Tweet
PUE dưới 1.2: thiết kế công trình cần phối hợp những gì từ đầu?
PUE dưới 1.2 thường được xem là một mục tiêu hấp dẫn đối với các dự án data center mới. Tuy nhiên, đây không phải là con số có thể đạt được chỉ bằng cách lựa chọn chiller hiệu suất cao hoặc chuyển sang liquid cooling.
PUE được tính bằng tổng điện năng mà toàn bộ data center sử dụng chia cho điện năng tiêu thụ của thiết bị IT. Vì vậy, kết quả thực tế còn phụ thuộc vào khí hậu, tải IT, hệ thống phân phối điện, giải pháp làm mát, mức dự phòng và cách vận hành công trình.
Từ góc độ thiết kế xây dựng, kết cấu không trực tiếp quyết định PUE. Tuy nhiên, nếu kiến trúc, kết cấu và hệ thống kỹ thuật không được phối hợp từ sớm, các giải pháp cooling có thể khó được triển khai đúng như tính toán ban đầu.
Không gian kỹ thuật ảnh hưởng đến cách hệ thống được bố trí
Data center cần nhiều không gian cho đường ống, ống gió, cable tray, phòng thiết bị và hệ thống thải nhiệt. Chiều cao dầm, chiều cao thông thủy, lưới cột và vị trí các khu vực kỹ thuật đều có thể ảnh hưởng đến cách các hệ thống này được bố trí.
Nếu không gian kỹ thuật không đủ, đường ống và ống gió có thể phải đổi tuyến, kéo dài hoặc đi qua nhiều vị trí phức tạp hơn. Điều này không đồng nghĩa kết cấu trực tiếp làm tăng PUE, nhưng có thể khiến hệ thống cooling khó vận hành đúng với điều kiện thiết kế tối ưu.
Vì vậy, phương án kết cấu nên được phối hợp với kiến trúc và MEP ngay từ giai đoạn concept, đặc biệt tại các khu vực có mật độ thiết bị cao.
Lỗ mở cần được kiểm soát từ giai đoạn thiết kế
Data center có số lượng lớn lỗ xuyên sàn và xuyên tường cho cáp, đường ống và các tuyến kỹ thuật.
Nếu các vị trí này được bổ sung muộn, dự án có thể phải khoan cắt kết cấu, kiểm tra lại khả năng chịu lực hoặc gia cường cục bộ. Ngoài rủi ro về chi phí và tiến độ, các lỗ xuyên không được xử lý kín còn có thể ảnh hưởng đến việc kiểm soát luồng khí trong phòng máy.
Trong các khu vực sử dụng sàn nâng hoặc hệ thống phân phối khí lạnh, khe hở quanh cáp và đường ống có thể làm khí lạnh thoát ra tại những vị trí không mong muốn. Khi đó, quạt và hệ thống làm mát phải hoạt động nhiều hơn để duy trì điều kiện nhiệt độ yêu cầu.
Do đó, việc phối hợp lỗ mở không chỉ là vấn đề kết cấu. Đây còn là một phần của chiến lược kiểm soát airflow của toàn bộ công trình.
Tải trọng thiết bị cần được xác định theo phương án cooling thực tế
Các hệ thống cooling khác nhau tạo ra những yêu cầu khác nhau đối với kết cấu.
Chiller, cooling tower, dry cooler, bồn chứa, CDU và thiết bị đặt trên mái có thể tạo ra tải trọng lớn hoặc tải trọng tập trung. Một số thiết bị còn phát sinh rung động hoặc cần kết cấu đỡ riêng.
Với các dự án AI và HPC, liquid cooling ngày càng được quan tâm do khả năng lấy nhiệt gần nguồn phát hơn và giảm nhu cầu sử dụng quạt tại rack. Tuy nhiên, giải pháp này có thể yêu cầu thêm CDU, đường ống phân phối, manifold hoặc immersion tank.
Đặc biệt với immersion cooling, trọng lượng của bể và chất lỏng làm mát có thể tạo ra tải trọng sàn đáng kể. Vì vậy, kỹ sư kết cấu cần biết phương án cooling dự kiến càng sớm càng tốt, thay vì chỉ thiết kế theo tải trọng rack tiêu chuẩn.
Thiết kế nên tính đến khả năng nâng cấp trong tương lai
Mật độ công suất của data center có thể thay đổi nhanh, nhất là khi công trình chuyển từ tải IT truyền thống sang AI hoặc HPC.
Một khu vực ban đầu sử dụng air cooling có thể cần bổ sung liquid cooling sau vài năm. Khi đó, công trình có thể phải lắp thêm đường ống, CDU, thiết bị thải nhiệt hoặc tăng tải trọng tại một số khu vực.
Nếu kết cấu chỉ được thiết kế cho cấu hình ban đầu, việc nâng cấp có thể cần gia cường, hạn chế vị trí đặt thiết bị hoặc làm gián đoạn hoạt động của data center.
Do đó, thiết kế không nhất thiết phải dự phòng cho mọi kịch bản, nhưng nên xác định trước các khu vực có khả năng mở rộng, tuyến kỹ thuật dự kiến và giới hạn tải trọng cho từng vùng.
PUE thực tế còn phụ thuộc vào tải vận hành
Ngay cả khi công trình được thiết kế tốt, PUE trong những năm đầu vẫn có thể cao hơn giá trị mục tiêu.
Nguyên nhân là data center thường không đạt ngay toàn bộ công suất IT sau khi hoàn thành. Trong thời gian tăng dần tải, các hệ thống như bơm, quạt, UPS, điều khiển và thiết bị dự phòng vẫn tiêu thụ điện, trong khi số lượng máy chủ hoạt động còn thấp.
Vì vậy, PUE nên được đánh giá tại nhiều mức tải khác nhau, không chỉ ở điều kiện 100% công suất thiết kế.
Đây chủ yếu là vấn đề của hệ thống điện, cooling và vận hành. Tuy nhiên, một công trình được quy hoạch theo từng giai đoạn sẽ giúp các hệ thống kỹ thuật được lắp đặt và đưa vào hoạt động phù hợp hơn với nhu cầu thực tế.
PUE thấp không phải là mục tiêu duy nhất
Một PUE thấp là dấu hiệu tích cực về hiệu quả năng lượng, nhưng không phản ánh toàn bộ mức độ bền vững của data center.
Ví dụ, một hệ thống có thể giảm điện năng tiêu thụ bằng cách sử dụng nhiều nước hơn cho quá trình thải nhiệt. Tại khu vực thiếu nước, phương án có PUE cao hơn một chút nhưng sử dụng ít nước hơn có thể là lựa chọn phù hợp hơn.
Do đó, bên cạnh PUE, dự án cũng nên xem xét mức sử dụng nước, phát thải carbon và khả năng tái sử dụng nhiệt.
PUE dưới 1.2 hoàn toàn có thể đạt được trong những điều kiện phù hợp. Tuy nhiên, đây phải là kết quả của sự phối hợp giữa khí hậu địa phương, tải IT, cooling, hệ thống điện, vận hành và thiết kế công trình.
Kết cấu không trực tiếp làm giảm PUE. Vai trò của thiết kế kết cấu là tạo ra một công trình đủ khả năng chịu lực, có không gian phù hợp và đủ linh hoạt để các hệ thống cooling và power được lắp đặt đúng, bảo trì thuận lợi và có thể nâng cấp trong tương lai.
Với các dự án data center, phối hợp sớm thường hiệu quả hơn nhiều so với việc xử lý xung đột khi thiết kế đã hoàn thành hoặc công trình đã bước vào giai đoạn thi công.
Mọi người có thể tham khảo thêm phân tích về các điều kiện cần thiết để đạt PUE dưới 1.2 tại đây: Can You Really Achieve PUE Below 1.2?
Theo kinh nghiệm của anh em trong ngành, vấn đề nào thường phát sinh nhiều nhất khi phối hợp kết cấu data center: tải trọng thiết bị, lỗ mở kỹ thuật, chiều cao dầm hay thay đổi phương án cooling ở giai đoạn muộn?
PUE được tính bằng tổng điện năng mà toàn bộ data center sử dụng chia cho điện năng tiêu thụ của thiết bị IT. Vì vậy, kết quả thực tế còn phụ thuộc vào khí hậu, tải IT, hệ thống phân phối điện, giải pháp làm mát, mức dự phòng và cách vận hành công trình.
Từ góc độ thiết kế xây dựng, kết cấu không trực tiếp quyết định PUE. Tuy nhiên, nếu kiến trúc, kết cấu và hệ thống kỹ thuật không được phối hợp từ sớm, các giải pháp cooling có thể khó được triển khai đúng như tính toán ban đầu.
Không gian kỹ thuật ảnh hưởng đến cách hệ thống được bố trí
Data center cần nhiều không gian cho đường ống, ống gió, cable tray, phòng thiết bị và hệ thống thải nhiệt. Chiều cao dầm, chiều cao thông thủy, lưới cột và vị trí các khu vực kỹ thuật đều có thể ảnh hưởng đến cách các hệ thống này được bố trí.
Nếu không gian kỹ thuật không đủ, đường ống và ống gió có thể phải đổi tuyến, kéo dài hoặc đi qua nhiều vị trí phức tạp hơn. Điều này không đồng nghĩa kết cấu trực tiếp làm tăng PUE, nhưng có thể khiến hệ thống cooling khó vận hành đúng với điều kiện thiết kế tối ưu.
Vì vậy, phương án kết cấu nên được phối hợp với kiến trúc và MEP ngay từ giai đoạn concept, đặc biệt tại các khu vực có mật độ thiết bị cao.
Lỗ mở cần được kiểm soát từ giai đoạn thiết kế
Data center có số lượng lớn lỗ xuyên sàn và xuyên tường cho cáp, đường ống và các tuyến kỹ thuật.
Nếu các vị trí này được bổ sung muộn, dự án có thể phải khoan cắt kết cấu, kiểm tra lại khả năng chịu lực hoặc gia cường cục bộ. Ngoài rủi ro về chi phí và tiến độ, các lỗ xuyên không được xử lý kín còn có thể ảnh hưởng đến việc kiểm soát luồng khí trong phòng máy.
Trong các khu vực sử dụng sàn nâng hoặc hệ thống phân phối khí lạnh, khe hở quanh cáp và đường ống có thể làm khí lạnh thoát ra tại những vị trí không mong muốn. Khi đó, quạt và hệ thống làm mát phải hoạt động nhiều hơn để duy trì điều kiện nhiệt độ yêu cầu.
Do đó, việc phối hợp lỗ mở không chỉ là vấn đề kết cấu. Đây còn là một phần của chiến lược kiểm soát airflow của toàn bộ công trình.
Tải trọng thiết bị cần được xác định theo phương án cooling thực tế
Các hệ thống cooling khác nhau tạo ra những yêu cầu khác nhau đối với kết cấu.
Chiller, cooling tower, dry cooler, bồn chứa, CDU và thiết bị đặt trên mái có thể tạo ra tải trọng lớn hoặc tải trọng tập trung. Một số thiết bị còn phát sinh rung động hoặc cần kết cấu đỡ riêng.
Với các dự án AI và HPC, liquid cooling ngày càng được quan tâm do khả năng lấy nhiệt gần nguồn phát hơn và giảm nhu cầu sử dụng quạt tại rack. Tuy nhiên, giải pháp này có thể yêu cầu thêm CDU, đường ống phân phối, manifold hoặc immersion tank.
Đặc biệt với immersion cooling, trọng lượng của bể và chất lỏng làm mát có thể tạo ra tải trọng sàn đáng kể. Vì vậy, kỹ sư kết cấu cần biết phương án cooling dự kiến càng sớm càng tốt, thay vì chỉ thiết kế theo tải trọng rack tiêu chuẩn.
Thiết kế nên tính đến khả năng nâng cấp trong tương lai
Mật độ công suất của data center có thể thay đổi nhanh, nhất là khi công trình chuyển từ tải IT truyền thống sang AI hoặc HPC.
Một khu vực ban đầu sử dụng air cooling có thể cần bổ sung liquid cooling sau vài năm. Khi đó, công trình có thể phải lắp thêm đường ống, CDU, thiết bị thải nhiệt hoặc tăng tải trọng tại một số khu vực.
Nếu kết cấu chỉ được thiết kế cho cấu hình ban đầu, việc nâng cấp có thể cần gia cường, hạn chế vị trí đặt thiết bị hoặc làm gián đoạn hoạt động của data center.
Do đó, thiết kế không nhất thiết phải dự phòng cho mọi kịch bản, nhưng nên xác định trước các khu vực có khả năng mở rộng, tuyến kỹ thuật dự kiến và giới hạn tải trọng cho từng vùng.
PUE thực tế còn phụ thuộc vào tải vận hành
Ngay cả khi công trình được thiết kế tốt, PUE trong những năm đầu vẫn có thể cao hơn giá trị mục tiêu.
Nguyên nhân là data center thường không đạt ngay toàn bộ công suất IT sau khi hoàn thành. Trong thời gian tăng dần tải, các hệ thống như bơm, quạt, UPS, điều khiển và thiết bị dự phòng vẫn tiêu thụ điện, trong khi số lượng máy chủ hoạt động còn thấp.
Vì vậy, PUE nên được đánh giá tại nhiều mức tải khác nhau, không chỉ ở điều kiện 100% công suất thiết kế.
Đây chủ yếu là vấn đề của hệ thống điện, cooling và vận hành. Tuy nhiên, một công trình được quy hoạch theo từng giai đoạn sẽ giúp các hệ thống kỹ thuật được lắp đặt và đưa vào hoạt động phù hợp hơn với nhu cầu thực tế.
PUE thấp không phải là mục tiêu duy nhất
Một PUE thấp là dấu hiệu tích cực về hiệu quả năng lượng, nhưng không phản ánh toàn bộ mức độ bền vững của data center.
Ví dụ, một hệ thống có thể giảm điện năng tiêu thụ bằng cách sử dụng nhiều nước hơn cho quá trình thải nhiệt. Tại khu vực thiếu nước, phương án có PUE cao hơn một chút nhưng sử dụng ít nước hơn có thể là lựa chọn phù hợp hơn.
Do đó, bên cạnh PUE, dự án cũng nên xem xét mức sử dụng nước, phát thải carbon và khả năng tái sử dụng nhiệt.
PUE dưới 1.2 hoàn toàn có thể đạt được trong những điều kiện phù hợp. Tuy nhiên, đây phải là kết quả của sự phối hợp giữa khí hậu địa phương, tải IT, cooling, hệ thống điện, vận hành và thiết kế công trình.
Kết cấu không trực tiếp làm giảm PUE. Vai trò của thiết kế kết cấu là tạo ra một công trình đủ khả năng chịu lực, có không gian phù hợp và đủ linh hoạt để các hệ thống cooling và power được lắp đặt đúng, bảo trì thuận lợi và có thể nâng cấp trong tương lai.
Với các dự án data center, phối hợp sớm thường hiệu quả hơn nhiều so với việc xử lý xung đột khi thiết kế đã hoàn thành hoặc công trình đã bước vào giai đoạn thi công.
Mọi người có thể tham khảo thêm phân tích về các điều kiện cần thiết để đạt PUE dưới 1.2 tại đây: Can You Really Achieve PUE Below 1.2?
Theo kinh nghiệm của anh em trong ngành, vấn đề nào thường phát sinh nhiều nhất khi phối hợp kết cấu data center: tải trọng thiết bị, lỗ mở kỹ thuật, chiều cao dầm hay thay đổi phương án cooling ở giai đoạn muộn?