ENEA - Futurambiente

UNITÀ TECNICA EFFICIENZA ENERGETICA UNITÀ TECNICA ICT CENTRO RICERCHE CASACCIA EFFICIENZA E RISPARMIO ENERGETICO NELL’USO DEL COMPUTER Settembre 2010 1) QUADRO DI RIFERIMENTO
Impatto ambientale complessivo dai Personal Computer
Nell'ultimo decennio sono stati effettuati diversi studi finalizzati ad individuare l'impatto ambientale dei PC e dei
monitor; la maggior parte di questi, a partire da quello sull'etichettatura ecologica (Ecolabel ) del 1998 per
giungere fino a quello svolto nel corso del 2003 dal “TU Berlino/Frauenhofer IZM”, riferiscono che - per un PC
i
tradizionale per l'ufficio - il consumo di energia primaria durante l'utilizzo è di tre o quattro volte più alto
dell'energia primaria richiesta per la fabbricazione e la produzione dei materiali, mentre i costi energetici/crediti di
smaltimento dei rifiuti e del riciclaggio sono trascurabili (<15% dell'energia per la produzione). Da notare che
questo è il risultato che si ottiene per un PC medio per l'ufficio, utilizzato otto ore al giorno (incl. modo d'attesa o
stand-by) per oltre 260 giorni.
Un PC portatile è in genere il 50% - 80% più efficiente in termini energetici di un desktop, ma è anche molto più
leggero (da 1.1 Kg a 2 kg contro > 8 kg per un desktop). Anche in questo caso pertanto il consumo di energia
durante il ciclo di vita del prodotto costituirebbe il fattore dominante.
Possiamo quindi affermare che la valutazione dell'impatto ambientale complessivo di un PC è essenzialmente
dipendente dalla potenza elettrica assorbito dallo stesso.
Potenza media assorbita dai Personal Computer (Fonte Energystar)
Analizzando i consumi dichiarati dai produttori di hardware, si denota che il funzionamento di un tipico PC da
tavolo (desktop) richiede dai 150 ai 250 Watt di potenza.
i
280
260
240
220
200
Potenza [W]
180
160
ON
Attesa
Shut-Down
140
120
100
80
60
40
20
0
Server piccolo
PC economico
PC Multimediale
Workstation
PC Portatile
PC Portatile
economico
PC Portatile
grande
Nel caso dei desktop c’è da sommare, ai valori di cui sopra, il consumo energetico legato al monitor.
La potenza richiesta da quest’ultimo oscilla tra i 25 Watt, richiesti da uno schermo LCD 17 pollici di ultima
generazione, sino ad arrivare ai 122 Watt richiesti nell’impiego di uno schermo CRT 21 pollici.
Nella pagina seguente si riporta il grafico relativo ai consumi di tali periferiche suddivisi per tipologia.
2
140
120
Potenza [W]
100
80
ON
Attesa
Shut-Down
60
40
20
0
17" CRT per
sistema
17" LCD per
sistema
19" LCD
economico
19" LCD per
sistema
21" CRT
22" LCD
economico
22" LCD alta
gamma
Considerazioni sullo spreco energetico durante l'uso dei Personal Computer
Per spreco energetico durante l'uso dei PC intendiamo l'energia consumata in assenza di qualsivoglia utilizzo del
PC stesso, ovvero quando il PC è lasciato inattivo e quindi inutilmente acceso. Vari studi dimostrano quanto il
fattore umano abbia un’importanza fondamentale nella “produzione” dello spreco energetico in quanto lo stesso è
essenzialmente legato ad una gestione non ottimale del PC da parte dell’utente nei momenti del suo non utilizzo.
Una ricerca svolta in Inghilterra dalla “Tickbox for the National Energy Foundation” (NEF) tra il 25/08/2006 ed il
04/09/2006, su un campione di 1233 intervistati ha riscontrato che:
•
•
•
Il 69.3% dichiara di spegnere regolarmente il computer dell’ufficio ogni sera;
Il 22.8% dichiara di lasciare il computer dell’ufficio acceso almeno tre volte la settimana;
Il 16.9% dichiara di non spegnere mai il computer dell’ufficio.
E’ lecito supporre che tali risultati possano essere considerati campione rappresentativo anche in altri paesi
industrializzati facenti parte dell’Unione Europea.
Come ridurre lo spreco energetico
Con l’uso di mirati accorgimenti sarebbe possibile limitare i consumi elettrici dei Personal Computer (fino al 70%
del totale) semplicemente tenendo spento il PC quando non viene utilizzato. Tuttavia ciò comporterebbe che ogni
singolo utente attivi opportunamente i parametri della propria postazione di lavoro in modo da forzarne lo stato di
riposo (“stand-by”) durante i periodi di inattività (pausa pranzo, etc) e l’effettivo spegnimento al termine della
giornata di lavoro.
Come emerge dalla citata ricerca del NEF, tali comportamenti “virtuosi” sono però applicati solo parzialmente
laddove le azioni da adottare per la riduzione del consumo energetico siano lasciate all'iniziativa dei singoli utenti;
di conseguenza per aumentare l'efficacia di queste soluzioni per il risparmio energetico occorre individuare
approcci più organici.
Il sistema qui esaminato per il contenimento dei consumi elettrici in ambito aziendale è un’applicazione che,
sfruttando appieno le moderne tecnologie, permette di limitare o sospendere l’alimentazione della macchina e
delle periferiche quando vengono rilevati periodi di inattività prolungata.
3
2) SOLUZIONE APPLICATIVA ESAMINATA
Le postazioni di lavoro che utilizzano la piattaforma Windows prevedono già la possibilità di utilizzare la funzione
di riposo (stand-by) e tale funzione deve essere impostata sul singolo PC in base alle necessità dell'utente finale,
con conseguenti difficoltà a mantenere uniformi ed ottimali le configurazioni stesse. E' inoltre difficile valutare
adeguatamente l'impatto sul consumo energetico dell'utilizzo di tali funzioni in quanto non esistono strumenti di
reportistica in grado di evidenziare i consumi di energia dei singoli PC durante le 24 ore.
La soluzione proposta “PowerMAN” è una suite di prodotti che utilizzando le funzionalità descritte per i PC
Windows le gestisce ed amministra centralmente consentendo l'applicazione di politiche generalizzate all'intera
popolazione di utenti, suddividendoli, se necessario, in gruppi specifici. Questa modalità di utilizzo della suite è
applicabile solo per PC già definiti all'interno di un dominio Windows; in assenza di tale requisito (come nel caso
della sperimentazione avvenuta presso il C.R. Casaccia) occorre applicare le politiche scelte con specifiche e
semplici attività da intraprendere sulle singole postazioni di lavoro.
Inoltre “PowerMAN” è in grado di produrre un insieme di report che descrivono l’effettivo consumo energetico del
complesso dei PC gestiti, consentendo quindi di valutare appieno l'effetto delle politiche adottate per ridurre il
consumo di energia durante le ore di inattività delle postazioni di lavoro.
“PowerMAN” è altamente flessibile e permette diverse strategie di riduzione dell’energia, può essere distribuito
semplicemente e rapidamente a diversi gruppi di utenti e computer. E’ completamente integrato con Microsoft
Windows ®Server e può essere implementato utilizzando built-in di Windows o strumenti simili.
I report sono disponibili in una grande varietà di formati tabellari e grafici in modo da potersi adattare a
diverse necessità; i dati prodotti possono essere esportati verso altri sistemi per ogni necessità.
“PowerMAN” offre 3 possibili livelli di risparmio energetico:
1. Shutdown(Power Off)–E’il metodo più efficiente oltre che estremo ai fini del risparmio energetico.
2. Hibernate(S4)–Stesso risparmio energetico di shutdown ma con ripristino entro 30 sec. circa.
3. Sleep(S1-S3)–Minor risparmio energetico ma consente un rapido ripristino dopo pochi secondi. Il
consumo energetico si riduce al 3% del valore in condizioni di uso normale.
La suite analizza lo stato del sistema e dei suoi componenti (disco, memoria, tastiera, mouse) ed attiva
automaticamente gli opportuni livelli di risparmio energetico secondo le politiche di risparmio scelte.
“PowerMAN” supporta le seguenti piattaforme
•
•
Client–Windows 2000 Professional, XP Professional,
Windows 2003 Server and Windows Vista Server Server –Windows Server 2000, 2003 and 2008
ed è progettato per integrarsi con Windows ActiveDirectory/GroupPolicy(GPO) infrastructure.
4
3) SPERIMENTAZIONE EFFETTUATA PRESSO IL C.R. CASACCIA DELL’ENEA
Per avere una valutazione sufficientemente precisa del risparmio dei costi energetici (“cost-saving”) in ENEA si è
proceduto con un test effettuato su un numero limitato ma statisticamente rilevante di PC ed utenti presso il
Centro della Casaccia.
Infatti il “cost saving” è funzione delle caratteristiche dell’ambiente di lavoro in cui “PowerMAN” viene istallato,
inclusi i comportamenti tipo degli utenti e la potenza nominale media delle apparecchiature interessate.
Il test è stato sviluppato su due fasi:
1.
Simulazione: analisi dello spreco energetico simulando l'applicazione delle politiche scelte; su i 44
Personal Computer configurati non viene attivato ne lo stand-by, ne lo spegnimento
2. Attivazione delle politiche di risparmio: analisi dello spreco energetico effettivo dopo aver reso attive su
32 Personal Computer configurati le regole definite.
Il componente Power Manager della suite “PowerMAN” è stato installato su tutti i Personal Computer oggetto del
test mentre per l’analisi e l’ elaborazione dei dati relativi allo spreco energetico è stato utilizzato il sito web di
Data Synergy dove si è utilizzato il componente PowerMAN Enterprise Server
Si riporta di seguito l’architettura di riferimento:
PowerMAN Enterprise
Server
WEB
ENEA
Power MAN
Data
Synergy
Power MAN
5
FASE 1 - Simulazione
La Fase 1 si è protratta per 6 settimane (dal 17 Febbraio al 30 Marzo).
Durante il test è stato analizzato il comportamento dei PC durante tutte le 24 ore giornaliere (festività comprese).
Il numero medio di PC collegati tiene conto del fatto che alcuni sistemi potevano già essere in condizioni di Power
Off per l’assenza dell’utente dal proprio posto di lavoro.
La percentuale media dei PC collegati è un utile parametro per ipotizzare quanti PC possono essere
effettivamente considerati attivi sull’intera popolazione e per la durata di un anno.
I risultati ottenuti sono riportati nei grafici che seguono:
ANDAMENTO DELL'INATTIVITA'
200,00
ORE
150,00
100,00
Ore di inattività
50,00
17
/0
20 2 /2
/ 0 01
0
23 2 /2 0
/0 1 0
26 2 /2
/ 0 01
01 2 /2 0
/ 0 01
04 3 /2 0
/ 0 01
0
07 3 /2 0
/0 1 0
10 3 /2
/ 0 01
13 3 /2 0
/ 0 01
0
16 3 /2 0
/0 1 0
19 3 /2
/ 0 01
22 3 /2 0
/ 0 01
0
25 3 /2 0
/0 1 0
28 3 /2
/ 0 01
3/ 0
20
10
0,00
GIORNI
N° totale di PC configurati
44
N° MEDIO PC collegati
24,88
% PC collegati
54,98
TOT. ORE INATTIViTA’
5.257,00
6
02
/
19 201
/0
0
2/
2
21
0
/0 1 0
2/
23 201
/0
0
2/
25 201
/0
0
2
27 /20
/0 1 0
2/
01 201
/0
0
3
03 /20
/0 1 0
3/
05 201
/0
0
3/
07 201
/0
0
3
09 /20
/0 1 0
3/
11 201
/0
0
3/
13 201
/0
0
3/
2
15
0
/0 1 0
3/
17 201
/0
0
3/
19 201
/0
0
3
21 /20
/0 1 0
3/
23 201
/0
0
3
25 /20
/0 1 0
3/
27 201
/0
0
3/
29 201
/0
0
3/
20
10
17
/
Kg
02
19 /20
/0 10
2
21 /20
/0 1 0
2
23 /20
/0 10
2
25 /20
/0 10
2
27 /20
/0 10
2
01 /20
/0 1 0
3
03 /20
/0 10
3
05 /20
/0 10
3
07 /20
/0 10
3
09 /20
/0 10
3
11 /20
/0 10
3
13 /20
/0 10
3
15 /20
/0 1 0
3
17 /20
/0 10
3
19 /20
/0 10
3
21 /20
/0 10
3
23 /20
/0 10
3
25 /20
/0 1 0
3
27 /20
/0 10
3
29 /20
/0 1 0
3/
20
10
17
/
KWh
ENERGIA CONSUMATA PER INATTIVITA'
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
GIORNI
N° totale di PC configurati
44
N° MEDIO PC collegati
24,88
N° totale di PC configurati N° MEDIO PC collegati
44
24,88
% PC collegati
54,98
% PC collegati
54,98
kW/PC
0,200
Energia Inattiva (kWh)
1.051,40
EMISSIONE DI CO2 IN CONSEGUENZA DELL'INATTIVITA'
18,00
16,00
14,00
12,00
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
GIORNI
Kg di CO2/KWh Emissione CO2 Inatt (Kg)
0,43
452,10
7
FASE 2 - Attivazione
La fase 2 si è protratta per 3 settimane (dal 24 Aprile al 14 Maggio) utilizzando gli stessi criteri della FASE 1.
Questa la politica di risparmio applicata:
−
−
Stand by dopo 15 minuti di inattività
Hibernate a partire dalle ore 18,00 dei giorni feriali dopo 15 minuti di inattività (le festività sono in
condizioni di hibernate a meno di eccezioni decise dall’utente)
I risultati ottenuti sono riportati nei grafici che seguono:
ANDAMENTO DELL'INATTIVITA'
80,00
70,00
60,00
ORE
50,00
40,00
ORE DI INATTIVITA'
30,00
20,00
10,00
26
/
24
/
04
/2
01
0
-10,00
04
/2
01
0
28
/0
4/
20
10
30
/0
4/
20
10
02
/0
5/
20
10
04
/0
5/
20
10
06
/0
5/
20
10
08
/0
5/
20
10
10
/0
5/
20
10
12
/0
5/
20
10
14
/0
5/
20
10
0,00
GIORNI
N° totale di PC configurati
N° MEDIO PC collegati
% PC collegati
TOT. ORE INATTIVITA’
32
20,52
64,14
730,25
8
04
/2
01
0
04
/2
01
26
0
/0
4/
20
10
27
/0
4/
20
10
28
/0
4/
20
10
29
/0
4/
20
10
30
/0
4/
20
10
01
/0
5/
20
10
02
/0
5/
20
10
03
/0
5/
20
10
04
/0
5/
20
10
05
/0
5/
20
10
06
/0
5/
20
10
07
/0
5/
20
10
08
/0
5/
20
10
09
/0
5/
20
10
10
/0
5/
20
10
11
/0
5/
20
10
12
/0
5/
20
10
13
/0
5/
20
10
14
/0
5/
20
10
25
/
24
/
Kg
04
/2
01
0
04
/2
01
26
0
/0
4/
20
10
27
/0
4/
20
10
28
/0
4/
20
10
29
/0
4/
20
10
30
/0
4/
20
10
01
/0
5/
20
10
02
/0
5/
20
10
03
/0
5/
20
10
04
/0
5/
20
10
05
/0
5/
20
10
06
/0
5/
20
10
07
/0
5/
20
10
08
/0
5/
20
10
09
/0
5/
20
10
10
/0
5/
20
10
11
/0
5/
20
10
12
/0
5/
20
10
13
/0
5/
20
10
14
/0
5/
20
10
25
/
24
/
KWh
ENERGIA CONSUMATA PER INATTIVITA'
16,00
14,00
12,00
10,00
8,00
6,00
4,00
2,00
0,00
-2,00
GIORNI
N° totale di PC configurati
N° MEDIO PC collegati
% PC collegati
ENERGIA Inattiva (kWh)
32
20,52
64,14
146,05
CO2 EMESSA PER INATTIVITA'
7,00
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
-1,00
GIORNI
N° totale di PC configurati N° MEDIO PC collegati
32
20,52
% PC collegati
64,14
Kg di CO2/KWh Emissione CO2 Inatt (Kg)
0,43
62,80
9
CALCOLI CONCLUSIVI
Per poter interpretare e confrontare i dati raccolti sono state assunte le seguenti ipotesi di lavoro:
−
Calcolo dello spreco settimanale di un Personal Computer
N° ore inattive / N° medio di PC) / N° settimane test
−
Media PC collegati / Media PC configurati nel test = 60,30% (media delle due fasi)
−
Media totale PC collegati/ PC configurati = 60,30%
−
N° settimane/anno = 52 (coerente con l’assunzione che il numero medio di PC collegati è il 60% del totale)
Le tabelle seguenti riassumono i risultati del test in ENEA (estrapolati a 1000 PC):
SITUAZIONE PRECEDENTE ALL’APPLICAZIONE DELLA POLITICA DI RISPARMIO (1.000 PC)
N° settimane test
6
Ore di inattività test
5.257,00
N° Medio di PC Collegati
24,88
Ore Inattività media 1 PC /settimana
35,21
N° sett / anno
52
Inattività media 1 PC 1 anno (ore)
1.831,15
Percentuale media di PC attivi
60,30%
N° PC Casaccia
1.000
N° medio PC Casaccia attivi
603
Ore di inattività Casaccia 1 anno
1.104.181,29
Potenza PC kW
0,2
Costo Kwh (EUR)
0,12
Kg CO2/kWh
0,43
kWh inatt Casaccia / anno
220.836,26
kg CO2 emessa x Inatt Casaccia/anno
94.959,59
Tab.1
Situazione prima dell’ applicazione della politica di risparmio su 1.000 PC
10
SITUAZIONE SUCCESSIVA ALL’APPLICAZIONE DELLA POLITICA DI RISPARMIO (1.000 PC)
N° settimane test
3
Ore di inattività test
730,25
N° Medio di PC Collegati
20,52
Ore Inattività media 1 PC /settimana
11,86
N° sett / anno
52
Inattività media 1 PC 1 anno (ore)
616,73
Percentuale media di PC attivi
60,30%
N° PC Casaccia
1.000
N° medio PC Casaccia attivi
603
Ore di inattività Casaccia 1 anno
371.888,71
Potenza PC kW
0,2
Costo kWh (EUR)
0,12
kg CO2/kWh
0,43
kWh inatt Casaccia / anno
74.377,74
kg CO2 emessa x Inatt Casaccia/anno
31.982,43
Tab.2
Situazione dopo l’ applicazione della politica di risparmio su 1.000 PC
Dal confronto dei dati prima e dopo l’applicazione della politica di risparmio energetico, attraverso l’utilizzo di
PowerMAN, si è ottenuto un potenziale risparmio di circa 147 MWh.
11