Rambler's Top100
 
Статьи ИКС № 04 2013
Петр РОНЖИН  Василий КАЗАКОВ  09 апреля 2013

PUE vs TCO - что важнее?

Среди владельцев ЦОДов развернулась настоящая гонка за понижение коэффициента PUE: декларируются все более фантастические его значения. Как достижение низкого PUE сказывается на сложности и стоимости механических систем? Как дорого обходится заказчику энергоэффективный ЦОД? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим разные варианты организации систем охлаждения крупного дата-центра.

Петр РОНЖИН, главный инженер отдела климатических систем, NVision Group   Василий КАЗАКОВ, ведущий инженер, NVision Group
Мы уже рассказывали (см. «Технологии охлаждения в ЦОДах: как снизить коэффициент PUE», «ИКС» №10’2012, с. 88) о том, как можно добиться уменьшения энергопотребления и, соответственно, PUE. С технической точки зрения всё понятно. Но когда мы представляем нашим заказчикам то или иное техническое решение, они всегда задают один и тот же вопрос: «А сколько это будет стоить?» Понимая, что от ответов не уйти, мы начали собирать информацию о стоимости решений. Первоначально это были элементарные данные о стоимости того или иного оборудования: чиллеров, кондиционеров, приточно-вытяжных установок и т. д. И чем больше накапливалось информации, тем яснее становился тот факт, что стоимость основного оборудования совершенно не отражает стоимости всей инженерной системы (в нашем случае системы охлаждения/кондиционирования ЦОДа) и тем более – реальных затрат заказчика в период пользования системой. Именно потому для своих оценок мы стали применять расчеты совокупной стоимости владения.

Совокупная стоимость владения (Total Cost of Owner-ship, TCO) – один из основных инструментов в экономическом анализе различных технологий. Точного определения этого понятия пока не существует, в связи с чем отсутствует и общепризнанная методика расчета ТСО. Анализ основных подходов к оценке совокупной стоимости владения позволяет сделать вывод, что существующие методики различаются по составу и классификации учитываемых статей затрат, по способам количественной оценки каждого вида затрат и ряду других особенностей. Наиболее простое определение TCO для инженерной системы таково: это затраты, связанные с приобретением, монтажом, пусконаладкой и эксплуатацией, которые несет владелец системы за период ее жизненного или расчетного цикла. Кроме величины затрат очень важно знать распределение их во времени: что, когда и в каком количестве будет закупаться/оплачиваться заказчиком. Имея все перечисленные данные, легко построить график изменения совокупной стоимости владения для различных решений: по оси абсцисс на нем откладывается временной период, по оси ординат – кумулятивные затраты на каждый момент времени.

ТСО системы холодоснабжения

Что же мы учитываем при расчете совокупной стоимости владения системой холодоснабжения и кондиционирования ЦОДа?

1. Стоимость проектирования. Трудозатраты на проектирование, а значит, стоимость проектных работ могут существенно различаться в зависимости от выбранной концепции. Это не самая дорогая статья в совокупной стоимости владения, но о ней нельзя забывать.

2. Стоимость оборудования. Мы учитываем стоимость не только основного оборудования (чиллеров, кондиционеров), но и всего того, без чего невозможна работа системы кондиционирования и охлаждения. Это могут быть насосы, расширительные баки, баки-аккумуляторы, арматура, электрощиты, щиты автоматики и т. д. Не стоит забывать о вспомогательных системах, например о станциях очистки и водоподготовки, поддержания давления.

3. Стоимость расходных материалов для монтажа. Необходимо оценить стоимость всех материалов, которые будут использованы при монтаже нашей инженерной системы. Для традиционной, можно сказать, классической схемы с чиллерами и прецизионными кондиционерами сюда входит стоимость труб, изоляции, металлоконструкций, краски, грунтовки, теплоизоляции, воздуховодов, этиленгликоля и т. д.

4. Стоимость монтажных и пусконаладочных работ. В ТСО включается стоимость работ по монтажу и пусконаладке всей инженерной системы, включая вспомогательные подсистемы.

5. Стоимость строительных работ. Разные по техническим решениям системы кондиционирования ЦОДов требуют различающихся по объему и стоимости строительных работ. Для каких-то систем почти ничего не нужно, а другие могут потребовать существенной перестройки здания или строительства нового. Без оценки объема строительных работ нельзя объективно оценить совокупную стоимость системы, так как зачастую «дешевые» системы охлаждения требуют «дорогого» строительства.

6. Изменение стоимости смежных систем. Давно известно, что решения для охлаждения существенно влияют на стоимость систем энергоснабжения. Казалось бы, небольшие изменения в технических характеристиках кондиционерного оборудования могут вызвать переход на новый типоразмер ИБП, дизель-генераторов и т. д., что болезненно сказывается на стоимости. Есть и другие системы, цена которых может вырасти. Например, в последнее время стали популярны решения с адиабатическим охлаждением. С одной стороны, применяя адиабатику, мы получаем выигрыш в потреблении электроэнергии, но с другой стороны, придется строить более мощную систему водоснабжения, очистки и водоподготовки.

7. Эксплуатационные расходы. К основным эксплуатационным расходам относят плату за потребляемые ресурсы: электроэнергию, воду, газ, тепло, за канализацию и т. д. Если ЦОД находится в арендуемом помещении, появляются платежи за аренду занимаемых площадей; если в собственном – он несет расходы на содержание зданий и территории в надлежащем состоянии. Естественно, чем более эффективными будут инженерные системы ЦОДа (в нашем случае – система охлаждения), тем меньше ресурсов они будут потреблять и тем ниже будет совокупная стоимость владения.

Но это еще не всё. Любая инженерная система нуждается в периодическом техническом обслуживании, стоимость которого складывается из стоимости выполняемых сервисных работ и расходных материалов (фильтров, масел, прокладок, холодоносителя, фреона и т.п.). Понятно, что чем реже система охлаждения будет нуждаться в сервисе и расходниках, тем ниже будет ТСО.

Мы перечислили наиболее значимые показатели, которые мы считаем необходимым учитывать при оценке совокупной стоимости владения для альтернативных вариантов решений при выборе системы охлаждения. Период, в течение которого оценивается ТСО, должен охватывать время проектирования новой системы; время на ее закупку, монтаж и запуск; время эксплуатации системы.

Пример расчета

Рассмотрим в качестве примера расчет совокупной стоимости различных технических решений систем охлаждения ЦОДа, сделанный нами для одного из объектов. По понятным причинам мы не будем приводить здесь точные значения совокупной стоимости, название объекта и марки оборудования. Кратко охарактеризовать реальный объект можно следующим образом – это центр обработки данных, соответствующий Tier III по классификации Uptime Institute, с потребляемой мощностью несколько десятков мегаватт. Понятно, насколько важны при таких масштабах значение коэффициента PUE и реальное энергопотребление всех инженерных систем дата-центра. Поэтому совершенно обоснованным было желание заказчика подробно разобраться, какие технологические  решения лучше всего подходят для применения на объекте. Само собой, подробному анализу подвергалась не только система охлаждения, но и другие смежные, не менее важные системы.

После ознакомления с техническим заданием на объект мы решили максимально реализовать огромный потенциал построения энергетически эффективного ЦОДа. Сделав предварительный обзор возможных решений, мы выбрали для сравнения следующие варианты систем охлаждения и кондиционирования:

1. Система охлаждения на основе холодильных машин с центробежными компрессорами на магнитных подшипниках. В данном случае мы рассматривали чиллеры для  внутренней установки в комбинации с закрытыми градирнями.

2. Система охлаждения на основе воздухообрабатывающих моноблочных установок, использующих косвенный фрикулинг и адиабатическое охлаждение.

 
 
 
Сравнение мы начали с расчетов коэффициентов PUE для каждой из систем. Расчеты дали следующие значения годовых коэффициентов PUE: 1,21 для первого варианта и 1,13 для второго. Вследствие низких установочных мощностей оборудования во второй системе она также получила преимущество по максимальному значению PUE: 1,4 для первого варианта и 1,14 для второго.

Казалось бы, такое преимущество должно определить наш выбор, но для более объективной оценки потребовалось сделать расчет совокупной стоимости владения. В расчетах мы максимально использовали доступную информацию о стоимости систем, а также то обстоятельство, что ЦОД будет вводиться в эксплуатацию в пять этапов. Таким образом, просчитав ТСО этих двух систем, мы получили графики, показанные на рис. 1.

Первоначальный угол наклона графиков ТСО определяется в основном затратами на строительство. Когда система полностью построена, угол наклона зависит от затрат на эксплуатацию. Таким образом, на угол наклона графика влияет не только значение PUE (электропотребление), но и стоимость других составляющих: водопотребления, сервиса, расходных материалов.

Как видно из рис. 1, изначально высокая стоимость оборудования второй системы определяет более высокую стоимость владения на протяжении нескольких лет после ввода в эксплуатацию последней очереди ЦОДа. Несмотря на существенно более низкое энергопотребление, вторая система будет обходиться заказчику дороже. В результате было выбрано решение с использованием холодильных машин.

Дальше возник вопрос: какое именно оборудование применить на данном объекте. Мы выбрали для рассмотрения оборудование четырех европейских вендоров, хорошо известных в России. Три из них представили чиллеры с привычными винтовыми компрессорами, а один – с центробежными компрессорами на магнитных подшипниках. Первоначально мы оценили годовое энергопотребление систем холодоснабжения и кондиционирования с учетом мощностей, потребляемых циркуляционными насосами (рис. 2).

Для оборудования трех вендоров, использующих винтовые компрессоры, графики незначительно отличаются друг от друга. Это связано с малыми различиями в конструкции и логике работы холодильных машин. График для оборудования четвертого вендора показывает очень хорошие результаты по энергопотреблению, и если ограничиться только этим, то может показаться, что выбор очевиден.

Однако расчеты TCO (рис. 3) показывают не столь радужную картину. Наш лидер в энергосбережении имеет самую высокую совокупную стоимость владения в первые пять лет эксплуатации ЦОДа – и это при принятой в нашей модели расчета 100%-ной загрузке вновь вводимых мощностей ИТ-залов. В реальной жизни такого не бывает, а значит, период, в течение которого решение с минимальным энергопотреблением будет дороже всех остальных, станет еще дольше.

В чем же различия между оборудованием трех производителей традиционных решений? Годовое потребление у них почти одинаково, но TCO для решения второго вендора сильно отличается от значений для первого и третьего. Дело в том, что на наклон графика сильно влияет стоимость проведения технического обслуживания и расходных материалов. Поэтому, оценив влияние всех рассмотренных нами факторов, заказчик выбрал для реализации решение с холодильными машинами вендора №2.

Итак, приведенный пример показывает, что инновационное решение с минимальным значением PUE может иметь очень высокую первоначальную стоимость (решение №2 в первой части анализа и система вендора №4 во второй), а также довольно высокую стоимость сервиса. На наш взгляд, это вызвано тем, что в стоимость такого оборудования часто заложена стоимость R&D, связанных с его разработкой. Учитывая уникальные свойства своего оборудования, производители впадают в соблазн и поддерживают его стоимость на очень высоком уровне. Как видно из приведенного нами примера, конечный заказчик далеко не всегда получает выгоду от применения очень эффективного, но дорогого оборудования. Красивый коэффициент PUE влияет всего лишь на одну составляющую TCO, поэтому не стоит ставить его во главу угла при принятии решений, касающихся создания инженерных инфраструктур ЦОДа.

  

В заключение хотим подчеркнуть, что приведенный нами расчет относится только к конкретному объекту. Вполне возможно, что при других масштабах строительства, сроках, оборудовании других вендоров и прочих условиях результат был бы совсем иным. В настоящей статье мы хотели лишь познакомить читателей с применяемым нами подходом к выбору механических систем.  

Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!