データセンターは近年急増しています。ただし、データセンターは大量のエネルギー消費と二酸化炭素排出量が発生するため、このデータ処理需要の増加には対応が求められます。実際、エネルギー省(DOE)によると、データセンターは一般的な商業オフィスビルの床面積あたり10〜50倍のエネルギーを消費し、米国の総電力使用量の約2%を占めています。 この問題に取り組むために、データセンターの持続可能性の促進がより重視されるようになりました。空調システムは、データセンター内の温度と湿度のレベルを 24 時間年中無休で許容範囲内に維持する役割を担うため、持続可能性を達成する上で大きな役割を果たします。持続可能な空調ソリューションを導入することで、データセンター運営者はエネルギー消費と環境への影響を大幅に削減できます。目次持続可能な戦略 サステナブルなデータセンターは、信頼性が高く効果的なデータ処理の必要性と環境への影響を最小限に抑える必要性のバランスが取れていることを目指しています。その目標を達成するために、持続可能なデータセンターでは、電力使用量、エネルギー、水、炭素排出量の削減に積極的に取り組まれています。評価指標の管理 データのセンターの持続可能性とネットゼロ炭素目標を達成するために、下記４つの指標が用いられます。データセンターに流入する総電力と情報技術機器(ITE)によって消費される電力の比率を測定する電力使用効率(PUE)水使用効率(WUE)炭素利用効率(CUE)の低下エネルギー再利用（ERE）の増加 これら4つの指標すべてに移行するには、当然のことながら、データセンターの冷却と ITEの熱管理をサポートする機械システムを含むデータセンターインフラストラクチャ全体を検討する必要があり、これらは施設への電力の30〜40%を占めるとされています。化石燃料の使用を最小化 持続可能なデータセンターは、再生可能エネルギー源の利用やエネルギー効率の高い空調設備とモニタリング技術の導入により、カーボンニュートラル目標の達成と二酸化炭素排出量の削減に努めると同時に、信頼性の高い効果的な電力供給を確保することにも努めています。 デジタル装備のBMSと最適化ソフトウェアは、施設管理者が可能な限り効率的に建物を運営できるようにする洞察と制御を提供します。一部の施設管理者は、化石燃料の使用を最小限に抑えるために、他の建物エリアで廃熱を利用する方法を模索するために 空調メーカーと協力しています。これに応えて、空調エンジニアはこの廃熱を非常に効率的に利用できる製品を開発しています。構造と設計の最適化 データセンターの持続可能性は電源だけではなく、その構造や設計にも及びます。たとえば、使用される材料とコンポーネントは耐久性があり、不必要な修理や交換を避けることで無駄を最小限に抑える必要があります。 メンテナンスの容易さを考慮しながら、スペースを最大限に活用できる設計でなければなりません。空調システムは壁や高い天井に組み込まれていることが多いため、メンテナンスのためにアクセスするのが一般的に困難です。ただし、データセンターの所有者は、メンテナンススケジュールと寿命を念頭に置いて施設を設計することに特に注意が払われます。廃棄物や環境汚染物質のリサイクル 最後に、持続可能なデータセンターには、廃棄物や環境汚染物質を制限する耐用年数の戦略があり、これがこの種の施設の重要な側面であると考えられます。 事業者は責任を持って冷媒やその他の液体を処分し、パートナーと協力してコンポーネントやサブコンポーネントをリサイクルまたは再製造する必要があります。データセンターには、アルミニウム、スチール、磁石などの貴重な素材を使用したモーターが何千台もあり、埋め立て地に捨てられるよりも、改修して再利用することに期待が寄せられています。空調ソリューション設計条件と持続可能性のトレードオフ 設計条件とエネルギー効率のバランスをとることが難しいため、新築または既設のデータセンターで持続可能性を実現することは困難なケースがあります。稼働時間はデータセンターにとって極めて重要であるため、空調機器は、施設が直面する最も過酷な状況でも施設の稼働を維持できるように設計する必要があります。 しかし、データセンターが極端な状況に遭遇するのは、たとえあったとしても数回だけであり、持続可能性に関してはトレードオフが生じる可能性があります。これは、機器は通常、当初選択されていなかった条件で動作するため、エネルギー効率が低下する可能性があるためです。フリークーリングの適用 データセンターの持続可能性を高め、エネルギー消費を削減するために広く使用されているテクノロジーの1つがフリークーリングです。フリークーリングとは、設備を用いた冷却を必要とせずに、施設の冷却水または空気の温度を下げるために、冷たい外気を使用することを指します。空調システムは、自由冷却を使用することで、特に温暖な気候の地域で、エネルギー消費と運用コストを大幅に削減できます。 データセンターは冷却を実現するために直接蒸発冷却を使用してきましたが、これには水とエネルギーが大量に消費される可能性があります。そこに変化が見られます。空冷チラーの進歩により、代わりに節約を実現できるようになりました。一部の空冷チラーは、周囲条件が穏やかまたは寒いときにフリークーリングを行うための追加の専用コイルを備えています。最新の空冷チラーは、専用コイルがない場合でもフリークーリングを行うことができ、低い周囲条件でも優れた効率を実現します。これらの軽量チラーにより、二酸化炭素排出量も削減できます。エネルギー効率の高いモーターと可変速ドライブ (VSD)を利用することも、コンプレッサー、ファン、ポンプなどの冷却システムコンポーネントのエネルギー消費を最適化するために不可欠です。VSDにより、モーターの出力がコンピューティングの要求に一致し、常に必要な正確な量の電力を供給することでエネルギーを節約できます。 VSDがエネルギー消費に与える影響は非常に大きいです。オイルフリー、磁気ベアリング、VSDコンプレッサーを備えたチラーは、他のタイプで経験されたメンテナンスの必要性やパフォーマンスの低下がなく、ライフサイクル全体にわたって効率的な熱伝達と信頼性の高い冷却を提供するため、データセンターで使用される最も効率的な機器の一部です。コンポーネントの最適化 データセンターでは、持続可能性を高めるために空調機器の効率的なコンポーネントを利用することが重要です。例えば動画配信サービスでは、ユーザーがコンテンツをストリーミングする午後8時にデータセンターの負荷がピークに達し、午前8時には負荷が小さくなる可能性があることが指摘されます。この使用状況を考慮すると、朝の時間帯の空調システムの負荷を軽減するのは理にかなっています。 ECモーターを効率的なファンと併用すると、全負荷条件および部分負荷条件全体で平坦な効率曲線を備えた高効率なECファンが作成されます。ECモーターは部分負荷効率で可変速度で動作し、オフピーク時のエネルギーを節約します。幅広い負荷と速度にわたって高レベルの効率を維持できるものもあります。ECモーターなどのより効率的なモーターを使用すると、エネルギー消費量とコスト全体を10%削減できます。エネルギー効率の高い制御の採用 データセンターの消費電力は、エネルギー効率の高い制御を採用し、空調システムの動作に必要なエネルギーを削減するための慎重な計画を立てることによっても削減できる。たとえば、セクションの数を減らしたり、単一のアクチュエーターからダンパーの複数のセクションに電力を供給する設置場所を最適化することで、気流の調整に使用するアクチュエーターの数を減らすことができる可能性があります。これにより、設計で必要な全体的な電力を削減できます。 エアフローの設計も考慮する必要があります。故障を避けるために電子機器を低温に保つことは、データセンターにおいて非常に重要です。空調機器は、余分な空気を取り込んで過剰に補うのではなく、空気の流れと循環を最適化し、無駄なく建物を必要な温度と十分なきれいな空気に保つように設計する必要があります。将来に向けて デジタルサービスに対する需要の高まりと、この種の施設が環境に及ぼす影響に対する意識の高まりを考慮すると、持続可能なデータセンターの傾向は今後も続くと考えられます。そのため、データセンター向けに設計された空調機器は進化し続けます。たとえば、現在データセンターを冷却する主な方法は精密空気であり、ラック電力密度が低いデータセンターではしばらくの間、これが使用されると言われています。ラックの電力密度の上昇に伴う影響 しかし、ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)、人工知能(AI)、機械学習(ML)、IoT、その他の進化するコンピューティングテクノロジの普及に伴い、ラックの電力密度は上昇しており、信頼性を確保するには液体冷却が不可欠になりつつあります。たとえば、CRAC/CRAHおよび列ベースの格納容器冷却ソリューションは、15〜20kWまでは理想的ですが、おそらく20kWあたりで、それを超えると費用対効果や効率が低下する点があります。その時点で、熱源に近い冷却を行う他の技術に注目し始めます。これらの技術は、チップ間直接冷却またはチップ間直接冷却によってマイクロチップを直接冷却するため、ラックドアの非常に近く、またはそれよりも近くに配置されます。従来の空冷と比較して、液体冷却は電気コンポーネントから熱を逃がす効率が高いです。それは、液体の熱伝導能力が空気の熱伝導能力の最大3,500倍になる可能性があるためです。 液体冷却を適用するには以下のような方法があり、それぞれに課題があります。1番目のアプローチ：熱を除去するためにチップセットに液体を導入すること2番目のアプローチ：空気が冷却を補う液体冷却をラックに導入すること3番目のアプローチ：タンク内のサーバーラックの浸漬冷却1 番目のアプローチは、熱を除去するためにチップセットに液体を導入することですが、これはプロセッサにとっては優れていますが、他のコンポーネントは冷却されません。2番目のアプローチは、空気が冷却を補う液体冷却をラックに導入することです。3番目のアプローチは、タンク内のサーバーラックの浸漬冷却です。液体がサーバーボードを囲んで熱を除去します。課題は、部品を液体の中で出入りさせ、他のコンポーネントを汚染したり損傷したりする可能性があることです。液体冷却の場合でも、従来の空冷装置、チラー、蒸発冷却が必要です。チラーと言えば、請負業者がより持続可能なデータセンターシステムを設計するのに役立つ新しいテクノロジーが利用可能です。具体的には、低摩擦の空冷式磁気軸受ターボ冷凍機は、冷凍機の全負荷電力消費を削減し、一般的な業界標準を超えるピーク効率を実現できます。さらに、チラーに電力を供給する電気インフラストラクチャ（変圧器、無停電電源装置（UPS）、発電機、自動切替スイッチ、開閉装置など）はすべて小型化できるため、最初のコストの削減につながります。 資源消費をさらに最小限に抑え、地域社会や地球への影響を軽減するために、低GWP冷媒を使用した冷却製品も利用できます。さらに、空調エンジニアは、天然資源の消費量が少なく、リサイクル可能な内容物を最大限に活用した、より静かな製品の開発にも取り組んでいます。不動産価格の上昇に伴う影響 空調機器の将来の設計に影響を与えるもう1つの要因は、不動産価格の上昇です。アッシュバーン、フェニックス、ダラス、シリコンバレーなどの主要な場所では土地が非常に貴重であるため、データセンターは現在、水平方向ではなく垂直方向に成長しています。データセンターが垂直方向に成長すると、冷却が必要な内部の面積は大きくなりますが、冷却装置を設置する屋上スペースの面積は大きくなりません。高層データセンターは、空調機器の設計における革新を推進し続ける課題の1つです。改善点の特定 請負業者はデータセンターの顧客が3つの異なる観点から稼働状況を評価することで、持続可能性を向上させる方法を特定できるように支援できます。近い将来に潜在的な問題が発生する可能性があるパラメータの範囲外で動作している機器はありますか?空調機器は周囲条件を考慮して最適なエネルギー効率で動作していますか?システムの効率と信頼性を低下させるスパイクはありますか?システムの効率と信頼性を低下させるスパイクの検知 最初の2つは一目瞭然ですが、3つ目は施設の傾向を理解することにかかっています。たとえば、データセンターの発熱量が通常午前8時に増加する場合、午前7時59分に100%の容量になるのではなく、午前7時から容量を徐々に増加させるように自動化できます。これにより、システムのスパイクを最小限に抑え、パフォーマンスを向上させることができます。つまり、エネルギー効率を高め、機器の寿命を延ばすことが出来ます。 一部のデータセンターでは、サイバーセキュリティとプライバシーへの懸念から、運用、予測、サービスの最適化に使用される独自のリアルタイムのAI支援監視および追跡システムを開発しているため、請負業者がこの種の情報を入手することが難しい場合があります。一方で、エンタープライズやエッジデータセンターにサービスを提供するために、予測分析などの追加の洞察を提供するサードパーティのSaaSパッケージもあります。エネルギー監査とエネルギー測定などのスマートデバイスの設置は、改善すべき領域を特定するのに役立ちます。請負業者は、システムが最高のパフォーマンスで稼働していることを確認し、それによって二酸化炭素排出量を削減するために、冷却システムの重要なコンポーネントのクラウドベースの監視に情報を提供するセンサーを設置することもできます。