CC BY
584
УДК 628.8
ТЕПЛОПОСТУПЛЕНИЯ ОТ ПЭВМ КАК СОСТАВЛЯЮЩАЯ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА В ОФИСНЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ
Д.В. Лобанов
В тепловом балансе помещений умственного труда с применением ПЭВМ компьютерная техника зачастую является одним из главных источников теплопоступлений. Информация, приведенная в данной статье, может стать полезным инструментом для инженеров, выполняющих расчеты нагрузок на холодильное оборудование или анализ энергопотребления
Ключевые слова: теплопоступления от ПЭВМ, методы расчета теплопоступлений от компьютеров, величина тепловыделений от ПЭВМ
Технический комитет ASHRAE 4.1. «Методы расчета нагрузок» завершил два исследовательских проекта, результаты которых могут представить интерес для инженеров, выполняющих расчеты тепловых и холодильных нагрузок. Задачей исследовательского проекта была разработка методики измерения реальных теплопоступлений от оборудования зданий и их лучистой и конвективной составляющих [1].
В исследовательском проекте проводились измерения по тепловыделениям оборудования офисов, лабораторий и больниц. Заключительным результатом этого исследования было обобщение данных с целью более широкого их применения [2].
В тепловом балансе помещений умственного труда с применением ПЭВМ компьютерная техника зачастую является одним из главных источников теплопоступлений. В справочной литературе [3] указано, что «тепловыделения от оборудования принимаются в соответствии с технологическим заданием, а при отсутствии данных - 300 Вт от одной ПЭВМ». Анализ многочисленных проектов по вентиляции и кондиционированию офисных центров показывает, что технологического задания на тепловыделение от компьютерной техники проектировщикам не выдается.
Соответственно специалисты, руководствуясь справочной литературой, тепловыделения от одной ПЭВМ принимают равными 300 Вт. Но так ли это на самом деле и к чему приводят неточные данные тепловыделений от ПЭВМ?
Существует несколько подходов к расчету тепловыделения в корпусе компьютера, но остановимся на четырех основных [4]. Каждый из них имеет свои достоинства и недостатки.
1. По паспортным значениям потребляемой узлами мощности.
Лобанов Дмитрий Валерьевич - ВГАСУ, ст. преподаватель, тел +7(473)271-28-92
Достоинство: доступность, простота. Недостатки: высокая погрешность и как результат, завышенные требования к системе охлаждения.
Это весьма приблизительная оценка, которая в реальной жизни почти никогда не выполняется, ведь не работают одновременно все узлы компьютера в пиковом режиме. Тем более производители постоянно модернизируют свои узлы, что приводит к изменению потребляемой ими мощности. Ориентировочные данные приведены в табл. 1.
Из таблицы видно, что данные имеют очень широкий разброс.
2. Просто пойти на сайт представляющий сервис для расчета тепловыделения (потребляемой мощности), выбрать нужные узлы и надеясь на современность их базы и правильность заложенных величин применить их результаты.
Список сайтов позволяющих оценить тепловыделение:
http://support.asus.com/PowerSupplyCalculat or/PSCalculator.aspx?SLanguage=ru-ru http: //www.overclockers.ru/download?486: psc_2.0 71 .rar
http://web.aanet.com.au/SnooP/psucalc.php
http: //www.casemods. ru/service s/raschet_bloka_pi
tania.html
http://www.coolermaster.com/support/psu_calculat
or.php
http: //www.casemods. ru/service s/raschet_bloka_pi tania.html
http://www.emacs.ru/calc/
http: //www.antec. outervision. com/
Достоинство: не надо искать данные, они должны присутствовать в базах предлагаемых сервисов. Недостатки: базы не успевают за производителями узлов, часто они содержат недостоверные данные.
3. По потребляемой узлами мощности с учетом коэффициента тепловыделения и типовой загрузки узлов.
Достоинство: более высокая точность (оптимальность). Недостатки: необходим большой объем информации или опыт, знание характеристик узлов, режимов работы ПК.
Расчет потребляемой ПК мощности выполняется в несколько этапов:
a) Сбор сведений о потребляемой узлом мощности;
b) Расчет общей потребляемой мощности и выбор БП;
c) Расчет суммарного потребления ПК (с учетом блока питания).
Есть множество публикаций о том, как выполнить этот расчет, но до сих пор возникают вопросы при его выполнении. Это связано с тем, что не только мощность тепловыделения сложно найти у производителя, но и даже мощность потребляемая интересующим нас узлом не всегда известна. В [4] рассмотрены тепловыделения отдельных узлов системного блока с учетом коэффициентов тепловыделения и загрузки, а также приведена оценка тепловыделения компьютеров, условно разбитых на три группы по особенностям применения и потребности в ресурсах (см. табл. 2).
В таблице даны параметры тепловыделения для достаточно напряженной работы компьютера. Основными источниками тепловыделения являются материнская плата и расположенные на ней - процессор, видеокарта и память (в сумме более 50% общего тепловыделения). А непосредственно на материнской плате, основными источниками теплоты являются: процессор, чипсет северного моста с тепловыделением до 10-15 Вт, многофазный преобразователь источника питания ядра процессора, АОР видеокарты, модулей памяти с тепловыделением 10-25 Вт, остальные элементы 5-10 Вт можно принять равномерно распределенными по материнской плате. Большая часть тепловыделяющих элементов расположена в районе процессора.
В настоящее время определенно установлено, что в паспортных данных офисного оборудования потребляемая мощность обычно завышена. В ходе работы группы Но8ш было установлено, что для офисного оборудования, паспортная мощность которого не превышает 1 кВт, тепловыделения составляют от 25 до 50 %. Результаты анализа для всех типов исследованного оборудования дают более широкий разброс. В результате был сделан вывод, что если известна только паспортная установленная мощность оборудования и нет никаких данных о фактических тепловыделениях, можно принимать для расчетов с резервом величину теп-
ловыделений, равную 50 % паспортной мощности, а для более точных расчетов - 25 %. Установленные Wilkins и McGaffin значения этого соотношения также изменяются в достаточно широком диапазоне.
4. По результатам экспериментальных измерений приборами потребляемой мощности и тестов компьютера. Тестирование можно выполнить хотя бы крайних значений, тепловыделение в режиме покоя и при полной загрузке
Достоинство: высокая точность величины для каждого типового режима работы. Недостатки: необходимость проведения специальных исследований и измерений.
В [5] приведены результаты тестирования по определению теплопоступления от четырех компьютеров различной мощности. Конфигурации ПЭВМ приведены в таблице 3.
Энергопотребление измерялось в трех режимах - при простое (загружен Windows, более ничего не происходит), при дефрагментации винчестера и при загрузке компьютера с помощью ZD 3D Winbench 2000 и 3D Mark 2001SE (тесты выбирались, разумеется, не для оценки производительности, а лишь для создания нагрузки на процессор и видеокарту). В каждом из случаев снималось до десятка осциллограмм, но в итоговые результаты вошли только максимальные измеренные значения [5]. На рисунке ниже приведены мощности потребления самой “начинки” компьютера - то есть измеренная мощность потребления от сети уже умножена на КПД использовавшего блока питания (рисунок)
Потребляемая мощность
Максимальная зафиксированная потребляемая мощность - 154Вт для мощнейшего компьютера на Р4 3.06ГГц, с гигабайтом памяти и видеокартой Quadro4 900Х0Ь. И даже если к этой мощности прибавить, скажем, DVD-привод и активное использование винчестеров
- суммарная потребляемая мощность явно не превысит 200 Вт. Однако это средняя потребляемая мощность, а существует еще и мгновенная, которую с помощью применяемой методики измерить невозможно - она обусловлена всплесками потребления, например, при перемещении головок винчестера. Но даже с учетом таких всплесков (которые, кстати, отчасти гасятся выходными конденсаторами блока питания) мгновенная мощность не превысит 250 Вт.
Анализируя вышесказанное, можно сделать следующие выводы.
Согласно [2] максимальные измеренные тепловыделения составляли от 52 до 70 Вт. При этом паспортное значение мощности составляло от 165 до 759 Вт. Тепловыделения от компьютера, работающего с монитором, определялись путем вычитания расчетного значения тепловыделений монитора из суммарно измеренной величины. Wilkins и McGaffin опубликовали данные исследования 12 компьютеров типа 486 и более старых. Средние тепловыделения составляли 56 Вт, а средняя паспортная мощность - 391 Вт. Таким образом, средняя величина тепловыделений по 20 исследованным компьютерам равна 55,6 Вт.
Исследования [5] показывают, что среднее потребление даже весьма «навороченного» компьютера составляет всего лишь около 150 Вт, то есть 300 Вт согласно [3] - величина тепловыделений с «хорошим» запасом (в 2-6 раз).
Тепловыделения от оборудования вносят существенный вклад в тепловую нагрузку помещения. Информация, приведенная в данной статье, может стать полезным инструментом для инженеров, выполняющих расчеты нагрузок на холодильное оборудование или анализ энергопотребления. Мы также выражаем надежду, что изготовители оборудования осознают важность величины паспортной мощности для определения тепловых нагрузок и предпримут необходимые шаги для предоставления более реалистичной информации о потребляемой мощности.
Таким образом, очевидна завышенность тепловыделений от ПЭВМ. Это приводит к подбору более мощного вентиляционного и хо-
лодильного оборудования со всеми вытекающими последствиями:
— Увеличиваются капитальные затраты (стоимость оборудования, воздуховодов, монтажных работ и т. д.);
— Уменьшается полезный объем помещений (высота потолка помещений, площадь венткамеры), увеличиваются размеры вентиляционных шахт;
— Вентиляционное и холодильное оборудование работает с низким КПД;
— Увеличиваются эксплуатационные затраты (электроэнергия, тепловая энергия)
— Увеличивается стоимость оборудования, материалов и работ смежных организаций (строители, электрики и т. д.)
Все это, в конечном итоге, выливается в немалые бесполезно потраченные денежные средства.
Поэтому, на наш взгляд, необходимо жестко регламентировать выдачу технологического задания на теплопоступления от офисной техники [6] при проектировании систем вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях умственного труда с применением
ПЭВМ.
Литература
1. Hosni M. H., Jones B. W., Sipes J. M., Xu Y. Test method for measuring the heat gain and radiant/convective split from equipment in buildings // Final Report for ASHRAE Research Project 822-RP. Institute for Environmental Research. Kansas State University. 1996. October;
2. Пер. с англ. О. П. Булычевой. Учет в тепловом балансе теплопоступлений от офисного оборудования, АВОК №3/2003;
3. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха: Жилые здания со встроено-пристроенными помещениями общественного назначения и стоянками автомобилей. Коттеджи: Справочное пособие. - М.: Пантори, 2003. - 308с.
4. http://www.electrosad.ru/Ohlajd/Power1.htm
5. Измерение энергопотребления компьютеров, Олег Артамонов, http://www.fcenter.ru/online. shtml?articles/ hardware/tower/6484, 28.04.2003
6. Стогней В.Г. Уловитель аэрозольных частиц / В.Г. Стогней, П.А. Солженикин, В.В. Черниченко // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2008. Т. 4. № 3. С. 95-99.
Таблица 1
Паспортные значения потребляемой мощности узлов ПЭВМ
№ п/п Узел Потребляемая мощность на узел, Вт Пояснения
1 2 3 4
1 Процессор (CPU) 42 — 135 Точнее см. спецификацию Вашего процессора
Продолжение табл. 1
1 2 3 4
2 Системная плата 15 — 100 Точнее см. публикации или выполняй расчет самостоятельно (зависит от ее спецификации)
3 Видеокарта До 65 При питании от шины, точнее см. документацию Вашей видеокарты
До 140 С отдельным питанием, точнее см. документацию Вашей видеокарты
4 Оперативная память 3 — 15 Зависит от емкости и рабочей частоты, точнее см. документацию Вашей оперативной памяти
5 Жесткий диск, HDD 10 — 45 Зависит от режима работы, точнее см. спецификацию Вашего жесткого диска
6 CD/DVD - RW 10 - 30 Зависит от режима работы, точнее см. спецификацию Вашего CD/DVD - RW
7 FDD 5 - 10 Зависит от режима работы, точнее см. спецификацию Вашего FDD
8 Звуковая карта 3 — 10 Зависит от режима работы, точнее см. спецификацию Вашей звуковой карты
9 Вентилятор 1 — 4,5 Точнее см. спецификацию Вашего вентилятора
10 Сетевая карта/ встроенная 3 — 5 Точнее см. спецификацию Вашей сетевой карты
11 USB 2/USB 3 порт 2,5/5 (по некоторым данным более 10 Вт на порт USB3) На подключенный порт
12 СОМ, LPT, GAME порты < 2 На каждый подключенный порт
13 Встроенная звуковая карта < 5 При использовании пассивных колонок
14 Блок питания P потр. макс + 30% Выбирается после расчета потребления
Таблица 2
Тепловыделения компьютеров________________________________
Наименование компонента Тепловая мощность, Вт
Компьютер для офиса Компьютер для «тяжелых» приложений Рабочая станция
Процессор 40-50 50-95 2х(50-85)
Материнская плата 15-30 20-45 50-80
Модуль памяти DDR DRAM, 256 Мб 5-10 2х(5-10) 4х(5-10)
Видеокарта AGP 5-10 10-20 2х(15-25)
Жесткие диски IDE 40-60 Гб, 7200 об/мин. 20 2х20 Зх20
Привод CD-R, DVD-ROM/CD-RW 18 18 20
Мультимедийная карта/звуковая карта 3 5 5
Суммарная мощность компонентов 106-141 153-243 315-425
Блок питания (КПД 0,75) 26-35 38-60 78-106
Итого на системный блок Вт. 132-176 191-303 393-531
Таблица 3
Конфигурации тестируемых ПЭВМ__________________________________
Наименование Характеристика ПЭВМ
Офисный компьютер - небыстрый по нынешним временам процессор, сравнительно простая видеокарта, ничего лишнего Процессор Pentium III 800EB Материнская плата на чипсете Intel i815EPT 256Мбайт SDRAM Винчестер Quantum Fireball AS 30Гбайт Видеокарта GeForce2 MX400, 64Мбайта Сетевая карта 3Com 3C905C-TX CD-ROM LG CRD-8521B
Домашний компьютер среднего уровня - хороший, но сравнительно недорогой процессор и видеокарта, способная справиться с большинством современных игр. Процессор AMD Athlon XP 2100+ Материнская плата на чипсете VIA KT400 256Мбайт DDR SDRAM Винчестер IBM ICL35 80Гбайт Видеокарта ATI RadeOn 8500 Звуковая карта Creative Audigy CD-RW Teac CD-W540E DVD-ROM ASUS E616
Мощная рабочая станция - два процессора, ИЛГО, много памяти Два процессора AMD Athlon 1200 на ядре Thunderbird 512Мбайт DDR SDRAM Четыре винчестера Maxtor D740X по 20Гбайт в RAID-массиве Видеокарта Matrox Millennium
Компьютер верхнего уровня - самый быстрый процессор, самая быстрая видеокарта. Процессор Intel Pentium 4 З.06ГГц Материнская плата на чипсете Intel i850E Два модуля по 512Мбайт RDRAM Два винчестера Western Digital WD400JB в RAID1- массиве Видеокарта NVIDIA Quadro4 900XGL DVD-RW Pioneer DVR-104
Воронежский государственный архитектурно-строительный университет
HEAT GAIN FROM COMPUTER AS THE COMPONENT OF HEAT BALANCE IN OFFICE
BUILDINGS
D.V. Lobanov
In the heat balance of the mental work premises with using of electronic brain computers are often a major source of heat gain. The information in this article may be a useful tool for engineers, calculating loads on refrigeration or analysis of energy consumption
Key words: heat gain from a computer, the methods of calculating heat gain from computers, the amount of heat release from computers
