszcze bardziej podnosi efektywność energetyczną. Pozwala to ograniczyć całkowite zużycie energii, a jednocześnie zapewnia gotowość systemów wsparcia, takich jak zasilanie awaryjne. Redukcja strat energii w tych krytycznych obszarach zwiększa niezawodność systemu i stabilność działania.
Efektywna optymalizacja elektryczna umożliwia także bieżące monitorowanie wydajności systemu. Dzięki kontroli komponentów elektrycznych personel centrum danych może natychmiast reagować na nieefektywności lub potencjalne awarie, zapewniając płynne i bezpieczne funkcjonowanie. Szybka reakcja wzmacnia niezawodność całej infrastruktury, utrzymując jej łączność i efektywność.
Czytaj więcej: 5 najlepszych technologii centrów danych w 2025 roku: technologie wschodzące i sieciowe – gbc engineers
Wskaźniki zrównoważonego rozwoju i benchmarking
Ocena całkowitego kosztu posiadania (TCO) oraz stosowanie wskaźników zrównoważonego rozwoju są kluczowe dla długoterminowej efektywności. Do najważniejszych wskaźników należą:
PUE (Power Usage Effectiveness): stosunek całkowitej energii zużywanej w obiekcie do energii zużywanej przez sprzęt IT. Niższy PUE = wyższa efektywność.
WUE (Water Usage Effectiveness): ilość wody zużytej na jednostkę energii wykorzystywanej przez sprzęt IT.
CUE (Carbon Usage Effectiveness): poziom emisji CO₂ związany z funkcjonowaniem centrum danych.
Regularne benchmarki względem standardów branżowych i ciągłe monitorowanie tych wskaźników pozwalają identyfikować obszary wymagające poprawy i śledzić postępy w czasie.
Czytaj więcej: Kompleksowy przegląd standardów projektowania centrów danych w 2025 roku – gbc engineers
Gotowy na przygotowanie swojego centrum danych na przyszłość?
Współpracuj z gbc engineers, aby zaprojektować obiekt, który zapewni wydajność, niezawodność i długoterminową wartość.
🌐 Odwiedź: www.gbc-engineers.com
🏗️ Poznaj nasze usługi: Usługi - inżynierowie gbc
Wnioski
Projektowanie energooszczędnych centrów danych wymaga holistycznego podejścia, które obejmuje systemy IT, kontrolę środowiska, zarządzanie powietrzem i chłodzeniem, infrastrukturę elektryczną oraz wskaźniki zrównoważonego rozwoju. Wdrażając najlepsze praktyki opisane w tym przewodniku, organizacje mogą znacząco zmniejszyć zużycie energii, obniżyć koszty operacyjne i ograniczyć wpływ na środowisko.
Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na przetwarzanie danych, energooszczędne projektowanie staje się nie tylko sposobem na oszczędność, ale także strategiczną koniecznością dla przyszłości centrów danych.
Dzięki naszemu doświadczeniu w inżynierii konstrukcyjnej, technologii BIM i projektowaniu zrównoważonym, gbc engineers zapewnia, że każdy projekt spełnia najwyższe standardy efektywności, a jednocześnie realizuje nasze wartości: innowacyjność i odpowiedzialność za środowisko.