Bilgi İşlem Merkezlerinin Elektriksel Güç Taleplerinin Bulunması

Makaleyi PDF formatından  indirin: (Son kısım sadece pdf formatında verilmiştir)

Bilgi İşlem Merkezlerinin Elektriksel Güç Taleplerinin Bulunması

Çeviri Dili : Almanca

Çevirilen Kaynak: http://www.apc-by-schneider-electric.de/_whitepapers/docs/003%20-%20Ermittlung%20des%20Gesamtleistungsbedarf%20von%20Datenzentren.pdf

Çeviren : Mete ÇAKIR

İhtiyaca bağlı olarak genişletilebilen Modüler KGK tolopojileri, KGK sistem tesisatında kolaylıklar sağlamaktadır. Bilgi işlem merkezlerinin kapasiteleri artıtıkça, ilave modüllerin tamamlayıcılıkları göreceli daha kolay hale gelmektedir. Tabii ki ,büyük çaplı işletme durumlarında, sörvır odaları ve veri merkezlerinde gelecekteki talep miktarını tahminin daha zor hale gelmesi tehlikesi bulunmaktadır. Bu gibi yerlerde, elektrik temininde belirleyici faktörler iklimlendirme cihazları, KGK sistemler ve kritik bilgi işlem yükleridir. Bu öğelerin anma bağlantı değerleri birbirinden önemli derecede farklılık göstebilir. Ne var ki , bilgi işlem sistemin yükü için öngörülen talep gücü belli olursa, sistemlerin toplam güç talebi de basit bir şemalaştırma sonrasında oldukça yüksek bir doğrulukla belirlenebilir. Bu hesaplamayla birlikte, şayet planlanmakta ise,bir acil durum jeneratörünün çıkış gücü de ortaya çıkarılmış olur.

Talep Analizi
Bir veri merkezinin genişletilmesi amacıyla yapılan bir yapısal planlama safhasının başlangıcında,merkez ne büyüklükte ve ne denli genişletilebilir olursa olsun, bir talep analizine ihtiyaç vardır. Bununla beraber ilk etapta, ilgili firma veya işletmenin bilgi işlem ekipmanları üzerindeki uygulamalarının hangi seviyede bir kullanılabilirlikle gerçekleştirileceği kesinleştirilmelidir. İşletmenin süre bakımından kritik olmayan ya da bir toplu işlem içerisine entegre edilmiş işlemsel süreçleri , dahili kullanılabilirliği artırıcı fazlalıkları (redundancy ) söz konusu olmayan bir N konfigürasyonu dahilinde tasarlanabilir. (N+1 sistemin kullanılması gerekmeyebilir).

İşletme için önem arz eden mahallerde ,N+1 fazlalığı gerektiren, önemli komponentler bulunabilir. Önemli durumda olan her bir cihazın yedekliği bulunmalıdır ki bir arıza durumunda ,sistemin bütünü içerisinde bir kısım, önem arzeden bilgi işlem yükünün emniyetini ve sürekliliğini sağlayabilsin. Sistem, önem arz eden bilgi işlem yüküne, o arıza durumunda da tüm işlevselliğini temin eder. Yedi gün yirmidört saat boyunca sınırlandırılmamış bir süreklilik gerektiren, kritik uygulamalarda 2N topolojisi öngörülür. Kritik sistemler bu durumda tamamıyla yedekli olarak kurulur. Kritik bir sistem devre dışı kalırsa,yedek bir sistem verimerkezinin işletme kabiliyetini güvence altına almış olur. Bundan başka, bu konfigürasyonla belli sınırlar içerisinde de olsa, o anda çalışmaya devam eden bir işletme bakıma alınırken, diğer bir işletme mevcut bilgi işlem yükünü üzerine alabilir. 

KGK konfigürasyonu (N, N+1, 2N) ndan bağımsız olarak, en önemli nokta kritik yüklerin elektriksel sürekliliğinin ve buna uygun düşen soğutma gücünün temini olmaya devam etmektedir.Gereken kapasiteler düşük hesaplanırsa, artan güç talebi ile elektriksel güç sürekliliği sekteye uğrayabilir. Tersine durumda, çok yüksek boyutlandırılmış bir sistem ise ilk yatırım ve devamında ortaya çıkan bakım maliyetlerini ciddi manada artıracaktır.

Bir Bilgi İşlem Merkezinin Güç Talebinin Hesaplanması
Pek çok bilgi işlem merkei, büyük bir binanın bir kısmını meydana getirmektedir. Aşağıda, elektriksel güç talebinin hesaplanabilmesi amacıyla verilecek olan adımlar, veri merkezinin konumlandırılacağı yapı sahasına dönük kapasite planlamasını oldukça basitleştirmektedir. Bu süreçte sürekli güç ile pik güç kavramları arasındaki farkı anlamak önem arzetmektedir. Bu makalede bu kavramlar üzerinde durulmaktadır. Şekil 1 bir veri merkezinde tüm gücün farklı yükler arasındaki taksimini göstermektedir. Bu gösterime ek olarak şu bilgiler mevcuttur. 

Veri merkezinin alanı: 465m2

Başlangıç safhasında öngörülen kritik sürekli yük : 50 Kw

İlerleyen dönemlerde ek olarak hesaplanan sürekli güç talebi: 50 Kw

Soğutma sistemi: Soğutucu madde-Direk genleşmeli Sistem

Şebeke gerilimi : 400 volt

Bilgi İşlem Merkezlerindeki Güç Tüketiminin Dağılımı 

Kritik yükler

Dikkatli bir şekilde yapılan veri merkezi planlaması, sürekli enerjilendirilmesi ve korunması gereken kritik yüklerin hesaplanması ile başlar. Tek bir rack bölümünden oluşan basit sistemlerde de , çok büyük çapta veri merkezlerinde de aynı durum geçerlidir. Kritik yük ile, işletmenin bilgi işlem mimarisini oluşturan tüm bilgi işlem donanım komponentleri kastedilmektedir. Bunlar arasında primer sörvır, rutır, bilgisayar,bellek ve haberleşme altyapısı sayılabilir. Bilgi işlem merkezinin korunmasında önem arz eden yangın alarm sistemi ve izleme altyapısını da unutmamak gerekir. Daha sonrasında, tüm bu cihazların isimleri liste haline getilir. Bu listede plakalarda bulunan anma güçleri (tek /üç faz) de bulunur. Gerçek gücü hesaplamak adına, plakalardaki bu güçler sonradan revize edilmelidir. Plaka üzerinde, yüklenicinin verdiği anmagücü belirli şartlarda geçerli azami güçlerdir. Kural olarak bu güçler normal işletme koşullarında beklenen güç sarfiyatının üzerindedirler.

Alanında uzman elektriksel güç mühendisleri ve danışmanları, bu plaka güçlerinin normal işletmede talep edilen gerçek güçlerin yaklaşık üçte biri kadar üzerinde olduğunu tespit etmişlerdir. 

Amerikan standardı NEC ve diğer benzeri dünya normlarında bu durum dikkate alınır. Elektriksel altyapının planlanması sırasında, toplam anma akımlarının birden küçük bir diversite faktörü ile çarpılmasına izin verilir. Çünkü hiçbir zaman bu cihazların tümü , anma güçlerinin tamamını şebekeden çekmezler. Buna alternatif olarak, çok yönlü bir boyutlandırma kolaylığı sağlayan ve değişik üreticilerin belirlediği farklı farklı cihazlara ait güçlerden oluşan bir veritabanı içeren bir programı aşağıdaki linkte bulabilirsiniz. 

www.apcc.com/template/size/apc/index.cfm

Program kullanıcısı , sörvır kabin içerisinde bulunan cihazların markalarına göre seçim yapabilir, tek bir konfigürasyon belirleyebilir. Program her bir komponentin güç talebini, veri tabanından çıkarıp işleme alır ve bu güçleri toplayarak sörvır konfigürasyonunun toplam gücünü hesaplar. Kullanıcı örneğin bir sörvırı seçtiğinde, program ondan CPU sayısı ve sörvır kabininin diğer kısımılarına ait bilgileri de isteyecektir. Böylece program sörvır rakının toplam gücünü hesaplayacaktır. Güç burada volt-amper olarak verilir. Bu program üreticinin ön gördüğü giriş gerilimleri ve fiş yapılarına ait bilgileri de içerir. Kritik yükü belirleyen planlanan komponentler listesi sayesinde, bir boyutlandırma hesabı ile temel yük büyüklüğü çıkarılacaktır. Programın veri bankasında kayıtlı olmayan tüm bilgi işlem cihazları ile güvenlik ve izleme sistemleri için aşağıda verilen yöntem uygulanır. 

A- Plaka anma değerleri toplanır.Şayet plakada herhangi bir güç verili değil ise, bu değer çekilen akım ile işletme gerilimi çarpılarak bulunur. Bu değer VA volt-amper birimindedir ve watt biriminde çekilen aktif güce yüksek bir doğrulukla uygunluk gösterir. 

B- VA değeri 0,67 ile çarpılır. Sonuç kritik yükün watt cinsinden çekilen güç değerini verecektir. 

C- Watt cinsinden çekilen güç 1000 i bölünür ve bu sonuç kW cinsinden gücü verecktir. 

Gelecekteki yükler

Bir veri merkezi durağan bir yük ile karakterize edilmez. İlk işletmeye aldıktan sonra bilgi işlem donanımı, veri merkezinin kullanım süresi boyunca devam edecek , sürekli bir değişikliğe maruz kalacaktır. En geç 3 yıl sonra sistem modernize edilecektir. Daha verimli ve etkili cihazlar tesis edilecek veya ilk işletme koşullarında düşünülen cihazların yerini yenileri alacaktır. Bilgi işlemden sorumlu olan işletme, çevresel koşulların ve süreç içerisinde , gelecek değişiklikler ile artırımların gerçekçi bir değerlendirmesini gerçekleştirmek durumundadır.

Elektriksel sürekliliğe ve dağıtımına ait olan ve yük ile aynı doğrultuda tasarlanan edilen bileşenler ölçeklendirilebilir yani bilinen ve gelecekte eklenmesi gereken yüklere uyumlu hale getirilebilir. Network için önem arz eden komponentler, sadece işletmeye alma esnasında söz konusu olan yükleri değil ayrıca gelecekte sisteme eklenmesi kesin olan yükleri de içerecek şekilde tasarlanmalıdır. Başka türlü, sisteme eklenecek kapasiteler pahalı kesinti maliyetlerine neden olmayacak şekilde oluşturulmalı ve bilgi işlem müşterilerine taahhüt edilen süreklilik garanti edilmelidir. Gelecekte meydana gelmesi muhtemel yüklerin durumu netleştiğinde, bu değer bu dökümanların başlangıç kısmında tarif edilen temel yüklere eklenmelidir. Sonuç kW cinsinden kritik yüktür.

KGK Yükleri

Yukarıda izah edilen talep analizindeki enerji sürekliliği hedefinin , bir Kesintisiz Güç Kaynağı (KGK) kullanımını gerektirmesi varsayımı doğrultusunda, tüm elektrik yükü, KGK nin verim kayıplarını ve akü bataryalarının şarjının getirdiği ek yükü hesaba katan bir katsayı ile çarpılmalıdır. Bir KGK nin verimi kısmen söz konusu model ile ilgili olmakla birlikte , daha çok beslenen yüke bağlıdır. Bir KGK , verim değerlerinin deklare edildiği, optimal tasarım değerlerinde nadiren çalışır. Tipik tesisat koşullarında bir KGK için verim değerleri yaklaşık olarak 0,88 civarlarındadır. Her ne kadar düzensiz aksa da , Akü şarj akımı bu bilançoda yer alır. Akü tam dolu iken normal çalışma koşullarında, akü şarj akımı ihmal edilebilir. Ama akü biraz veya tamamen boşaldığında bu durum artık geçerli değildir. Akünün dolması için gereken akım nominal KGK akımının % 20 dolaylarında seyredebilir. Bu yük durumu çok nadiren ortaya çıksa da, jeneratör ve şebekeye bağlantı bu duruma uygun olarak tasarlanmış olmalıdır.

Aydınlatma Yükleri

Aydınlatma yükleri denildiğinde, binanın bilgi işlem ile ilgili olan kısmının tüm aydınlatma yükleri düşünülmelidir. Bu aydınlatma bilgi işlem merkezinin işlevsel bir bileşenidir. Bir basitleştirme hesabı olarak her metrekareye yaklaşık 22 watt olarak hesaplanabilir.

Soğutma Yükleri

Soğutma sistemlerinin verimi çok farklılık arz edebilir. Temel olarak iki tür sistem düşünülebilir: soğuk su devreli olanlar ve soğutucu maddeli-direkt genleşmeli olanlar. Genellikle soğuk su devreli sistemler daha verimlidir. Güç tüketimi için referans değer olarak, çekilen talebin pik değerinin % 70 i kullanılabilir. Buna karşı , soğutucu maddeli-direkt genleşmeli sistemler pik değerin tamamına ihtiyaç duyarlar. İlk devreye girme anında , soğutma yüklerinin, değerleri burada gösterilen hesaplama metodlarının temelini oluşturan değerlerin üzerinde olan ve ani şekilde sıçrama yapan yükler ile bağlantılı olduğuna dikkat edilmelidir. Tablo 1’ de , bu kriterler esas olarak , bir soğutma sisteminin güç talebinin değerlendirilmesi yapılmaktadır. Böylece , tüm bilgi işlem merkezinin güç talebi için gerekli olan elektriksel güç dağılımını boyutlandırabilmektedir.

Güç Besleme Sisteminin Boyutlandırılması

Bu arada, bilgi işlem merkezlerine ait elektriksel besleme sisteminin kurulumunda belirleyici olan iki önemli büyüklüğü belirledik: toplam kritik yük ve toplam soğutma gücü.

Esas olarak elektrikse besleme, bu iki değer ile aydınlatma gücünün toplamının toplamını besleyecek şekilde tasarlanmalıdır. Sürekli işletmede çekilen elektriksel güç, enerji maliyetlerinin hesaplanmasında kullanılan ana etkendir. Şebeke ve aynı şekilde jeneratör bağlantı gücünü, sürekli işletmede ortaya çeken güç talebini esas alarak oluşturmamak gerekir. Bu kaynaklar en azından yüklere ait güç talebinin pik değerlerini sağlayabilmelidir. Kural olarak, kayıpları veya tesisatın gerçekleştiği yerin gereksinimlerini hesaba katan bir emniyet katsayısı oluşturmak gerekir. Pratikte bu, şebeke bağlantı gücü veya jeneratör gücünün ilk ön görülen değerlerden büyük tutulması gerektiği anlamına gelir.

Nihai Elektriksel Güç Hesabı

Yukarıda tarif edilen şekilde toplam kwatt cinsinden elektriksel güç büyüklüğünü tespit ettikten sonra artık çok önemli iki büyüklükten bahsedilebilir. Birincisi öngörülen şebeke bağlantı gücü, diğeri ihtiyaç duyulan enerji teminini gerçekleştiren acil durum jeneratörünün çıkış gücü.

Şebeke Besleme Noktasındaki Bağlantı Gücünün Boyutlandırılması

Şebekeden çekilmesi öngörülen gücün hesaplanmasında aşağıdaki adımlar takip edilir: 

1-İhtiyaç duyulan toplam gücün 1,25 ile çarpılması (bu büyüklük yetkili komisyonlarca öngörülmektedir.) 

2- Elektrik firmasının bağlantı noktasında sağladığı üç fazlı alternatif gerilimin büyüklüğü tam olarak tespit edilir. 

3- Aşağıdaki formüle göre akım büyüklüğü hesap edilir. 

Amper = (kW x 1000) / (Volt x 1,73) 

Buradan çıkan akım değeri kritik yüklerin, soğutma yükünün ve veri merkezinin bina altyapı hizmetlerinin beslenmesinde ihtiyaç duyulan gücün yaklaşık değeridir. 

Şayet şekil 1 esas alınır ise, şekil 2, bakım süreci ile bağlantılı olarak anma gücü ile sürekli güç arasında bakım açısından ele alındığında da bir fark gözetilmesi gerektiğini açıkça gösterir. Her iki konfigürasyon mukayese edilmiştir. Burada sadece bir yaklaşım yapıldığına unutulmamalıdır. Tüm bağlantı gücünün nihai değeri uygulama sahasındaki ekipmanın etiket güçlerine ait bilgiye sahip olunduğunda ortaya çıkacaktır. Tabii ki bu planlamayı meslek ehlinin yapması gerekir. En aşağıda Tablo 1 de şu ana kadar anlatılan planlama safhasında en çok önem arz eden hususlar bir araya getirilmiş olup bu tablo sizin için bir akış diyagramı görevi görebilir. 

Şekil 2 : Tipik bir kritik yükün(100 kW ) şebeke üzerinden beslenmesi durumunda anma ve sürekli güç büyüklüklerinin mukayesesi. Bağlantı gücünün kritik gücün yaklaşık 4 katı büyüklüğünde olduğuna dikkat edin.

Veri Merkezlerinin Talep Güçlerinin Anma ve Sürekli Değerleri

Acil Durum Jeneratörünün Boyutlandırılması

Elektrik dağıtım firmasından alınacak olan elektriğin bağlantı gücüne karar verildikten sonra uygun bir jeneratörün boyutlandırılması aşamasına geçilebilir. Bu ekipman şebekeden gelen elektrik kesintiye uğradığında bilgi işlem merkezinin elektrik tedariğini üstlenir ve böylece bilgi işlem merkezinin çalışmasındaki sürekliliği artırmış olur. Aşağıdaki şekil 3 böylesi bir jeneratörün sisteme nasıl entegre edildiğini göstermektedir. 

Veri Merkezlerinin Acil Durum Jeneratörü İle Enerji Güvenilirliğinin Sağlanması

Bu blok diyagramı, bilgi işlem merkezinin , acil durum jeneratörü tarafından enerji temini bütünüyle güvence altına alınan tek tüketici olduğu durum esas alınarak oluşturulmuştur. Yukarıda solda gösterilen şebeke bağlantısı , blok diyagramının, son aşamada çok daha kompleks bir elektrik sistemi çerçevesinde ele alınmasını gerekli kılacak şekilde,yeniden bir elektrik dağıtım sisteminin parçası olabilir. Yukarıda verilen kesikli çizgiler burada kritik bilgi işlem yüklerini besleyen veri merkezine ait kısımdır.Tablo 1 in en sonunda verilen hesaplama şeması ile jeneratörün büyüklüğüne karar verilebilir.

Devam edecek.............