Энергоэффективные технологии в вычислительной технике: актуальность и преимущества ресурсосбережения

Ресурсо- и энергосберегающие технологии с использованием средств вычислительной техники становятся все более актуальными в условиях ограниченности природных ресурсов и глобальных климатических изменений. Эти технологии позволяют значительно снизить потребление энергии и уменьшить негативное воздействие на окружающую среду, что особенно важно для бизнеса и государственных учреждений, стремящихся к устойчивому развитию.

Актуальность таких технологий подтверждается не только ростом общественного внимания к экологии, но и экономической выгодой, связанной с уменьшением затрат на энергоресурсы. Интеграция современных вычислительных систем и программного обеспечения в процесс управления ресурсами позволяет оптимизировать процессы, повышать эффективное использование энергии и, как следствие, способствовать более рациональному распределению ресурсов в разных отраслях.

Энергосбережение и ресурсосберегающие технологии

Ключ к успешному решению экологических проблем — это эффективное использование энергии.

В настоящее время сохранение энергии является одной из главных задач. Это происходит из-за нехватки основных источников энергии, увеличивающихся затрат на их добычу, а также из-за мировых экологических проблем.

Экономия энергии означает эффективное использование энергетических ресурсов с помощью инновационных решений, которые технически выполнимы, экономически обоснованы, приемлемы с экологической и социальной точек зрения, не изменяют привычный образ жизни. Это определение было сформулировано на Международной энергетической конференции (МИРЭК) ООН.

Оптимизация энергопотребления в принципе сводится к уменьшению ненужных энергетических потерь. Анализ потерь в сфере производства, передачи и использования электроэнергии показывает, что основная часть потерь – до 90% – происходит в сфере потребления энергии, в то время как потери при передаче электроэнергии составляют всего 9–10%. Поэтому основное внимание в области энергосбережения сосредоточено именно на уровне потребления электроэнергии.

Основная задача повышения эффективности использования энергии принадлежит современным технологиям, направленным на сбережение энергии.

Технология энергосбережения – это новый или улучшенный технологический процесс, отличающийся более высоким коэффициентом эффективного использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).

Использование энергосберегающих технологий в хозяйственной деятельности, будь то на предприятиях или в бытовых условиях, играет ключевую роль в решении множества экологических проблем, таких как изменение климата, загрязнение атмосферы (например, выбросы от ТЭЦ) и истощение природных ресурсов.

Организации обычно внедряют различные типы технологий, которые способствуют существенной экономии энергии:

1. Общие технологии, применимые ко многим отраслям, связанные с энергопотреблением (переменные частотные приводы, теплообменники, компрессоры для сжатого воздуха, системы освещения, пара, охлаждение, сушка и т.д.).

2. Более эффективные способы производства энергии, включая современные котельные, когенерацию (производство тепла и электроэнергии) и тригенерацию (тепло, холод, электроэнергия); замена старого промышленного оборудования на новое, более эффективное.

3. Варианты альтернативной энергии.

Способы применения энергосберегающих технологий:

1. Принцип безотходного производства — это концепция организации производства, которая предусматривает использование сырья и энергии в замкнутом цикле. Замкнутый цикл означает последовательность: первичное сырье — производство — потребление — вторичное сырье.

2. Технология малого образования отходов — это промежуточный этап перед достижением безотходной технологии, который предполагает приближение технологического процесса к замкнутому циклу. При использовании технологии малого образования отходов вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, утвержденного санитарными органами. Часть сырья все же превращается в отходы и подлежит длительному хранению или захоронению. Степень приближения к безотходной технологии можно оценить с помощью материального индекса производства.

3. Увеличение производственного выпуска.

4. Сокращение потребления ресурсов и энергии (использование инновационных технологий, современного оборудования и т.д.).

5. Увеличение срока службы продукции.

6. Применение альтернативных материалов.

7. Использование экологически чистых материалов.

8. Запуск нетрадиционных источников энергии (гидроэлектростанции, приливные электростанции, солнечные панели, ветрогенераторы, тепловые насосы и т.д).

9. Повышение качества продукции.

10. Применение современных счетчиков энергоносителей.

Идея ресурсо-энергосберегающих технологий заключается в том, что производство и реализация конечных товаров осуществляются с минимальным использованием материалов и энергии на всех этапах производства. При этом негативное воздействие на природные системы и человека должно быть минимальным. Важно также учитывать затраты первичных ресурсов на промежуточных этапах их обработки, транспортировки и хранения, отнесенные к единице произведенной продукции.

Для уменьшения потребления первичных компонентов в производстве необходимо внедрять ресурсосберегающие технологии уже на стадии проектирования предприятий. Это позволит оптимизировать все этапы добычи, переработки и доставки материалов к потребителю, а также учесть особенности использования конечного продукта. Таким образом, ресурсосбережение начинается задолго до того, как компоненты поступают на рабочее место для производства товаров.

Важно, чтобы проектировщики на высоком уровне справлялись с разнообразными и сложными задачами в области экологии, экономики и социальной сферы, которые иногда противоречат друг другу.

По-видимому, невозможно создать технологии без отходов. На практике, в первую очередь, речь идет о технологиях с минимальным количеством отходов, внедрение которых способствует более полному использованию первичных материалов и снижению нагрузки на природу.

Одним из важных аспектов в экономии ресурсов является использование принципа заменяемости ресурсов, который означает замену одного природного компонента другим, более экономичным и экологически безопасным. Эта заменяемость зависит от экономических и технических критериев. Не все природные компоненты, которые технически заменяемы, могут быть заменены с экономической и экологической точек зрения, и наоборот.

Применение нетрадиционных возобновляемых источников энергии сталкивается с техническими и экономическими трудностями, что затрудняет их масштабное использование. Для решения этой проблемы необходим системный подход, который уже применяется во многих странах, преимущественно через законодательную базу.

Режим экономии энергии особенно важен для устройств, которые работают сниженной нагрузкой — таких как конвейеры, насосы и вентиляторы. Существует много устройств, которые помогают сократить потери электроэнергии, таких как конденсаторные установки и частотно-регулируемые приводы. Частотно-регулируемые приводы позволяют гибко регулировать частоту вращения в зависимости от реальной нагрузки, что может привести к экономии до 30-50% электроэнергии. При этом зачастую не требуется замена стандартных электродвигателей, что особенно актуально при модернизации производства. Такие энергосберегающие приводы и средства автоматизации могут быть внедрены на большинстве промышленных предприятий и в сфере ЖКХ — от лифтов и вентиляционных установок до автоматизированных производств.

Российские ученые разработали уникальную установку, которая использует часть тепла, уходящего в трубу после сжигания природного газа на производстве, для производства дополнительной энергии. С ее помощью можно осветить пять шестнадцатиэтажных зданий.

Энергосберегающие технологии в строительстве имеют комплексный характер и включают в себя утепление стен, энергосберегающую кровлю, специальные краски, стеклопакеты, экономичные системы отопления и охлаждения поверхностей.

Один из наиболее распространенных методов энергосбережения с большим потенциалом для улучшения в сфере строительства жилья – это установка котельных. Современные технологии способны существенно сократить потребление энергоносителей, уменьшить затраты на обслуживание и даже повысить КПД. Кроме того, замена котельной позволяет компаниям перейти с использования экологически вредного и дорогостоящего угля или мазута на более дешевое и чистое топливо, такое как газ или древесные гранулы.

Также можно добиться значительной экономии, если заменить отдельные центральные тепловые пункты на индивидуальные тепловые пункты, оснащенные современными бесшумными насосами, компактными и эффективными пластинчатыми теплообменниками.

Одним из примеров домов, которые позволят человеку жить в соответствии с природой в будущем, не отказывая себе в комфорте, являются так называемые "нулевые энергии" или "пассивные" дома, объединенные общим термином "энергоэффективные дома". "Энергоэффективным" считается такой дом, в котором комфортная температура поддерживается зимой без применения системы отопления, а летом — без применения системы кондиционирования.

Для достижения энергоэффективности дома при его строительстве необходимо выполнить следующее:

1. Применение современной тепловой изоляции трубопроводов отопления и горячего водоснабжения.

2. Использование индивидуального источника теплоэнергоснабжения (индивидуальная котельная или источник когенерации энергии).

3. Использование тепловых насосов, которые поглощают тепло из земли, вытяжного вентиляционного воздуха и сточных вод.

4. Применение солнечных коллекторов для обеспечения горячего водоснабжения и охлаждения помещений.

5. Установка индивидуальных систем отопления с теплосчетчиками и возможностью регулирования теплового режима в каждом помещении.

6. Внедрение механической вытяжной вентиляции с возможностью индивидуального регулирования и утилизации тепла вытяжного воздуха.

7. Использование контроллеров, которые оптимизируют потребление тепла на отопление и вентиляцию в каждой квартире.

8. Установка ограждающих конструкций с повышенной теплозащитой и заданными показателями теплоустойчивости.

9. Внедрение системы утилизации тепла солнечной радиации для поддержания оптимального теплового баланса здания с использованием светопрозрачных ограждающих конструкций.

10. Повышение освещенности помещений и снижение энергопотребления на освещение с помощью устройств, использующих рассеянную солнечную радиацию.

11. Учет ориентации и посезонной облученности фасадов при выборе конструкций солнцезащитных устройств.

12. Использование тепла обратной воды системы теплоснабжения для напольного отопления в ванных комнатах.

13. Создание системы управления теплоэнергоснабжением, микроклиматом помещений и инженерным оборудованием здания на основе математической модели здания как единой теплоэнергетической системы.

Существуют и другие способы более разумного использования электроэнергии, и не только в производстве, но и в быту. Так, уже давно существуют "умные" системы освещения. Эффект экономии энергии заключается в том, что свет включается автоматически тогда, когда он нужен. Выключатель оборудован оптическим датчиком и микрофоном. В течение дня, при достаточной освещенности, освещение отключено.

При наступлении сумерек микрофон активируется. Если в радиусе до 5 метров возникает шум (например, шаги или звук открывающейся двери), свет автоматически включается и горит, пока человек находится в помещении. Такие системы освещения используют энергосберегающие лампы.

Использование светодиодных светильников позволяет существенно сократить расход электроэнергии по сравнению с традиционными источниками света, такими как лампы накаливания (до 80%) и люминесцентные лампы (более 40%). Эти светильники могут применяться для освещения различных объектов: подземных пешеходных переходов и автомобильных парковок, парков и садов, уличного освещения, освещения на территории ЖКХ и для аварийного освещения.

Также имеются перспективные проекты по энергосбережению в сфере транспорта. Ведущие американские инженеры разрабатывают технологию создания легковых автомобилей, оснащенных насадками, которые конвертируют тепло выхлопных газов в электричество. Теплоэлектрогенератор, установленный на глушителе, преобразует часть тепла выхлопных газов в электричество, которое может быть использовано для работы системы климат-контроля, аудиосистемы и других устройств.

Германские специалисты трудятся над созданием высокоэффективных энергосберегающих устройств, необходимых для гибридных автомобилей. Эти устройства могут использовать нефть на трассе и переключаться на электричество в городе, что позволяет сократить расход энергии.

Дата публикации: 2022-07-02 ; просмотры: 304 ; Наша команда готова помочь в написании вашей работы!

есурсо- и энергосбере­гающие технологии

Использование различных материалов. Экономия ресурсов при работе с компьютерной техникой. Применение технологических решений, способствующих энергосбережению в современных компьютерах.

Студенты должны знать:

< ul >

Ссылки на дополнительные материалы (печатные и электронные ресурсы)

1. Гребенюк Е.И., Гребенюк Н.А. Технические средства информатизации. Издательский дом «Академия». Москва, 2007 /стр.250-256/
2. Яшин В.Н. Информатика: аппаратные средства персонального компьютера: Учеб. пособие. М.: ИНФРА-М, 2008. —254 с.

Список литературы

Основная литература

1. Гребенюк Е.И., Гребенюк Н.А. Технические средства информатизации. Издательский дом «Академия». Москва, 2007 – 272 с
2. Учебное пособие "Персональный компьютер" под редакцией Глушакова С.В. предназначено для среднего профессионального образования. Издано в Москве и Владимире издательствами АСТ и ВКТ в 2008 году. Объём — 475 страниц.
3. Книга "Архитектура ЭВМ и вычислительных систем" под редакцией Максимова Н.В. издана в Москве издательствами ФОРУМ и ИНФРА-М в 2005 году. Объём — 511 страниц.
4. Издание "IBM PC для пользователя" под редакцией Фигурнова В.Э. вышло в Москве в 2003 году и имеет 640 страниц.
5. Учебное пособие "Информация, информатика, информационные системы, компьютер, сети" под редакцией Микрюкова В.Ю. предназначено для среднего профессионального образования. Издано в Ростове-на-Дону издательством Феникс в 2007 году. Объём — 448 страниц.

Список дополнительной литературы

Ресурсосберегающие технологии – это способы и методы, которые способствуют эффективному использованию и сохранению природных ресурсов, уменьшая их потребление и отходы. Они направлены на уменьшение негативного воздействия человеческой деятельности на окружающую среду и поддерживают устойчивое развитие.

Ресурсосберегающие технологии применимы в различных отраслях, включая энергетику, промышленность, сельское хозяйство, строительство и транспорт. Они включают в себя использование энергосберегающих устройств и систем, улучшение производственных процессов, внедрение новых материалов и технологий, а также создание экологически чистых и эффективных продуктов и услуг.

Главная цель использования ресурсосберегающих технологий заключается в том, чтобы обеспечить устойчивое использование ресурсов при минимальном воздействии на окружающую среду. Эти технологии помогают уменьшить потребление энергии, воды, сырья и других ресурсов, а также сократить выбросы вредных веществ и отходов.

Ресурсосберегающие технологии играют важную роль в противодействии изменению климата, сохранении разнообразия жизни и обеспечении устойчивого развития. Они способствуют экономической эффективности, уменьшению затрат на ресурсы и повышению конкурентоспособности предприятий и стран в целом.

Принципы работы ресурсосберегающих технологий

Принципы ресурсосберегающих технологий основаны на эффективном использовании ресурсов и уменьшении негативного воздействия на окружающую среду. В данной статье мы рассмотрим несколько таких принципов:

Энергоэффективность

Одним из главных принципов экономии ресурсов является увеличение энергоэффективности. Это означает использование технологий и процессов, которые потребляют меньше энергии для выполнения тех же задач. Например, замена устаревших и энергозатратных систем на более современные и эффективные.

Материалоэффективность

Один из основных принципов экономии ресурсов — это увеличение эффективности использования материалов. Это подразумевает использование материалов с минимальными потерями и отходами в процессе производства и эксплуатации. Например, это может быть использование вторичных материалов или разработка новых материалов, которые можно использовать с большей эффективностью.

Цикличность

Идея цикличности включает в себя использование замкнутых циклов материалов и ресурсов. Это означает, что отходы и использованные материалы должны быть вновь переработаны и использованы в производстве. Например, отходы могут быть переработаны вторичными сырьевыми материалами или использованы для производства энергии.

Инновационное развитие и технологический прогресс лежат в основе ресурсосберегающих технологий. Новые методы производства позволяют улучшить эффективность процессов и сократить потребление ресурсов, например, с помощью солнечных батарей для генерации электроэнергии или разработки эффективных систем управления ресурсами.

Эти принципы являются основой ресурсосберегающих технологий, способствуя более устойчивому и эффективному использованию ресурсов. Такой подход в свою очередь способствует сохранению окружающей среды и устойчивому развитию.

12 Ресурсо и энергосберегающие технологии использования вычислительной техники

Потеря работоспособности компьютера может быть вызвана техническим износом устройства и сбоями в электрической сети.
Амортизация означает старение компонентов ПК, особенно системного блока.

Высокая температура, наличие движущихся частей и неблагоприятная окружающая среда (пыль) влияют на амортизацию.

Проблема перегрева является основной проблемой для компьютерной техники. Отвод тепла — это основная задача. Вентиляторы выводят тепло из системного блока или подают холодный воздух в него. Обычно вентиляторы устанавливаются на блоке питания, материнской плате, процессоре, видеокарте и системном блоке.

Проблема нестабильной работы сетей переменного тока — это еще одна проблема. Частые перенапряжения и скачки напряжения часто вызывают как программные, так и аппаратные сбои. Это особенно критично для серверов, поскольку они обычно хранят информацию, используемую множеством пользователей.

Для борьбы с падением напряжения и полным отключением часто используют сетевой фильтр или устройство бесперебойного питания.

Ресурсы и энергосберегающие технологии

Энергоэффективность — это научно обоснованная абсолютная или удельная величина потребления топливно-энергетических ресурсов (с учетом их нормативных потерь) на производство единицы продукции (работ, услуг) любого назначения, установленная нормативными документами.

Возобновляемые и нетрадиционные источники энергии — это источники электрической и тепловой энергии, которые используют энергетические ресурсы рек, водохранилищ и промышленных водостоков, а также энергию ветра, солнца, редуцируемого природного газа, биомассы (включая древесные отходы), сточных вод и твердых бытовых отходов;

ВступлениеОсновные термины и определения. Энергосберегающие технологии и их важность. Топливо. Основные современные типы топлива. Способы рационального использования электроэнергии.

В промышленности и на производстве.

В быту. В сфере ЖКХ. Городская программа по сохранению энергии.

Традиционные методы производства электроэнергии. Тепловые электростанции. Гидроэлектростанции. Атомные электростанции.

Состояние и перспективы использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Традиционные и нетрадиционные источники энергии. Основные объекты нетрадиционной энергетики России.

4. Важность сохранения энергии в системах электроснабжения. 4.1 Организационные и технические действия для сохранения энергии. 4.2 Основные действия по сохранению энергии в системах электроснабжения предприятия. 4.3 Важность экономии электроэнергии при проектировании и использовании электроустановок.

Энергосбережение в центрах обработки данных (ЦОД) или дата-центрах

Экономия ресурсов — это набор мер, направленных на уменьшение потерь ресурсов как по их количеству, так и по их качеству.

Энергосбережение — это внедрение законодательных, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, которые способствуют эффективному использованию энергетических ресурсов и включению возобновляемых источников энергии в экономический процесс.

Технологии, способствующие экономии ресурсов и энергии — это комплекс мер, включающих законодательные и организационные шаги, социально-экологические и финансово-экономические действия, научное и образовательное сопровождение, информационно-нормативные и технологические инновации, направленные на уменьшение потерь и повышение эффективности использования сырья.

Сокращение потребления энергии способствует подключению новых потребителей при минимальных затратах на развитие инфраструктуры. Также это помогает решить проблемы, связанные с отчуждением санитарно-защитных зон, что негативно отражается на выделении земельных участков для строительства новых объектов генерации при небходимости.

Вопрос экологии является одной из ключевых задач в области энергосбережения. Один из наиболее эффективных способов уменьшения воздействия человека на окружающую среду — это повышение эффективности использования энергии, включая применение энергосберегающих технологий.

Факторы, способствующие увеличению энергосбережения в различных отраслях:

▪ модернизация и реструктуризация топливно-энергетического комплекса;

▪ повышение надёжности работы энергетических установок;

◆ Расширение ассортимента продуктов преобразования энергетических ресурсов;

◆ Диверсификация топливно-энергетических ресурсов;

◆ Оптимальное использование альтернативных и местных источников энергии;

◆ Увеличение эффективности использования энергии путем разработки и внедрения новых технологий и оборудования;

◆ Реализация существующего потенциала по энергосбережению, включая уменьшение потерь энергии, использование вторичных энергоресурсов и т.д.;

◆ Развитие ядерной и водородной энергетики;

◆ Использование биологических отходов (биотоплива) в промышленных масштабах для производства энергии и теплоты;

◆ Развитие нетрадиционных возобновляемых источников энергии на основе Солнца, недр Земли, ветра, водных потоков и др.;

К 2008 году количество персональных компьютеров, используемых по всему миру, превысило 1 миллиард, и специалисты прогнозируют, что к 2014 году это число удвоится. Известно, что каждый год миллиарды долларов теряются из-за потерь электроэнергии от неэффективных источников питания для персональных и домашних электронных устройств, многие из которых продолжают потреблять энергию, даже когда выключены, но остаются подключенными к сети.

Из-за роста стоимости электроэнергии и ужесточения экологических стандартов по энергетическому и радиационному загрязнению среды в развитых странах, все производители переходят на технологии снижения потребления электроэнергии для ПК и периферийных устройств, особенно в состоянии простоя и ожидания. Это относится как к мониторам, принтерам, так и к различной бытовой технике.

Покупая технику, люди все больше обращают внимание на уровень энергопотребления. В настоящее время в персональных компьютерах предусмотрены различные способы экономии электроэнергии, такие как автоматическое отключение жестких дисков после простоя, переход монитора в спящий режим, который можно выйти по нажатию клавиши или по сигналу от устройства. Эти функции настраиваются в BIOS или в операционной системе. Чтобы предотвратить старение и ухудшение изображения монитора, во всех ОС предусмотрены заставки, которые активируются через определенный промежуток времени и отключаются при нажатии любой клавиши.

По сути, невозможно охватить все множество вопросов, связанных с энергосбережением, в коротком обзоре из-за его многообразия. Кроме того, сегодня энергосбережение тесно связано с развитием новых железных, программных и организационных технологий в сфере IT, а также соответствием экологическим требованиям. Поэтому мы ограничимся исключительно конечными потребителями IT-рынка и условно разделим его на несколько сегментов:

— Центры обработки данных (ЦОД),

— Корпоративные пользователи,

— Энергосбережение в центрах обработки данных (ЦОД) или дата-центрах.

Эксперты считают, что на строительство и эксплуатацию крупных data-центров в России в течение пяти лет может уйти свыше 15 миллионов долларов. Подключение центра к сети в больших городах обходится практически так же дорого, как и само строительство. Сегодня примерно 80-90% data-центров приходится на Москву и Санкт-Петербург.

В бюджете российских ЦОД первое место занимают расходы на поддержку, которые составляют более 40% (по данным опроса СNewsAnalytics). Затраты на электроэнергию обычно занимают второе место, составляя 20-25%.

· Использование эффективных систем кондиционирования и охлаждения ЦОД, таких как системы свободного охлаждения, может значительно увеличить затраты. Несмотря на их большие размеры и высокую стоимость по сравнению со стандартными решениями, благодаря использованию в течение "холодных" месяцев (до полугода) они значительно снижают энергопотребление, что позволяет быстро окупить затраты.

Раздел 4 ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ЭКОНОМИИ ЭНЕРГИИ

Тема 4.1 Способы сокращения потребления электроэнергии

1. Методы экономии электроэнергии при использовании компьютерной техники.
2. Автоматическое отключение компьютера.
3. Замедление работы процессоров.
4. Применение низковольтных систем питания.

В настоящее время вопросам сокращения расхода электричества уделяется все большее внимание. Это связано с несколькими причинами:

Во-первых, количество вычислительной техники постоянно увеличивается. Согласно данным Uptime Institute, потребление электроэнергии в центрах обработки данных в США выросло на 39% за период с 1999 по 2005 год.

В-третьих, серверы вырабатывают значительное количество тепла. Например, для сервера крупной компании, потребляющего 30 кВт на стойку, требуется оборудование, эквивалентное по мощности двум бытовым кондиционерам, для их охлаждения.

Экономия ресурсов

Путем разумного выбора методов управления, аппаратного обеспечения, инфраструктуры питания и охлаждения можно сэкономить большие суммы. Например, использование энергосберегающего сервера позволяет сэкономить средства на электричество в течение трех лет до уровня стоимости самого сервера. Существует семь основных способов экономии электроэнергии:

1. отключение неиспользуемого ИТ-оборудования от питания;
2. объединение серверов, центров хранения и обработки данных;
3. включение функции управления питанием центрального процессора;
4. Использование высокоэффективных блоков питания для ИТ-оборудования;
5. Применение высокоэффективных систем бесперебойного питания (ИБП);
6. Использование передовых методов охлаждения оборудования.

Метод №1. Отключение неиспользуемого ИТ-оборудования

Проблема заключается в том, что ИТ-оборудование потребляет избыточную энергию даже при небольших нагрузках. Серверы обычно используются только на 5–15%, ПК — на 10–20%, приданные запоминающие устройства (ЗУ) — на 20–40%, а сетевые ЗУ — на 60–80%. Даже если эти устройства не используются (то есть их загрузка гораздо ниже «штатной» производительности), они все равно потребляют электроэнергию. Типичный сервер x86 потребляет 30–40% максимальной мощности, даже если не выполняет никакой работы. За каждую секунду простоя приходится платить, ничего не получая взамен.

Самый очевидный шаг — определить, какие вычислительные системы имеют низкую загрузку, и выключить их. Но даже если система обслуживает только одно малоиспользуемое приложение, принятие решения об отключении ее работы может вызвать сопротивление. Необходимо найти более эффективные способы поддержки этого приложения. Стремление к экономии энергии и эффективному управлению ИТ должно преобладать над расточительством.

Еще один способ — выявить и предотвратить использование неэффективного программного обеспечения, которое создает излишние нагрузки на процессор. Переход на более эффективное программное обеспечение поможет уменьшить нагрузку на процессор, что позволит вычислительной платформе обрабатывать больше данных при том же уровне энергопотребления.

Второй способ. Объединение серверов, центров хранения и обработки данных

Проблема остается прежней: ИТ-оборудование потребляет почти максимальное количество энергии, даже если оно недозагружено. Однако причина низкого уровня использования ресурсов теперь другая: приложения, ЗУ и другие компоненты центров хранения и обработки данных дублируются на аппаратном уровне или концентрируются в неподходящих местах.

Можно сократить количество блоков с низким КПД и заменить их более производительными системами. Компактные серверы обеспечивают более высокую плотность обработки данных при минимальном потреблении энергии. Увеличение энергоэффективности достигается благодаря тому, что каждый компактный сервер использует общие блоки питания, вентиляторы, подключение к сети и ЗУ, расположенные в одном компактном шасси.

Компактные серверы способны выполнить те же задачи, что и традиционные серверы, установленные в стойку, но при этом потребляют на 20-40% меньше энергии. Экономия электроэнергии также достигается за счет объединения блоков питания. Более крупные блоки питания эффективнее расходуют энергию.

Способ №3. Включение функции управления питанием ЦП

Более 50% энергии, необходимой для работы ПК, потребляет центральный процессор. Проблема заключается в том, что ЦП может потреблять больше энергии, чем необходимо. Производители микросхем, такие как Intel и AMD, разрабатывают энергосберегающие наборы микросхем, многоядерные технологии, позволяющие обрабатывать более высокие нагрузки при меньшем энергопотреблении. Однако существуют и другие способы сокращения энергопотребления центральным процессором.

Иногда современные процессоры обладают функцией управления энергопотреблением, которая позволяет оптимизировать использование энергии за счет динамического изменения производительности (зависящего от комбинаций частоты и напряжения) без необходимости перезагрузки. Когда процессор не используется, функция управления энергией снижает потребление энергии путем уменьшения производительности процессора.

Если процессор работает почти на полную мощность большую часть времени, эта функция может не принести больших преимуществ. Однако в типичных ситуациях изменения использования процессора она может привести к существенной экономии энергии.

Совет № 4. Использование эффективных блоков питания

Блок питания (БП) является вторым по величине потребителем энергии после центрального процессора (ЦП). Он преобразует переменный ток на входе в постоянный ток на выходе и требует около 25% энергетического потенциала ПК для выполнения этой задачи. Регуляторы напряжения (РН) в точке нагрузки занимают третье место по уровню потребления. Они преобразуют 12 В постоянного тока в ток разного напряжения, необходимый для процессора и наборов микросхем.

Таким образом, эффективность работы ПК зависит от эффективности внутреннего распределения питания и регулирования напряжения. Обычный блок питания имеет КПД около 80%, а иногда даже меньше (60–70%). В случае стандартного ПК с блоком питания, который работает с КПД 80%, и с регуляторами напряжения, имеющими КПД 75%, конечный КПД преобразования энергии сервера составит примерно 60%.

Вариант №5. Эффективное использование ИБП

Многие ЦОД не получают электропитание от обычных источников. Обычно питание поступает через систему бесперебойного питания (ИБП) к блокам обеспечения и распределения энергии (БРП), которые поставляют ток с нужным напряжением к стойкам и корпусам. Большинство БРП имеют КПД от 94% до 98%, поэтому эффективность инфраструктуры энергопитания зависит от эффективности преобразования энергии в ИБП. Сколько энергии ИБП потребляет для поддержания напряжения в рамках допустимых значений и обеспечения аварийного питания от аккумулятора в аварийных ситуациях? Очень много.

В конце прошлого века появились новые переключающие устройства с биполярным транзистором, имеющим изолированный затвор (IGBT), что привело к увеличению частоты переключений. Это, в свою очередь, привело к сокращению потерь энергии при конвертации, и эффективность многих ИБП достигла 85-90%. Самые современные компактные ИБП могут работать с КПД до 97%.

Способ №6. Улучшение методов охлаждения

От 30 до 60% энергетических затрат тратится на поддержание систем охлаждения. Эта цифра может быть еще выше, если системы охлаждения расположены неэффективно или работают неправильно. Применение простых и доступных по цене методов может увеличить пропускную способность системы охлаждения и уменьшить расходы.

Интегральный эффект

Комбинация энергоэффективного ИТ-оборудования, энергосберегающей инфраструктуры питания и стратегии охлаждения приводит к интегральному эффекту.

Предположим, у нас имеется сервер 1U, который потребляет 300 Вт электричества. Для его работы в обычном центре обработки данных пришлось бы использовать около 1341 Вт внешней энергии. Затраты на электропитание сервера составили бы 3,5 тыс. долларов, что почти равно его стоимости.

Теперь допустим, что у нас есть передовое оборудование — энергосберегающий сервер, системы распределения питания и охлаждения. Теперь сервер 1U для своей работы нуждается всего в 696 Вт энергии от внешней сети. За три года это передовое оборудование и методы позволят сэкономить более 1,7 тыс. долларов только на оплате электроэнергии.

Тема 4.1 Ресурсо- и энергосбере­гающие технологии использова­ния вычислительной техники

Разработка технологий для повторного использования различных материалов способствует экономии материальных и людских ресурсов при работе с вычислительной техникой. Современные компьютеры используют энергосберегающие технологические решения.

Студент должен быть осведомлен:

— об экономии материальных и людских ресурсов при использовании вычислительной техники;

— об энергосберегающих технологических решениях, используемых в современных компьютерах;

— с применением энергосберегающих технологических решений в современных компьютерах.

— важности экономичного использования материальных и людских ресурсов.

— развитии информационной культуры учащихся, внимательности, аккуратности, дисциплинированности, усидчивости.

Развитие интереса к учению, улучшение самоконтроля и освоение навыков конспектирования — вот основные цели занятия.

Ход занятия предполагает изучение понятия амортизации (или износа), который означает процесс старения компонентов персонального компьютера, особенно системного блока.

Очевидно, что со временем ничто не становится более новым: в конечном счете, все материалы подвержены разрушению в результате естественного старения. Помимо времени, на износ влияют другие факторы: наличие движущихся частей, высокая температура, вредное окружающее воздействие и другие.

Проблема повышенной температуры — одна из ключевых проблем в области компьютерной техники. Когда все внутренние устройства персонального компьютера (процессор, блок питания, печатные платы, приводы, жесткие диски) работают, они вырабатывают значительное количество тепла. Перегрев отдельных компонентов системного блока может привести к сбоям и поломке всего компьютера.

Чтобы обеспечить эффективную циркуляцию воздуха в передней части корпуса системного блока, можно установить дополнительный вентилятор.

Если вентилятор блока питания втягивает воздух внутрь, то передний вентилятор должен вытягивать его изнутри наружу, и наоборот.

Для поддержания оптимальной температуры и хорошей вентиляции внутри корпуса системного блока ПК, важно правильно выбрать его расположение: избегать мест с прямым солнечным светом, близость к отопительным батареям и места, где воздух не может свободно циркулировать через корпус (например, в ниши с глухой задней стенкой).

При втягивании воздуха в корпус системного блока ПК, вентилятор Втягивает пыльные частицы.

Пыль, оседающая на печатные платы, может вызывать накопление статического электричества, что отрицательно сказывается на работе оборудования. Внутри приводов, например, CD-ROM, пыль оседает на считывающих головках, затрудняя чтение информации с носителей.

Потенциально опасными для настольных компьютеров и серверов являются нестабильные условия переменного тока (отключения, перенапряжения, скачки напряжения и т. д.).

Выключение электропитания может оказаться особенно опасным для серверов компьютерных сетей, поскольку они хранят информацию, используемую многими пользователями.

Перепады напряжения, иногда вызванные грозовыми разрядами, могут временно повысить номинальное напряжение электросети до 400-5600 В.

Перенапряжения — это кратковременные превышения нормального значения напряжения, длительность которых больше, чем у перепадов, но само превышение меньше.

Просадки напряжения — это кратковременные снижения входного напряжения, обычно вызванные изменением нагрузки в электросети (например, включение кондиционера, пылесоса, микроволновой печи или широкоформатного телевизора).

Полное отключение электропитания происходит из-за выхода из строя отдельных участков электрической сети.

Для решения указанных проблем обычно применяются сетевые фильтры и (или) устройства бесперебойного питания.

Сетевой фильтр похож на обычное удлинительное устройство, к которому подключаются различные устройства, но способен устранять импульсные помехи в электрической сети переменного тока.

Как правило, фильтр оснащен индикатором, выключателем и встроенным предохранителем, который срабатывает в случае резкого изменения напряжения или его перегрузки, защищая компьютер и другие технические устройства, подключенные к фильтру.

Устройство внутренней части сетевых фильтров

Уникальный текст: Фильтр для подавления высокочастотных помех имеет различные модели. Например, у модели TRG он выполнен простой схемой с одним дросселем и двумя конденсаторами. В то время как фильтр модели THV более совершенен и имеет два дросселя и четыре конденсатора.

TRG модель фильтра THV модель фильтра

Источники бесперебойного питания (ИБП, UPS) — это более надежное и дорогое решение, которое подключается к настенным розеткам и обеспечивает защиту системного блока, монитора и других устройств.

Независимо от перепадов напряжения, кратковременных понижений или полного отключения, ИБП берут на себя ответственность за обеспечение стабильного напряжения на выходе.

При полном отключении ИБП переходит на батарейное питание и может поддерживать работоспособность подключенных устройств в течение 5-30 минут, в зависимости от его мощности и емкости батареи.

Когда возникают проблемы в электросети, ИБП использует светодиоды или звуковые сигналы, чтобы предупредить пользователя. Затем пользователь может сохранить данные на жестком диске или другом устройстве и выключить компьютер.

Также используются специальные административные программы для мониторинга ИБП, которые соединяют компьютер и ИБП информационным кабелем. Когда происходит событие в сети, программа фиксирует его и отправляет информацию администратору по электронной почте. Программа мониторинга также может закрыть все приложения и выключить компьютер.

Существуют два типа ИБП: интерактивные (line-interactive) и постоянно действующие (online).

Интерактивные источники бесперебойного питания (ИБП) проводят фильтрацию входящего переменного напряжения и осуществляют повторную фильтрацию при подаче его на подключенные устройства. При изменении входного напряжения ИБП корректирует (уменьшает либо увеличивает) сигнал, чтобы обеспечить необходимое выходное напряжение.

В случае полной недоступности электросети такие ИБП переключаются на режим работы от аккумуляторов. При этом время переключения составляет около 8 наносекунд, что остается незамеченным для компьютера.

Для стабильного обеспечения питания компьютера постоянно действующие ИБП используют батареи и преобразователи (инверторы) постоянного тока. В отличие от интерактивных ИБП, они пропускают всю поступающую электроэнергию через свою батарею и переходят в режим питания от батарей, когда напряжение входной электросети упадет ниже определенного порога. Энергия из электросети используется преимущественно для зарядки батарей.

ИБП обеспечивают питание оборудования от своих батарей, поэтому перебои в электроснабжении не вызывают перерывов из-за переключения режимов. Однако такие ИБП обычно дороже интерактивных.

Рейтинг ИБП (УПС) измеряется в вольт-амперах (ВА), в то время как мощность, потребляемая нагрузкой, измеряется в ваттах (Вт).

Для определения необходимой мощности ИБП для работы с определенной нагрузкой необходимо умножить мощность на коэффициент мощности, который обычно составляет 0,7.

Разумно иметь дополнительную мощность ИБП от 25–30% до 50%. Например, если мощность, потребляемая нагрузкой (например, ПК), составляет 300 Вт, то подойдет ИБП мощностью 400 ВА (400х0,7 = 320 Вт), но лучше использовать ИБП мощностью 600 ВА (600х0,7= 420 Вт). Это также увеличит время автономной работы устройств, подключенных к ИБП, с нескольких до десяти и более минут.

Для обеспечения работоспособности в течение длительного времени после прекращения электроснабжения используются источники бесперебойного питания с повышенной мощностью, бензиновые и дизельные генераторы (мотор-генераторы) и другие подобные устройства.

Мотор-генераторы могут быть как однофазными, так и трехфазными. Они бывают резервными и основными. Резервные установки предназначены для кратковременной работы (от 3–7 до 15–20 часов). Они отличаются компактными размерами (20–100 кг) и мощностью от 0,5 до 10 КВт.

Основные станции служат для непрерывной и длительной работы. Обычно они оснащены мощными дизельными двигателями с принудительным жидкостным охлаждением и имеют мощность от 6 до 300 кВт, а их вес составляет около 300 кг.

Любые модели резервных электростанций должны быть оборудованы блоками автоматики, которые позволяют автоматически включать и выключать системы в нужный момент времени. Например, при временном отключении централизованного электроснабжения такая система должна автоматически подключиться к потребителям электроэнергии, а при его восстановлении также автоматически перевести резервную установку в режим ожидания, оставив потребителей подключенными к централизованной системе.

Использование топлива в дизельном двигателе более эффективно, чем в бензиновом, и обладает почти в два раза большим сроком службы, однако его стоимость примерно в 2,5 раза выше. Бензиновые двигатели обычно работают на бензине А-92 (А-95) и имеют четырехтактную систему. Их расход топлива примерно в два раза выше, чем у дизельных агрегатов. При нагрузке от 50 до 85% от номинала дизельный двигатель расходует 0,25 литра топлива на 1 киловатт-час, в то время как бензиновый двигатель расходует 0,5 литра топлива на 1 киловатт-час.

Некоторые из наиболее известных устройств для обеспечения резервного электропитания — это аккумуляторы.

Они широко используются для поддержания работы компьютеров (особенно серверов) в случае отключения энергии в электросети.

Для компаний, которые не могут установить дизель-генератор, компания INELT Intelligent предлагает три варианта ИБП (устройства бесперебойного питания) линейно-интерактивного типа с общей емкостью 1000, 2000 и 3000 ВА. Например, ИБП Inelt Intelligent 1000 LT имеет напряжение 24 В и емкость 268 Ач, что достаточно для поддержания работы оборудования емкостью 750 ВА в течение не менее 10 часов. Такой ИБП можно подключить к компьютеру через порт RS-232.

Сохранение электроэнергии играет важную роль, поэтому современные персональные компьютеры предоставляют возможность остановки жестких дисков после определенного периода простоя, выключения монитора и перехода в спящий режим (минимальное потребление энергии, из которого можно выйти нажатием клавиши или сигналом от устройства, такого как сетевая карта).

Настройка этих опций осуществляется через BIOS или средства операционной системы.

Для предотвращения старения монитора и ухудшения изображения во всех операционных системах предусмотрен экран-хранитель — специальная анимированная заставка, появляющаяся через определенный промежуток времени и выход из которой осуществляется нажатием любой клавиши.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие требования к энергосбережению предъявляются к рабочему месту для размещения комплекса технических средств информатизации?

2. Требования к организации рабочего места с использованием компьютера

3. Как сохранить рабочую клавиатуру в хорошем состоянии и на долгое время

Ссылки на дополнительные материалы (печатные и электронные источники)

1. Гребенюк Е.И., Гребенюк Н.А. Технические средства информатизации издательский дом «Академия»-Москва, 2007 /стр.250-256/

2. Яшин В.Н. Информатика: аппаратные средства персонального компьютера: Учеб. пособие / – М.: ИНФРА-М, 2008. —254 с.

Список использованной литературы

Основная литература

1. Гребенюк Е.И., Гребенюк Н.А. Технические средства информатизации издательский дом «Академия»-Москва, 2007 – 272 с

2. Глушаков С.В. Персональный компьютер: учеб.пособие для сред.проф.образования.-М.;Владимир:АСТ;ВКТ,2008.-475 с.

3. Максимов Н. В. Архитектура ЭВМ и вычислительных систем.-М.:ФОРУМ:ИНФРА-М, 2005.-511 с.

4. Великанов В.Э. IBM PC для пользователя.- М.:ИНФРА-М,2003.- 640с.

5. Микрюшкин В.Ю. Информация, информатика, информационные системы, компьютер, сети: учеб.пособие для сред. проф. образования.- Ростов-н/Д: Феникс, 2007.- 448 с.

Дополнительная литература

Дополнительная литература:

1. Яшин В.Н. Информатика: аппаратные средства персонального компьютера: Учеб. пособие / – М.: ИНФРА-М, 2008. —254 с.

2. Леонтьев В.П. Новейшая энциклопедия персонального компьютера.- ОЛМА-ПРЕСС Образование, 2006. — 734 с

3. Гук М. Аппаратные интерфейсы ПК: Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2010. 528с.

4. Гук М. Аппаратные средства локальных сетей: Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2010. -634с

5. Информатика в школе: Приложение к журналу "Информатика и образование". № 5 — 2007. — М.:Образование и Информатика, 2007.

6. Ольга Юрьевна Заславская. Учебник информатики: полный курс подготовки к ЕГЭ. — Москва: издательство "Эксмо", 2009 год.