Korištenje i potrošnja složenih uređaja - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 151 . koriŠtenje i potroŠnja sloŽenih

SVEUČILIŠTE U ZAGREBU FAKULTET ELEKTROTEHNIKE I RAČUNARSTVA

DIPLOMSKI RAD br. 151

KORIŠTENJE I POTROŠNJA SLOŽENIH UREĐAJA

Marko Poljak

Zagreb, srpanj 2009.

Zahvaljujem svom mentoru doc.dr.sc. Zdenku Šimiću zbog velike pomoći tokom stvaranja ovog diplomskog rada, gosp. Mati Števanja i tvrtki Tectra za ustupanje instrumenta te dipl.ing. Tomislavu Žganecu bez čije pomoći ne bi

bio moguć velik dio praktičnog rada.

Sažetak U ovom diplomskom radu se razmatraju mogućnosti upravljanja

potrošnjom električne energije u računalima.

Opisano je najprije općenito upravljanje potrošnjom u kućanstvima koristeći mjerače potrošnje. Potom je opisan razvoj upravljanja potrošnje i njegove funkcije kod glavnog predmeta analize: računala.

Praktični dio ovog diplomskog rada opisuje provedena mjerenja potrošnje računala: prvo sa standardnim postavkama za upravljanje potrošnjom, a nakon toga sa namještenim postavkama za uštedu električne energije. Dobiveni rezultati mjerenja su analizirani i uspoređeni.

Na kraju su opisani svjetski standardi u štednji energije te uspoređeni sa provedenim eksperimentima u ovom diplomskom radu. Rezultati eksperimenta su jako bliski teoretskim rezultatima te je zaključeno da godišnja ušteda električne energije na većoj skali, poput one jednog fakulteta, može biti značajna.

Abstract This diploma thesis covers the features of Power Management in

computers.

First it talks about Power Management in an ordinary household by using power meters and then it describes the development and functions of Power Management on this work’s subject: computers.

The experimental part of this thesis covers the measuring of the computer electricity consumption: first with default power settings and afterwards with power saver settings. These results were then compared and analyzed.

The last part covers the issue of the world standards on saving power and compares them with this work’s experiments. The experimental and the theoretical results are very similar and it is concluded that the electricity consumption on a grander scale, such of one university, could be significant.

Sadržaj

1. Uvod ................................................................................................................................ 1

1.1. Uvodna riječ i cilj rada .................................................................................. 1

1.2. Općenito o upravljanju potrošnjom .............................................................. 1

2. Upravljanje potrošnjom u računalima ......................................................................... 3

2.1. Napredno upravljanje potrošnjom (APM) ..................................................... 3

2.2. Napredna konfiguracija i energetsko sučelje (ACPI) ................................... 6

2.2.1. Globalna stanja potrošnje sustava ....................................................... 7

2.2.2. Stanja potrošnje komponenti računala ................................................. 8

2.2.3. Stanja potrošnje procesora ................................................................... 9

2.2.4. Upravljanje performansama računalnih komponenti i procesora ......... 9

2.2.5. Ostale funkcije ACPI-a ......................................................................... 9

2.3. Prepreke upravljanju potrošnjom ............................................................... 11

2.3.1. Hardversko ometanje ......................................................................... 11

2.3.2. Mrežno ometanje ................................................................................ 12

2.3.3. Softversko ometanje ........................................................................... 12

2.4. Upravljanje potrošnjom u MS Windows operativnim sustavima ................ 13

2.4.1. Upravljanje potrošnjom u MS Windows XP operativnom sustavu ...... 13

2.4.2. Upravljanje potrošnjom u MS Windows Vista operativnom sustavu ... 15

3. Mjerenje potrošnje grupe računala ........................................................................... 17

3.1. Opis eksperimenta ..................................................................................... 17

3.1.1. Opis instrumenta ................................................................................ 17

3.1.2. Predmet eksperimenta ....................................................................... 18

3.1.3. Pristup mjerenju .................................................................................. 19

3.2. Mjerenje potrošnje računala sa standardnim postavkama ........................ 19

3.2.1. Podešavanje računala i uređaja ......................................................... 19

3.2.2. Rezultati mjerenja ............................................................................... 20

3.2.3. Razmatranje prvog dijela eksperimenta ............................................. 21

3.3. Mjerenje potrošnje računala sa postavkama za maksimiziranje uštede energije ................................................................................................................. 22

3.3.1. Podešavanje računala i uređaja ......................................................... 22

3.3.2. Rezultati mjerenja ............................................................................... 22

3.3.3. Razmatranje drugog dijela eksperimenta ........................................... 24

3.4. Usporedba rezultata mjerenja potrošnje grupe računala ........................... 26

3.4.1. Analiza cijelog eksperimenta .............................................................. 26

3.4.2. Odabir i usporedba ............................................................................. 27

4. Mjerenje potrošnje jednog računala ......................................................................... 30

4.1. Opis eksperimenta ..................................................................................... 30

4.2. Rezultati mjerenja ...................................................................................... 31

4.2.1. Rezultati potrošnje električne energije sa standardnim postavkama .. 31

4.2.2. Rezultati potrošnje električne energije sa štednim postavkama ......... 32

4.3. Usporedba rezultata mjerenja potrošnje jednog računala ......................... 34

4.3.1. Analiza cijelog eksperimenta .............................................................. 34

4.3.2. Usporedba mjerenja sa standardnim i štednim postavkama .............. 34

5. Usporedba rezultata sa svjetskim standardima ...................................................... 36

5.1. Energy Star i 1- Watt inicijativa .................................................................. 36

5.2. Usporedba sa Energy Star računalima ...................................................... 37

6. Zaključak ....................................................................................................................... 40

Popis literature ..................................................................................................................... 41

Popis slika............................................................................................................................. 42

Popis tablica ......................................................................................................................... 43

Popis oznaka i kratica

ACPI Advanced Control and Power Interface

APM Advanced Power Management

BIOS osnovni ugrađeni softver (engl. Basic Input-Output System)

CPU centralna procesna jedinica (engl. Central Processing Unit)

CRT zaslon temeljen na staklenoj katodnoj cijevi (engl. Cathode Ray Tube)

engl engleski

EPA američka agencija za zaštitu okoliša (engl. Environmental Protection Agency)

FER Fakultet Elektrotehnike i Računarstva

IEA međunarodna energetska agencija (engl. International Energy Agency

LBNL Lawrence Berkeley National Laboratory

MS Microsoft

OSPM upravljanje potrošnje kontrolirano operativnim sustavom (engl. Operating System-directed configuration and Power Management)

PC osobno računalo (engl. Personal Computer)

Uvod

1

1. Uvod

1.1. Uvodna riječ i cilj rada Posljednjih nekoliko desetljeća složeni uređaji poput računala i televizora

su se sve više počeli upotrebljavati u poslovnom i kućnom okruženju. Zbog nagle ekspanzije u broju takvih uređaja nije bilo nikakvo iznenađenje da će se, pogotovo zbog njihove mogućnosti interakcije i upravljanja vlastitim radom, početi razvijati tehnologije kontrole i smanjenja potrošnje električne energije. Cilj ovog diplomskog rada je pokazati na koji način i koliko se može uštedjeti električne energije korištenjem ugrađenih opcija u složenim uređajima.

1.2. Općenito o upravljanju potrošnjom Trenutni način mjerenja potrošnje električne energije bivši kanadski

ministar Dwight Duncan je usporedio sa vožnjom automobila bez indikatora za gorivo i kupnjom goriva bez da znamo njegovu cijenu [1]. Međutim, danas postoje uređaji koji daju mogućnost upravljanja potrošnjom električne energije u kućanstvima od strane običnog korisnika. To se prvi put ostvarilo pojavom vatmetara specifično namijenjenih mjerenju potrošnje pojedinih kućanskih aparata (engl. Appliance energy meters). Uz pomoć takvih uređaja korisnik je mogao prepoznati koji uređaji troše najviše električne energije te one koji uzimaju velike količine energije i dok su ugašeni (tzv. fantomski teret1

). Primjeri ovakvih uređaja su Kill A Watt, Plugwise i Watts Up [2].

Slika 1: Primjer uređaja za mjerenje potrošnje pojedinačnih kućanskih aparata

1 O „fantomskom“ teretu opširnije u poglavlju 5.1.

Uvod

2

Unaprjeđenje ovog koncepta je došlo pojavom mjerača potrošnje u domaćinstvu (engl. Home energy monitor). S ovakvim uređajem korisnici električne energije su dobivali povratne informacije u stvarnom vremenu o njihovoj potrošnji pa su mogli prilagoditi svoje potrošačke navike. Studije pokazuju uštedu od 4 – 15 % [3]. Primjeri ovakvih mjerača su The Energy Detective, Eco-eye i Cent-a-meter.

Posljednjih godina mjerači potrošnje su došli na sasvim viši nivo razvoja gdje nude dvosmjernu komunikaciju između korisnika i pružatelja električne energije. Tzv. pametni mjerači (engl. Smart Meters), poput prijašnjih uređaja mjere i prikazuju potrošnju te kvalitetu struje u određenom kućanstvu, ali također sve podatke šalju operateru na analizu (primjer takvog uređaja na slici 2). Prema tome, pružatelj usluge može prilagođavati cijenu energije u realnom vremenu, ovisno o opterećenju. Korisnik bi preko pametnih mjerača mogao vidjeti kad je najisplativije uključiti uređaje sa velikom potrošnjom i rasporediti opterećenje preko dana. Na taj način ne bi uštedio samo korisnik, već i pružatelj usluge budući ne bi morao uvoditi dodatne izvore energije samo da pokrije vršne vrijednosti potrošnje.

Slika 2: Primjer pametnog mjerača sposobnog za mjerenje potrošnje električne energije, vode i plina

Međutim, dvosmjerna komunikacija ne može postojati bez pametne mreže koja bi, uz energiju, služila i za prijenos informacija te je to zasad najveća prepreka realiziranju ove ideje budući je još velika većina električne mreže sagrađena duboko u prošlom stoljeću. Zbog toga, na primjeru SAD-a, još uvijek manje od 6 % populacije ima pametan mjerač u svom domaćinstvu [4].

Međutim, umjesto bavljenja cjelokupnim kućanstvom, ovaj rad će se fokusirati na samo jedan uređaj. Budući računala imaju najviše opcija za podešavanje, opisivat će se upravljanje njihovim radom i potrošnjom.

Uvod

3

Prema tome, slijedeće poglavlje donosi opis razvoja i funkcija upravljanja potrošnjom u računalima, te neke prepreke koje ga mogu onemogućiti.

Treće i četvrto poglavlje pokrivaju eksperimentalni dio ovog diplomskog rada gdje se mjeri električna potrošnja računala, prvo sa standardnim postavkama za upravljanje potrošnjom, a nakon toga sa namještenim postavkama za uštedu električne energije.

U petom poglavlju se uspoređuju praktični rezultati sa teoretskim kalkulacijama te se iz toga izvodi zaključak.

Upravljanje potrošnjom u računalima

3

2. Upravljanje potrošnjom u računalima

2.1. Napredno upravljanje potrošnjom (APM) Upravljanje potrošnjom (engl. Power Management) predstavlja mogućnost

određenih elektroničkih uređaja poput kopirki, računala i računalne periferije (monitora, printera) gašenja ili prebacivanja trenutno neaktivnog sustava u stanje sniženje potrošnje (eng. low-power state) [5]. Razlozi za to su višestruki:

• produženje rada prijenosnih sustava na baterijskom napajanju,

• smanjenje radne temperature (a pritom i zahtjeva na hlađenje),

• smanjenje buke2

• smanjenje potrošnje.

i

U ranijim danima osobnih računala, opcija za upravljanje potrošnjom nije postojala te su računala imala samo dva stanja: rad na 100 % snage ili 0 %, tj. ugašen. Prvi počeci upravljanja potrošnjom su se počeli pojavljivati sa prijenosnim računalima budući vrijeme rada na bateriji direktno ovisi o potrošnji. Zbog toga, može se reći da su neke osnove daljnjeg razvoja u ovom pravcu počele 1989. godine kad je Intel izdao procesor koji je mogao usporiti, prigušiti i čak ugasiti sebe i dijelove računala u svrhu produljenja rada na prijenosnim računalima. Posebnu važnost je dobilo samo usporavanje i gašenje procesora budući je to komponenta koja i u današnje vrijeme troši više električne energije od bilo koje druge komponente računala.

Godine 1992. Intel prvi put izdaje tehnologiju naprednog upravljanja potrošnje (engl. Advanced Power Management ili skraćeno: APM). APM je preko upravljačkog programa (engl. driver) u operacijskom sustavu komunicirao sa upravljačkim programima pojedinih komponenti kao i sa ugrađenim softverom u matičnoj ploči računala (BIOS). BIOS je preko tog APM upravljačkog programa dobivao informacije i upravljao računalnim komponentama (dovodio ih u stanje snižene potrošnje ili u potpunosti gasio). Drugim riječima, središte upravljanja potrošnjom je bio ugrađeni softver računala, a APM upravljački program je bio samo posrednik između njega i operacijskog sustava. Načini snižavanja potrošnje, koji su se u većem dijelu održali i do danas, su bili: usporavanje ili kompletno zaustavljanje

2 Smanjena radna temperatura znači manje zahtjeva na opremu za hlađenje komponenti.


4

procesorskog takta3

APM definira pet stanja potrošnje sustava [6]:

, usporavanje vrtnje tvrdog diska i snižavanje potrošnje ili potpuno gašenje računalnih komponenti poput grafičke ili zvučne kartice. Također, ekranima su, kao i danas, smanjivali potrošnju na način da bi prigušili pozadinsko osvjetljenje ili u potpunosti ugasili (zacrnili) ekran te (na CRT ekranima) po mogućnosti kompletno ugasili kontrolu snopa iz katodne cijevi.

• Računalo je upaljeno i na 100 % snage.

• APM uključen – procesorski takt se može usporiti ili zaustaviti. Predviđena ušteda energije je 0 – 25 %.

• APM pasivno stanje (engl. standby) – PC je u mirovanju (procesor ne obrađuje podatke i nema ulaznih ni izlaznih signala) pa je potrošnja procesora i drugih komponenti smanjena. Povratak u normalan rad je brz. Predviđena ušteda energije je 20 – 30 %.

• APM obustava (engl. suspend) – PC je u mirovanju i potrošnja je svedena na minimum. Procesorski takt je zaustavljen i računalne komponente su ugašene. Povratak u normalno stanje traje dulje vrijeme. U ovom slučaju, predviđena ušteda energije je 25 – 45 %.

• Računalo je ugašeno.

Komponente računala su bile kontrolirane sa strane APM upravljačkog programa u operativnom sustavu, ali i sa strane BIOS-a. APM je mogao narediti BIOS-u da prestane upravljati potrošnjom određene kompjutorske komponente i direktno preuzeti tu zadaću. Definira se četiri stanja potrošnje određene računalne komponente:

• Komponenta je upaljena i na 100 % snage.

• Komponenta je pod kontrolom APM-a – neke funkcije mogu biti onesposobljene ili se sve obavljaju na nižem stupnju djelovanja.

• Komponenta je u stanju snižene potrošnje – ne radi (nije u stanju obavljati nikakve funkcije), ali je upaljena da se može brzo vratiti u normalno stanje.

• Komponenta je ugašena.

3 Električna snaga procesora linearno ovisi o frekvenciji tj. procesorskom taktu.


5

Za jezgru procesora upravljanje potrošnjom je bilo drugačije od bilo koje druge računalne komponente jer je jezgra obično zadnja komponenta koja se ugasi, a prva koja se upali. Dok je APM samo omogućen ili u standby fazi, procesorski takt se može kontrolirati, ali jezgra se nikad ne gasi. Tek u APM suspend stanju, potrošnja same jezgre se svodi na minimum. Uz to, jezgrom procesora je mogao upravljati samo BIOS. APM upravljački program mu je mogao slati podatke o opterećenosti procesora, ali sve odluke su spadale pod njegovu domenu.

Postoje tri načina rada jezgre procesora, a to su:

• Rad na 100 % snage.

• Usporen procesorski takt – sporija brzina obrade podataka.

• Zaustavljen procesorski takt [7].

Međutim, APM je imao i svojih mana. Budući je nadgledao samo hardver, nije mogao „znati“ što se zapravo događa u operativnom sustavu. Drugim riječima, računala su znala ulaziti u neki od gornjih načina rada tijekom prezentacija i drugih aplikacija koje nisu zahtijevale podražaj od strane korisnika. Uz to, nije bilo standardnog korisničkog sučelja (često je dosta toga ovisilo o proizvođaču) i korisnici su većinom morali resetirati svoja računala i ući u postavke BIOS-a da bi promijenili postavke APM-a. Od svega toga, možda je ipak najgore bilo dvojno upravljanje komponentama, jer su one spadale pod domenu i APM upravljačkog sustava i BIOS-a, te je često znalo doći do konflikta i nestabilnosti. Sve to dovelo je do pojave nove tehnologije koja će svoje središte imati u operativnom sustavu umjesto u BIOS-u i ukinuće podrške za APM. Zadnja revizija, APM 1.2, bila je u veljači 1996. godine. Kronološki redoslijed na slici 3.

Slika 3: Kronološki redoslijed razvoja APM-a [8]


6

2.2. Napredna konfiguracija i energetsko sučelje (ACPI)

U prosincu 1996. godine Intel, Microsoft (MS) i Toshiba izdaju nasljednika APM-a nazvanog Advanced Configuration and Power Interface (skraćeno ACPI) koji se od svog prethodnika razlikovao u tome što je upravljanje potrošnje smješteno u operativnom sustavu, a BIOS je bio zadužen samo za komunikaciju sa hardverom (centralizirano upravljanje). Na taj način, sustav je mogao nadgledati sve što korisnik radi, dakle ne samo hardver, i prema tome reagirati. Na primjeru iz prijašnjeg poglavlja, prezentacije više nisu mogle biti prekinute jer je ACPI sustav preko operativnog sustava „znao“ koja je aplikacija pokrenuta i što korisnik trenutno radi. Ovakav koncept se pokazao uspješnim te se, zbog svoje stabilnosti, jednostavnosti i fleksibilnosti, koje su mu omogućile jednostavnu implementaciju u bilo koje računalo i operativni sustav, održao sve do danas. Od početnih tvrtki, koje su izdale ovu tehnologiju, razvoju su se pridružile još dvije: Hewlett – Packard i Phoenix, a zadnja revizija, ACPI 4.0, izašla je u lipnju 2009. godine.

Kad se aktivira na računalu, ACPI nalaže da operativni sustav ima kompletnu kontrolu nad svim aspektima upravljanja potrošnje i to se naziva OSPM, upravljanje potrošnje kontrolirano operativnim sustavom (po engl. nazivu Operating System-directed configuration and Power Management), a sustav koji to podržava OSPM kompatibilan sustav. Prvi koji je u potpunosti podržavao ACPI je bio MS Windows 98.

Što se tiče podrške za prijašnje sustave i hardver koji još funkcioniraju na stariji način gdje kontrola nije smještena u operativnom sustavu, ACPI isto nudi podršku na način koji je opisan u tablici 1.

Tablica 1: Ponašanje različitih tipova hardvera na operacijskim sustavima bez i sa ACPI [9]

Hardver Stariji operativni sustav ACPI operativni sustav Bez podrške za ACPI

Slažu se kao i uvijek. Operativni sustav nema podrške za ovakvu kontrolu potrošnje, te je ona ograničena samo na hardver.

Podržava i stariji sustav i ACPI

Isto kao u gornjem slučaju. Prilikom pokretanja korisniku se preporuči da se prebaci na ACPI i nakon toga sustav dobiva punu ACPI podršku.

Podržava samo ACPI

Upravljanje potrošnjom se ne može ostvariti.

Sustav ima potpunu ACPI podršku.


7

2.2.1. Globalna stanja potrošnje sustava ACPI definira globalna stanja sustava: radno, uspavano, meko gašenje i

mehaničko gašenje (engl. working, sleeping, soft off, mechanical off). Označeni su sa kraticama G0, G1, G2 i G3, gdje G dolazi od riječi globalno (engl. global).

2.2.1.1. Radno stanje – G0

Radno stanje je stanje u kojem računalo troši najviše električne energije, ali i najbrže reagira na vanjske podražaje te se aplikacije izvode u realnom vremenu. Snaga računalne periferije (koja uključuje monitor, CD-ROM, video adapter) se dinamički mijenja ovisno o postavkama potrošnje koje korisnik namješta.

2.2.1.2. Uspavano stanje – G1

U ovom stanju računalo troši male količine energije, korisničke aplikacije se ne izvršavaju i na vanjski pogled, računalo se čini ugašeno. Rad se može nastaviti bez ponovnog pokretanja sustava jer su sistemske informacije sačuvane. Ovo stanje se dijeli na više podstanja koja su označena od S1 do S5, gdje S dolazi od engl. sleeping:

• S1 – najniži oblik uspavanog stanja, nikakav sadržaj se ne gubi i povratak u radno stanje je skoro trenutno.

• S2 – slijedeći oblik se razlikuje od prijašnjeg samo u tome što procesor gubi unutarnju memoriju (engl. cache) koju onda održava operativni sustav.

• S3 – oblik uspavanog stanja gdje se sav sadržaj i napajanje gubi osim radne memorije.

• S4 – poseban oblik koji se u MS Windows operativnim sustavima naziva Hibernacija. To je stanje najveće uspavanosti gdje je sav hardver ugašen, a sadržaj radne memorije je sačuvan na tvrdom disku. Operativni sustav se mora ponovo pokrenuti i tada se učitava sadržaj sa tvrdog diska u radnu memoriju. Podrazumijeva se da na tvrdom disku ima barem onoliko slobodno mjesta kolika je veličina radne memorije.

• S5 – ovo je zapravo „meko ugašeno“ stanje, tj. G2 koje je opisano u slijedećem potpoglavlju.


8

2.2.1.3. Meko ugašeno stanje – G2

Meko ugašeno stanje, S5 i G2 su sinonimi i označavaju stanje gdje je računalo skoro potpuno ugašeno (ima minimum potrošnje), ali održava još minimum funkcija da se može probuditi na signal od nekih uređaja poput tipkovnice, mrežne kartice ili modema. Kao i S4 stanje, cijelo računalo se mora ponovo pokrenuti, ali razlikuje se od S4 jer ne sačuva sadržaj radne memorije i zbog toga je sličniji G3 stanju. Iako je računalo skoro kompletno ugašeno, još uvijek nije sigurno rastavljati računalo niti raditi na hardveru.

2.2.1.4. Mehanički ugašeno stanje – G3

G3 podrazumijeva stanje u kojem je cijelo računalo mehanički odvojeno od napajanja i nikakva struja ne prolazi kroz strujne krugove računala. U ovom stanju je sigurno raditi na računalu bez rizika od oštećenja opreme ili ugrožavanja radnika. Osim ugrađenog sata koji radi na svoju unutarnju bateriju, sama potrošnja računala je nula. Za povratak u radno stanje računalo se mora ponovno pokrenuti.

2.2.2. Stanja potrošnje komponenti računala Pojedine komponente u sustavu ulaze i izlaze iz pojedinih stanja potrošnje

dinamički i korisnik ne dobiva nikakve informacije o tome. Sustav može biti u radnom stanju, dok neke komponente mogu biti kompletno ugašene. ACPI definira četiri stanja u kojima se komponente mogu naći i označava ih sa kombinacijom slova D (od engl. naziva device) i brojevima od 0 do 3:

• D0 označava stanje kad je komponenta na najvećoj razini potrošnje i u potpunosti je aktivna, bez onesposobljenih funkcija.

• D1 i D2 stanja su prijelazna stanja u kojima komponenta smanjuje svoju razinu potrošnje, ali i gubi na svojoj funkcionalnosti. Ova stanja ovise i o pojedinoj komponenti, a neki proizvođači ih čak kompletno izbacuju.

• D3 je stanje u kojem je komponenta u potpunosti ugašena i ne izvršava nikakvu funkciju. Kontekst je u potpunosti izgubljen i komponenta se resetira kad se želi ponovo vratiti u funkciju.


9

2.2.3. Stanja potrošnje procesora Kao i u APM-u, procesor je komponenta računala koja se gleda odvojeno,

ali u ACPI se definiraju stanja procesora samo dok je sustav u G0, odnosno radnom stanju. Uz upravljanje taktom i performansama procesora, ovakva kontrola upotpunjuje cjelokupno upravljanje potrošnjom procesora.

Stanja potrošnje procesora se označavaju sa slovom C (od engl. naziva Central Processing Unit ili skraćeno CPU) i brojkom od 0 do n. C0 označava stanje gdje je procesor aktivan, izvršava sve naredbe i troši najviše snage, a C1, C2, …, Cn su uspavana stanja procesora u koja procesor ulazi dok je neaktivan. Tada troši manje energije, manje se zagrijava i ne izvršava naredbe. C1 stanje podržavaju svi procesori, a C2, C3, …, Cn su stanja sve manje potrošnje i zagrijavanja te su opcionalna. Uz to, gledajući vrijeme kašnjenja, odnosno vrijeme koje je potrebno da se procesor vrati u C0, ono je veće što je manja potrošnja i zagrijavanje. Također valja napomenuti da su stanja nakon C3 uvedena tek u ACPI 2.0 reviziji.

2.2.4. Upravljanje performansama računalnih komponenti i procesora

Još jedna nova tehnologija koja se pojavila dolaskom ACPI-a je upravljanje performansama pojedinih računalnih komponenti i samog procesora dok su u svom aktivnom stadiju, odnosno D0 i C0. Drugim riječima, unatoč činjenici da je uređaj aktivan i vrši zadaće, može se upravljati razinom njegove potrošnje na trošak njegovih performansi, tj. radnog učinka. Definiraju se stanja P0 do Pn gdje P predstavlja engl. riječ performance.

P0 je stanje maksimalne potrošnje i maksimalnog radnog učinka komponente ili procesora. P1 i sva stanja nakon toga označavaju stanja snižene potrošnje, ali i sniženih performansi. Pn je najniža razina i ovisi o proizvođaču, pritom uzimajući u obzir da n ne smije premašiti broj 16.

2.2.5. Ostale funkcije ACPI-a ACPI tehnologija nije osmišljena isključivo za upravljanje potrošnjom i

performansama računala, već pokriva i mnoga druga područja. U ovom potpoglavlju su navedena neka važnija.

U APM-u, tipka za gašenje računala ima samo jednu do dvije uloge koje se ne mogu mijenjati. Sa dolaskom ACPI-a, korisnik bira što će se dogoditi kad pritisne tipku za gašenje. To radi na principu da tipka, kad se pritisne, samo pošalje signal operacijskom sustavu, a na osnovu korisničkih postavki, sustav bira što će uraditi (kompletno ugasiti računalo, staviti ga u neko od uspavanih stanja ili možda čak ne napraviti ništa). Naravno, još uvijek postoji


10

prekidač koji automatski prekida strujni krug i stavlja sustav u mehanički ugašeno stanje.

Upravljanje potrošnjom prijenosnih računala dok su na baterijskom napajanju datira još od njihovih početaka. Kao što je rečeno u poglavlju 2.1, prijenosna računala i jesu razlog zbog kojeg se počelo razvijati upravljanje potrošnjom. Nije teško za očekivati da će se razvoj tog koncepta nastaviti i do danas. ACPI podržava tehnologiju koju naziva upravljanje baterijskim napajanjem (engl. Battery Management) i daje kontrolu nad baterijom operativnom sustavu. Na taj način, operacijski sustav može mijenjati ponašanje baterijskog napajanja (primjerice, mijenjajući granice kad se javlja signal za praznu bateriju). Također, baterijski sustav je obavezan slati podatke operacijskom sustavu o stvarima kao što su:

• dizajnirani kapacitet baterije,

• kapacitet baterije kad je zadnji put bila puna,

• trenutni kapacitet baterije,

• brzina pražnjenja i

• neke druge mjere stanja baterije.

Iz tih podataka operacijski sustav na jednostavan način izračunava (i prikazuje korisniku) preostali kapacitet baterije u postocima i predviđeno vrijeme rada na baterijskom napajanju:

𝑃 = 𝑝𝑟𝑒𝑜𝑠𝑡𝑎𝑙𝑖 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑒𝑡 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑗𝑒 [𝑚𝐴ℎ/𝑚𝑊ℎ]𝑧𝑎𝑑𝑛𝑗𝑖 𝑝𝑢𝑛𝑖 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑒𝑡 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑗𝑒 [𝑚𝐴ℎ/𝑚𝑊ℎ]

× 100 (1)

𝐿 = 𝑝𝑟𝑒𝑜𝑠𝑡𝑎𝑙𝑖 𝑘𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑒𝑡 𝑏𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑗𝑒 [𝑚𝐴ℎ/𝑚𝑊ℎ]𝑏𝑟𝑧𝑖𝑛𝑎 𝑝𝑟𝑎ž𝑛𝑗𝑒𝑛𝑗𝑎 [𝑚𝐴/𝑚𝑊]

(2)

gdje su:

P preostali kapacitet baterije [%],

L predviđeno vrijeme rada na baterijskom napajanju [h].

Uz to, operacijski sustav mora biti obaviješten kad se baterija vadi ili umeće u sustav.

Još jedan važan koncept u ACPI-u je toplinsko upravljanje (engl. Thermal Management) u kojoj operacijski sustav može imati veliku ulogu. Razlikuju se dva načina hlađenja, aktivni i pasivni.


11

Pasivni način funkcionira preko upravljanja performansama opisanom u potpoglavlju 2.2.4. Operacijski sustav snižava radni učinak pojedinih komponenti računala i time snižava njihovu potrošnju, a pritom i njihovu radnu temperaturu.

Aktivni, s druge strane, ne štedi na performansama, ali zahtjeva aktivno hlađenje, najčešće pomoću ventilatora.

Odabir načina hlađenja ovisi o korisniku i njegovim preferencijama. Ukoliko korisnik želi tiši i energetski efikasniji način rada, odabrat će pasivno hlađenje, ali pritom će se morati odreći određene razine performansi. Ukoliko korisnik želi veće performanse, odabrat će aktivno hlađenje, ali na taj način će povećati potrošnju i buku (zbog ventilatora). Ovo se može u prvu ruku vidjeti na primjeru prijenosnih računala sa MS Windows Vista operativnim sustavom koji imaju opcije za tri načina rada: visoke performanse, balansirano i štedni način. Dok su samo na baterijskom napajanju, većina korisnika će odabrati štedni način jer će im omogućiti najduže vrijeme rada. Ako netko odluči staviti visoke performanse, primijetit će da se baterija puno više troši i vrijeme rada će biti drastično kraće.

2.3. Prepreke upravljanju potrošnjom Unatoč činjenici da operativni sustav i hardver podržavaju upravljanje

potrošnjom, ipak postoje potencijalne barijere koje mogu onemogućiti dio ili čak kompletnu kontrolu potrošnje.

2.3.1. Hardversko ometanje Iako je upravljanje potrošnje podržano, moguće je da sustav ne podržava

neka određena stanja, primjerice S2 ili S3 u ACPI konfiguraciji. Težina problema nije velika jer svi noviji operativni sustavi podržavaju detaljnu konfiguraciju upravljanja potrošnje i stanja koja nisu podržana se jednostavno preskoče. Uz to, ponekad se nepodržane opcije mogu uključiti u ugrađenom softveru računala.

Smetnje mogu uzrokovati i starije verzije upravljačkog softvera komponenti ili čak i samog BIOS-a, ali jednostavna nadogradnja rješava problem.

Nerijetko se može dogoditi da vanjski dijelovi računala poput printera, bežične tipkovnice ili miša sprječavaju ili ograničavaju upravljanje potrošnjom. Također, promjene u osvjetljenju prostorije mogu uzrokovati reakciju kod optičkih miševa. Ako zamjena hardvera nije moguća, uvijek se mogu namjestiti restrikcije na hardver tako da problematična komponenta ne može „probuditi“ računalo.


12

2.3.2. Mrežno ometanje Umrežena računala su oduvijek bila problem za upravljanje potrošnjom te

su u dosta slučajeva znala potpuno izgubiti kontrolu potrošnje. Problem je u tome što, u većini slučajeva, sva umrežena računala mogu pristupiti jedno drugome i razmjenjivati podatke preko mreže. Korisnik na svom računalu može raspolagati sa svim drugim računalima koji su povezani s njegovim, kao što i sva druga računala na mreži mogu raspolagati s njegovim računalom. Zbog toga, ponekad je nemoguće ući u neki od stanja uštede energije.

Drugi problem je što neki serveri periodički šalju upite svim računalima na mreži da provjeri jesu li još uvijek spojeni tako da to može sprječavati procesor da ostane u neaktivnom stanju. Ako računalo i uđe u neki od stupnjeva sniženje potrošnje, moguće je da neće uspjeti odgovoriti na taj upit i server će automatski pretpostaviti da je računalo ugašeno te prekinuti mrežnu vezu.

Srećom, poboljšanja su napravljena na nekoliko načina. Neka računala samo pokrenu one komponente koje su potrebne da se odgovori na upit i onda nastave sa uštedom energije. S druge strane, neki imaju ugrađene mrežne kartice koje ne trebaju procesor ni druge komponente, već su same u stanju odgovoriti na takve automatske poruke.

2.3.3. Softversko ometanje Upravljanje potrošnjom može biti ometano i od strane nekih programa koji

se izvode u operativnom sustavu. Takvi programi zahtijevaju konstantan ili periodičan rad procesora, memorije, tvrdog diska ili nekih drugih komponenti i na taj način ne dopuštaju ulazak računala u neki od stupnjeva niže potrošnje električne energije. U takve programe spadaju određeni čuvari ekrana (engl. screensaver) koji učitavaju složene slike s tvrdog diska te se njihovo uključenje ne preporuča4

Uz to, neki programi imaju opciju automatskog spremanja stanja i dok su otvoreni, periodički zahtijevaju rad procesora i tvrdog diska. Na sreću, automatsko spremanje stanja se može većinom isključiti ili korisnik jednostavno može ugasiti takve aplikacije dok aktivno ne radi u njima. U ovu kategoriju spadaju i programi koji imaju zakazano izvršenje nekih zadatka u određeno vrijeme (poput MS Windows Update ili antivirusnih programa), ali i to se jednostavno nadgleda i podešava.

.

Za razliku od gornjih programa, postoje oni programi koji se izvode u pozadini i korisnik većinu vremena za njih nije niti svjestan. Neki od tih 4 Preporučeno je imati samo prazan ekran (engl. blank screen) kao čuvar ekrana


13

programa mogu zahtijevati rad od procesora ili drugih komponenti i time blokirati upravljanje potrošnjom. Rješenje ovakvog problema je složenije od prijašnjih primjera, ali je svejedno izvedivo pomoću alata operativnog sustava. U većini operativnih sustava se mogu nadgledati procesi koji trenutno rade, kao i programi koji se pokreću sa svakim paljenjem operacijskog sustava. Prema tome se mogu izdvojiti problematični programi i po mogućnosti ograničiti ili onesposobiti.

2.4. Upravljanje potrošnjom u MS Windows operativnim sustavima

Dosad je opisano upravljanje potrošnjom računala u općenitom smislu, njegova povijest i razvoj, mnoge opcije koje podržava, te neke blokade koje ga mogu onesposobiti. Međutim, oba eksperimenta sadržana u ovom diplomskom radu se izvode na računalima sa MS Windows operativnim sustavom. Zbog toga, slijedeća dva potpoglavlja obrađuju dva MS Windows operativna sustava koji se nalaze na računalima na kojima je provedeno mjerenje.

2.4.1. Upravljanje potrošnjom u MS Windows XP operativnom sustavu

Kada je MS Windows XP izdan 25. listopada 2001. godine, donio je mnogo sistemskih i vizualnih poboljšanja, a među njima i neka u upravljanju potrošnjom:

• Brže pokretanje sistema – važno zbog bržeg vraćanja iz stanja poput Hibernacije.

• Unapređenje koncepta Hibernacije – zahtijeva manje prostora na disku jer sažima podatke i ne zapisuje sadržaj cijele memorije, već ono najvažnije.

• Brže vraćanje iz uspavanih stanja – najveća važnost korisnicima prijenosnih računala jer su puno brže mogli nastaviti s radom.

• Bolju kontrolu procesora – mijenjanje frekvencije i napona procesora sa svrhom mijenjanja odnosa performanse – potrošnja (opisano u potpoglavlju 2.2.4).

MS Windows XP omogućava korisniku upravljanje potrošnjom ekrana, tvrdog diska i nudi odabir kada će se javiti standby stanje (S3) i hibernacija (S4). Prema tome nudi nekoliko unaprijed određenih shema potrošnje opisanih u tablici 2.


14

Tablica 2: Sheme potrošnje u MS Windows XP operativnom sustavu gdje gornje vrijednosti vrijede za napajanje preko električne mreže, a donje za baterijsko.

Shema potrošnje Gašenje ekrana

Gašenje tvrdog diska

Standby (S3 stanje)

Hibernacija (S4 stanje)

Kuća/Ured (Home/Office

Desk)

nakon 20 minuta nikad nikad nikad

nakon 5 minuta nakon 10 minuta nakon 5

minuta nakon 20

minuta

Prijenosno računalo

(Portable/Laptop)

nakon 15 minuta

nakon 30 minuta nakon 20 minuta

nakon 3 sata

nakon 2 minute nakon 5 minuta

nakon 15 minuta

nakon 2 sata

Minimalna kontrola potrošnje

(Minimal Power Management)


nakon 5 minuta nakon 15 minuta nakon 5

minuta nakon 3

sata Maksimalan rad

na bateriji (Maximize Battery

Life)

nakon 15 minuta nikad nakon 20

minuta nakon 45

minuta nakon 1 minute

nakon 3 minute nakon 2 minute

nakon 1 sata

Prezentacija (Presentation)

nikad nikad nikad nikad

nikad nakon 5 minuta nakon 15 minuta

nakon 2 sata

Uvijek upaljeno (Always On)


nakon 15 minuta nakon 30 minuta nikad nikad

Naravno, sve ove opcije se mogu mijenjati u istom izborniku gdje se odabiru, a moguće je i stvoriti svoju vlastitu shemu.

MS Windows XP također podržava namještanje funkcije tipke za gašenje, te se može podesiti da radi nekoliko stvari kad ga korisnik pritisne:

• Gašenje računala. • Standby (S3). • Hibernacija (S4). • Korisnik odlučuje svaki put kad se pritisne gumb. • Ne radi ništa.


15

Vlasnici prijenosnih računala imaju dodatne odabire za uštedu energije:

• Odabir što se dogodi kad zaklope prijenosno računalo (isti set odabira kao kod tipke za gašenje).

• Namještanje na koliko posto preostalog kapaciteta baterije će se javiti alarmi za niski i za kritični kapacitet, te odabir akcije koja će se tada poduzeti (većinom ulazak u S3 stanje za niski, a u S4 stanje za kritični kapacitet).

2.4.2. Upravljanje potrošnjom u MS Windows Vista operativnom sustavu

Izlaskom Windows Vista operativnog sustava 30. siječnja 2007. godine donesene su brojne inovacije u upravljanju potrošnjom električne energije te nudi korisniku puno više opcija naspram Windows XP ili bilo kojeg prijašnjeg operativnog sustava.

Prva stvar koju korisnik može primijetiti je promjena u shemama potrošnje koje se od MS Windows Vista operativnog sustava zovu planovi potrošnje. Vista nudi tri unaprijed određena plana potrošnje:

• balansiran – optimalne performanse i potrošnja, brzina procesora se adaptira na korisničku aktivnost.

• štedni – smanjenje performansi u svrhu što većeg smanjenja potrošnje, pogodan za što duži rad na baterijskom napajanju.

• plan visokih performansi – maksimum performansi, ali i najveća potrošnja. Nije preporučen za baterijsko napajanje.

Kao i u MS Windows XP operativnom sustavu, korisnik zadržava mogućnost mijenjanja postojećih ili dodavanja vlastitih planova potrošnje.

Tablica 3: Osnovne opcije u tri postojeća plana potrošnje gdje gornje vrijednosti vrijede za napajanje preko električne mreže, a donje za baterijsko

Shema potrošnje Gašenje ekrana

Gašenje tvrdog diska

Standby (S3 stanje)

Hibernacija (S4 stanje)

Balansiran (Balanced)

nakon 20 minuta

nakon 20 minuta nakon 1 sata nakon 18 sati

nakon 5 minuta

nakon 10 minuta

nakon 15 minuta

nakon 18 sati

Štedni (Power Saver)

nakon 20 minuta


nakon 3 minute

nakon 5 minuta

nakon 15 minuta nakon 18 sati

Visoke Performanse

(High Performance)

nakon 20 minuta

nakon 20 minuta nikad nakon 18 sati

nakon 20 minuta



16

U tablici 3, kao što je napisano, se nalaze samo osnovne opcije koje su zadržane iz MS Windows XP operativnog sustava. MS Windows Vista nudi mnogo više.

Hibridni san (engl. Hybrid Sleep), nova opcija u MS Windows Vista operativnom sustavu, osmišljen je za zaštitu od naglih prekida napajanja. Kao što je navedeno prije, S3 stanje (u MS Windows XP je pod nazivom Standby, u MS Windows Vista je Sleep) sprema sve podatke na radnu memoriju. Međutim, u slučaju naglog prekida napajanja, svi ti podaci su izgubljeni. Pri ulasku u hibridni san, operativni sustav sprema sve podatke u radnu memoriju, ali i na tvrdi disk. Tada, ako kojim slučajem dođe do naglog prekida u napajanju, operativni sustav će pri ponovnom pokretanju učitati podatke sa tvrdog diska (isto kao u pokretanju iz hibernacije).

Vista također nudi direktan način upravljanja potrošnjom procesora:

• minimum performansi – korisnik sam zadaje minimalnu razinu performansi do koje se procesor može spustiti.

• maksimum performansi – služi za ograničenje razine performansi procesora te se time može direktno kontrolirati njegova potrošnja.

Uz procesor, korisnik može upravljati i ostalim komponentama poput USB ulaza, grafičkih kartica i adaptera za bežično spajanje.

Dio prijašnjih problema sa mrežom je također sređen sa postavkama gdje se mogu definirati postupci pri dijeljenju multimedijalnih sadržaja preko umreženih računala. Na taj način se može:

• spriječiti računalo da uđe u uspavani način rada dok drugo računalo s njegovog tvrdog diska pušta neki multimedijalni sadržaj,

• dopustiti računalu da uđe u odsutni način rada koji također dozvoljava puštanje multimedijalnih sadržaja preko mreže i

• dopustiti računalu da uđe u uspavano stanje s napomenom da tada druga računala više neće moći puštati multimedijalni sadržaj s njegovog tvrdog diska.

Poput Windows XP operativnog sustava, Vista ima opcije za namještanje akcija koje se dogode kada korisnik pritisne gumb za gašenje ili zaklopi prijenosno računalo, sa dodatkom mogućnosti odabira akcije koja se dogodi kada korisnik klikne na virtualnu tipku za gašenje smješten u Start izborniku operacijskog sustava. Na taj način korisnik može prebaciti računalo u neki od načina rada sa uštedom energije jednostavnim pritiskom tipke miša.

Mjerenje potrošnje grupe računala

17

3. Mjerenje potrošnje grupe računala

3.1. Opis eksperimenta Koristeći instrument za mjerenje snage i energije tijekom određenog

vremenskog intervala mjerit će se potrošnja više računala, prvo sa standardnim postavkama, a potom sa namještenim postavkama za uštedu električne energije. Dobivena mjerenja će se potom usporediti u svrhu analiziranja uštede koju možemo ostvariti na ovaj način.

3.1.1. Opis instrumenta Instrument koji je korišten u mjerenju je C.A 8230 analizator kvalitete

struje sa grafičkim prikazom proizveden od strane Chauvin Arnoux grupe (slika 4).

Slika 4: C.A 8230 analizator kvalitete struje koji je korišten u eksperimentu [10]

Mjeri efektivne, maksimalne i minimalne vrijednosti struje i napona (600 V, 6500 A) kao i njihove vršne faktore, frekvenciju, faktor snage, snagu, energiju kroz zadano vrijeme (radnu, jalovu i prividnu), te nudi odabir mjerenja harmonika. Podržava trenutno slikanje svih karakteristika, kao i snimanje kroz određeno vrijeme koje sprema u ugrađenu memoriju za kasniju analizu. Instrument se također može spojiti na računalo i, uz pomoć programa koji se dobije s njim, ta mjerenja izvući i obraditi.


18

Slika 5: Primjer zaslona na C.A 8230 uređaju [10]

Funkcija koja je najviše koristila ovom mjerenju je mogućnost programiranja instrumenta da mjeri i snima na svoju memoriju zadane električne veličine u zadanom vremenskom intervalu. Instrument daje opciju namještanja datuma, sata i minuta kad će početi i kad će prestati mjeriti, kao i vrijeme integracije gdje korisnik određuje period preko kojeg će se računati srednja vrijednost svake veličine. Ponuđene vrijednosti za integraciju su 1 s, 5 s, 20 s, 1 min, 2 min, 5 min, 10 min i 15 min.

3.1.2. Predmet eksperimenta U ovom eksperimentu instrument je spojen da mjeri električnu potrošnju

seminara na Zavodu za visoki napon i energetiku na Fakultetu Elektrotehnike i Računarstva. U seminaru se nalazi osam računala dostupnih svim studentima FER-a od otvaranja u 8:00 do zatvaranja u 18:00, a podešena su da se gase svakim danom u 20:30.

Tablica 4: Konfiguracije računala u knjižnici na Zavodu za visoki napon i energetiku

Broj računala 2x 2x 4x Ekran Acer AL1716 Acer AL1716 Acer AL1716 Matična ploča Intel D865GLC Acer Veriton 2800 Intel D865GLC

Procesor Intel Pentium 4 (2.6 GHz)

Intel Pentium 4 (3.0 GHz)

Intel Pentium 4 (2.8 GHz)

Radna memorija 494 MB 504 MB 494 MB Grafička kartica Intel 82865G Intel 82945G n/a

Operativni sustav Windows XP Professional

Windows XP Professional

Windows XP Professional


19

Svaki student se prijavljuje na računalo koristeći svoje jedinstveno korisničko ime i šifru, te za svakog korisnika dok je prijavljen vrijede njegove vlastite postavke.

3.1.3. Pristup mjerenju Kao što je već spomenuto, ovo mjerenje ima dva dijela:

1. Mjerenje potrošnje električne energije grupe računala sa standardnim MS Windows XP postavkama za upravljanje potrošnje.

2. Mjerenje potrošnje električne energije grupe računala sa namještenim postavkama za maksimiziranje uštede energije.

Zbog dostupnosti računala svim studentima, dnevna potrošnja uvelike ovisi o studentskom rasporedu. Primjerice, na dane velike posjećenosti knjižnice, potrošnja bi mogla biti čak veća sa štednim postavkama od dana slabe posjećenosti bez štednih postavki. Uzimajući to u obzir, mjerenje se vršilo u vremenskom intervalu od dva tjedna da bi se na taj način lakše odabrali dani relevantni za korektnu usporedbu potrošnje.

3.2. Mjerenje potrošnje računala sa standardnim postavkama

3.2.1. Podešavanje računala i uređaja Uzimajući u obzir da će zanemarivo mali postotak studenata mijenjati

postavke upravljanja potrošnjom na javnom računalu, pa se sa određenom sigurnošću mogu pretpostaviti kao konstantne, u prvom dijelu mjerenja je bilo potrebno samo priključiti instrument na mrežu koja dovodi električnu energiju računalima u seminaru.

Standardne postavke upravljanja potrošnjom računala koji imaju operativni sustav MS Windows XP su Kuća/Ured, odnosno za stolno računalo:

• Gašenje ekrana – nakon 20 minuta. • Gašenje tvrdog diska – nikad. • S3 (Standby) – nikad. • S4 (hibernacija) – nikad.

Nakon spajanja na mrežu, instrument je namješten da mjeri sve električne veličine, uključujući harmonike, sa vremenom integracije od 5 minuta. Mjerenje se automatski vršilo kroz tjedan dana i spremalo na unutarnju memoriju uređaja. Početak mjerenja je bio 5. lipnja 2009. u 16:50, a završetak 11. lipnja 2009. u 16:40.


20

3.2.2. Rezultati mjerenja Instrument je mjerio potrošnju tijekom sedam dana (šest ako se zbroje

točno sati), od kojih su samo tri bila radna i u cijelosti snimljena (zbog vikenda i jednog blagdana kad nije bilo nastave). Na slikama 6 i 7, jasno se vidi porast snage tijekom tjedna, a time i nagli porast potrošnje:

Slika 6: Grafički prikaz radne snage tokom šest dana mjerenja

Slika 7: Grafički prikaz promjene potrošnje tokom šest dana mjerenja


21

Tablica 5: Odabrane relevantne vrijednosti za pojedine radne dane i za ukupno vrijeme (tri aktivna dana) – prvi interval mjerenja grupe računala

8.6.2009. 9.6.2009. 10.6.2009. ukupno

Vršna vrijednost snage [W] 861.9 777.6 758.6 861.9 Minimum snage [W] 33.5 34.0 33.8 33.5 Prosječna snaga [W] 286.5 262.9 212.8 254.1

Potrošena energija [kWh] 6.876 6.309 5.107 18.29

3.2.3. Razmatranje prvog dijela eksperimenta Iz tablice 5 se vidi da se najveća vršna snaga i najveća potrošnja dogodila

8. lipnja, te ne iznenađuje da je taj dan bilo najveće opterećenje.

Slika 8: Prikaz opterećenja na dan 8. lipnja 2009. (24 sata)

Iz slike 8 se jasno vidi najveće opterećenje na polovini dana (točnije, u 11:55), te pad opterećenja pri kraju dana (gašenje računala u 20:30).


22

3.3. Mjerenje potrošnje računala sa postavkama za maksimiziranje uštede energije

3.3.1. Podešavanje računala i uređaja U ovom dijelu eksperimenta bilo je potrebno namjestiti postavke

računala koje bi se odnosile na sve korisnike koji rade na tim računalima. Međutim, MS Windows XP ne podržava takvo centralno upravljanje, pa je jedini način bio instaliranje posebnog programa za grupne preferencije na svakom računalu, a potom instaliranje MS Windows Vista operativnog sustava na virtualnom računalu koje će kontrolirati opcije upravljanja potrošnjom na promatranih osam računala.

Opcije koje su namještene su:

• Gašenje ekrana – nakon 10 minuta. • Gašenje tvrdog diska – nakon 10 minuta. • S3 (Standby) – nikad. • S4 (hibernacija) – nakon 15 minuta, ali samo ako nitko nije trenutno

prijavljen na računalo.

S3 stanje je onesposobljeno jer bi korisnike svaki put odjavilo sa računala prije aktiviranja te zbog toga nije bilo praktično. Također je korisnicima oduzeto pravo pristupa i mijenjanja postavki upravljanja potrošnjom da bi u potpunosti eliminirali mogući utjecaj studenata na te opcije.

Instrument je ponovo namješten da mjeri i snima sve električne veličine sa harmonicima, uz vrijeme integracije od 5 minuta, međutim, vremenski interval je u ovom slučaju bio za jedan dan veći od prošlog (od 12. lipnja u 13:25 do 19. lipnja u 13:25), odnosno osam dana u tjednu ili sedam dana gledajući po broju sati. Razlog ovome je bio upravo u već navedenim problemima sa MS Windows XP operativnim sustavom i njegovom ograničenosti u namještanju jednakih postavki za bilo kojeg korisnika koji se prijavi na neko od računala. Kao rezultat toga, pola prvog i cijeli drugi radni dan u ovom mjerenju su bili bez postavki za uštedu energije.

3.3.2. Rezultati mjerenja Mjerenje od 12. lipnja i 16. lipnja je rađeno bez namještenih štednih

postavki (vikend i 15. lipnja se ne računaju jer su to bili neradni dani), a 17., 18. i 19. lipnja se mjerilo računala sa gore opisanim postavkama. Na slikama se odmah vidi da je opterećenje kroz drugi tjedan bilo puno veće.


23

Slika 9: Grafički prikaz radne snage tokom sedam dana mjerenja

Slika 10: Grafički prikaz promjene potrošnje tokom sedam dana mjerenja

U proračun nisu uzeti dani koji su samo polovično mjereni, dakle 12. lipnja i 19. lipnja, što i u ovom slučaju ostavlja tri dana, jedan bez i dva sa štednim postavkama.


24

Tablica 6: Odabrane relevantne vrijednosti za pojedine radne dane i za ukupno vrijeme (tri aktivna dana) –drugi interval mjerenja grupe računala

16.6.2009. 17.6.2009. 18.6.2009. ukupno

Vršna vrijednost snage [W] 889.1 876.8 906.4 906.4 Minimum snage [W] 33.9 33.6 33.0 33.0 Prosječna snaga [W] 325.9 251.5 364.8 364.8

Potrošena energija [kWh] 7.821 6.036 8.755 22.61

3.3.3. Razmatranje drugog dijela eksperimenta Vidljivo je da je 17. lipnja ušteda energije bila uspješna za razliku od

slijedećeg dana koji je imao rekordno visoku potrošnju od preko 8.5 kWh. Mogući razlozi tako visoke potrošnje leže u prijašnje spomenutom studentskom rasporedu i činjenici kako opterećenost knjižnice najviše ovisi o tome. Ipak, ne isključuje se mogućnost da su se postavke poremetile, pogotovo gledajući sliku 11.

Slika 11: Grafički prikaz opterećenja na dan 18. lipnja 2009. (24 sata)

Na grafičkom prikazu se vidi kako je opterećenje kroz cijeli dan visoko, što podrazumijeva veliku opterećenost. Međutim, činjenica da se seminar zatvara u 18:00, a opterećenje je nastavilo biti jako sve do 20:30 kada se računala automatski gase sugerira jedan od dva razloga:

1. Seminar je bio opterećen i nakon 18:00. Tu opciju ne valja odbaciti budući je grupa studenata mogla zamoliti dodatno vrijeme u seminaru.

2. Ulazak u neki od stanja snižene potrošnje je nekako bilo onemogućeno. Mogući razlozi su navedeni u potpoglavlju 2.3.


25

Na grafičkom prikazu opterećenja kroz cijeli tjedan (slika 9), može se vidjeti pad na nulu tijekom određenog vremenskog perioda (tokom 13. lipnja), a nakon toga nagli skok u opterećenju. Detaljnije se isto može vidjeti na tablici 7 i grafičkom prikazu na slici 12. Tablica 7: Prikaz prekida i kratkotrajnog skoka opterećenja 13. lipnja 2009.

Vrijeme Efektivna

vrijednost napona [V]

Efektivna vrijednost struje [A]

Radna snaga [W]

16:10:00 228.6 0.6 -37.04 16:15:00 228.9 0.0 -3.64 16:20:00 228.7 0.0 0.0

16:25 – 20:55 Snaga i struja nastavljaju biti nula 21:00:00 228.9 0.0 0.0 21:05:00 228.4 0.7 -149.7 21:10:00 228.1 2.0 -400.8 21:15:00 228.5 3.8 -786.0 21:20:00 228.4 3.5 -721.5 21:25:00 228.4 2.3 -471.2 21:30:00 228.4 1.7 -349.2 21:35:00 228.7 0.8 -146.4 21:40:00 229.0 0.8 -124.3 21:45:00 229.2 0.8 -124.0 21:50:00 229.3 0.8 -124.0 21:55:00 229.1 0.7 -109.6 22:00:00 228.8 0.6 -36.1

Nastavlja se minimalna potrošnja

Slika 12: Prikaz kratkotrajnog porasta opterećenja 13. lipnja 2009.


26

Budući je 13. lipnja subota i u knjižnici nema nikoga, može se pretpostaviti da je došlo do prekida u napajanju te je njegov povratak uzrokovao pokretanje računala što bi objasnilo nagli skok u opterećenju. Tada su vjerojatno proradile već namještene postavke koje su postupno vratile računala u ugašeno stanje.

3.4. Usporedba rezultata mjerenja potrošnje grupe računala

3.4.1. Analiza cijelog eksperimenta Cilj eksperimenta je na praktičan način ustvrditi razliku potrošnje grupe

računala sa različitim opcijama za uštedu energije i na taj način odrediti koliko se tim putem može uštedjeti električne energije (a pritom i novca). Eksperiment je u početku zamišljen kao mjerenje električne potrošnje seminara kroz jedan tjedan sa standardnim postavkama za uštedu, a potom mjerenje potrošnje seminara kroz drugi tjedan sa rigoroznijim postavkama za uštedu i na kraju provođenje usporedbe između ta dva tjedna. Međutim, takav scenarij se nije mogao ostvariti posve zadovoljavajuće zbog dva glavna razloga:

Činjenica da u MS Windows XP operativnom sustavu ne postoji opcija za nametanje jednakih štednih opcija za bilo kojeg korisnika koji se prijavi na računalo, već se za svakog korisnika učitavaju njegove vlastite postavke (ili standardne postavke ako korisnik nije ništa namještao). Na račun toga, Windows XP operativni sustav je često bio kritiziran te su zbog toga ispravili ovaj propust u njegovom nasljedniku, Windows Vista operativnom sustavu.

Činjenica da potrošnja seminara najviše ovisi o studentskom rasporedu i u kojoj mjeri studenti opterete knjižnicu. Stadiji uštede računala (Standby, hibernacija i drugi) se javljaju tek nakon zadanog perioda neaktivnosti. Ako su računala stalno opterećena dolaskom i odlaskom studenata, računalo neće imati prilike ući u zadani način rada. S druge strane, ako je posjećenost knjižnice manja, računalo će imati prilike „odmoriti se“. Taj efekt koji se nije mogao kontrolirati je unio pomutnju u mjerenja, te ga se jedino može otkloniti dugotrajnijim mjerenjem sa različitim postavkama. Budući je ovaj rad bio ograničen vremenski, dobivene numeričke rezultate se treba uzeti s rezervom. Međutim, eksperiment je svejedno postigao svoj cilj, a to je da pokaže učinkovitost opcija za upravljanje potrošnjom i pokaže potencijalnu uštedu. Više o tome u slijedećem potpoglavlju.


27

3.4.2. Odabir i usporedba Budući je očito kako se ne može uspoređivati cijeli tjedan, nakon analize

grafova opterećenja i potrošnje električne energije za pojedine dane, odabrana su dva dana za usporedbu.

U prvom tjednu mjerenja posjećenost seminara je bila puno manja od posjećenosti drugog tjedna, a uz to, najveća je vjerojatnost da su dva dana u istom tjednu (pogotovo jedan uz drugi) najbliži po posjećenosti, odnosno opterećenju knjižnice. Prema tome, za usporedbu su uzeti 16. i 17. lipnja.

U tablici 6 se moglo vidjeti da se vršna snaga u ta dva dana ne razlikuje previše (svega 12 – 13 W) što dalje potvrđuje pretpostavku o jako sličnoj posjećenosti knjižnice. Međutim, kad se pogleda prosječna snaga i potrošnja električne energije, razlike postaju puno veće. To je efekt uštede energije koji je predmet ovog rada.

U slici 13 se vidi usporedba dva dana koja se promatraju, 16. lipnja sa standardnim postavkama, a 17. lipnja sa namještenim postavkama za uštedu električne energije. Odmah nakon prvog porasta opterećenja, vidi se nagli pad u sustavu sa rigoroznijom uštedom energije čim je posustala aktivnost na računalima. U prvom danu na istom mjestu opterećenje također pada, ali zanemarivo malo u usporedbi s drugim (računala u prvom danu imaju namješteno samo gašenje ekrana nakon 20 minuta).


28

Slika 13: Usporedba grafičkih prikaza 16. i 17. lipnja 2009. (24 sata)

Nakon toga, potrošnja se do kasno popodne ne razlikuje previše (povremeni nagli propadi u drugom danu nakon kraće neaktivnosti). Međutim, na drugom grafu se jasno vidi vrijeme zatvaranja knjižnice i prorada hibernacije nakon 15 minuta neaktivnosti na računalima. Snaga pada na minimalnu vrijednost i računala troše identično kao da su ugašena. S druge strane, u prvom danu računala nastavljaju raditi i nakon zatvaranja knjižnice, sve do automatskog gašenja u 20:30 (što je također administratorska akcija s ciljem štednje električne energije).

Uspoređujući samo dio od zatvaranja knjižnice do automatskog gašenja, vidi se koliko energije odlazi na nikakvu aktivnost te koliko energetski efikasne mogu biti postavke za štednju energije u računalima.


29

Koristeći jednostavne formule, dobije se ušteda energije s obzirom na prvi dan:

𝑝 = (1 − 𝐸2𝐸1

) × 100 (3)

𝐶 = 𝐸1 − 𝐸2 (4)

gdje su:

p relativna ušteda električne energije [%],

C apsolutna ušteda električne energije [kWh],

E1 energija grupe računala u danima bez namještenih planova uštede [kWh],

E2 energija grupe računala u danima sa namještenim planom uštede [kWh].

Uzimajući podatke iz mjerenja, E1 = 7.82 kWh i E2 = 6.04 kWh, dobiju se slijedeći podaci:

• p = 22.8 % • C = 1.78 kWh

Na kraju, množeći vrijednost C sa troškom električne energije, u ovom slučaju 0.87 kn/kWh, dobije se ušteda od 1.55 kn, što je jednako godišnjoj uštedi na osam računala od 565.75 kn ili 70.72 kn po računalu.

Mjerenje potrošnje jednog računala

30

4. Mjerenje potrošnje jednog računala

4.1. Opis eksperimenta Koristeći isti instrument (opisan u potpoglavlju 3.1.1) za mjerenje snage i

energije tijekom određenog vremenskog intervala, mjerit će se potrošnja jednog računala, prvo sa standardnim postavkama, a potom sa namještenim postavkama za uštedu električne energije. Kao u prvom eksperimentu, dobiveni rezultati se analiziraju i računa se ušteda električne energije između ta dva načina rada.

Mjereno računalo se nalazi u uredu na Zavodu za visoki napon i energetiku na FER-u, a njegove specifikacije se nalaze u tablici 8.

Tablica 8: Konfiguracija uredskog računala na Zavodu za visoki napon i energetiku

Ekran dva Samsung SyncMaster 204T Matična ploča Gigabyte EX38-DS4 Procesor Intel Core 2 (2.4 GHz) Radna memorija 8190 MB Grafička kartica ATI Radeon X1650 Operativni sustav Windows Vista Business Service Pack 1

Poput prijašnjeg eksperimenta i ovaj je podijeljen na dva dijela:

1. Mjerenje jednog računala sa standardnim Windows Vista postavkama za upravljanje potrošnje električne energije.

2. Mjerenje jednog računala sa namještenim postavkama za uštedu električne energije.

Mjerenje se vršilo kroz tri dana za prvi i tri dana za drugi slučaj (24 sata dnevno) da se lakše odaberu dani za usporedbu, dok je vrijeme integracije skraćeno na 1 minutu da se bolje vide prijelazi sustava u uspavano stanje i hibernaciju.


31

4.2. Rezultati mjerenja

4.2.1. Rezultati potrošnje električne energije sa standardnim postavkama

Standardne postavke u MS Windows Vista operativnom sustavu za stolna računala su:

• Gašenje ekrana – nakon 20 minuta. • Gašenje tvrdog diska – nakon 20 minuta. • S3 (Sleep) – nikad. • S4 (hibernacija) – nikad / nakon 18 sati.

Analizom rezultata mjerenja kroz tri cijela dana (23. do 26. lipnja 2009.) ustvrđeno je da je najveća potrošnja bila u prva 24 sata mjerenja (od 16:45 do isto toliko slijedećeg dana).

Slika 14: Opterećenje u prva 24 sata mjerenja na standardnim postavkama uštede energije

Primjećuju se padovi u snazi koji indiciraju na jednu razinu upravljanja potrošnjom. To dokazuje da Windows Vista operativni sustav čak i sa standardnim postavkama poprilično dobro upravlja potrošnjom računala.

Budući je mjerenje (pa tako i graf) počelo u 16:45, razdoblje dulje neaktivnosti i snižene potrošnje u sredini grafičkog prikaza odgovara radu računala po noći, gdje računalo ima ugašen ekran i tvrdi disk. Tijekom noći vidimo nagli porast u potrošnji gdje je računalo probudilo procesor i tvrdi disk iz nepoznatog razloga, najvjerojatnije zbog skidanja nadogradnji sa interneta ili izvršenja nekog zakazanog zadatka.


32

4.2.2. Rezultati potrošnje električne energije sa štednim postavkama

Postavke koje su bile namještene za druga tri dana (1. do 3. srpnja 2009.) su:

• Gašenje ekrana – nakon 10 minuta. • Gašenje tvrdog diska – nakon 15 minuta. • S3 stanje (Sleep) – nakon 15 minuta. • S4 stanje (hibernacija) – nakon 15 minuta.

Gledajući graf na slici 15, koji prikazuje opterećenje kroz sva tri dana mjerenja, primjećuje se nedostatak upravljanja potrošnjom kakav bi trebao biti namješten. Od tri dana, samo je prvi koristio odabrane postavke za uštedu, dok se tijekom ostala dva nisu aktivirale postavljene postavke.

Slika 15: Opterećenje tokom tri dana mjerenja sa namještenim štednim postavkama

Razlozi za ovo mogu biti brojni, a njihov opis i neka rješenja za uklanjanje su detaljnije objašnjena u potpoglavlju 2.3. Nažalost, radi ograničenog vremena, nije se moglo više eksperimentirati time na primjeru ovog računala.


33

Uzimajući sve to u obzir, bilo je logično odabrati prvi dan (prva 24 sata kao u prošlom mjerenju) kao reprezentativan za štednju električne energije.

Slika 16: Opterećenje prva 24 sata mjerenja sa postavkama za uštedu energije

Na slici 16 se dobro vide nagli padovi opterećenja na nulu kad proradi upravljanje potrošnjom, kao i boravak računala u hibernaciji nakon završetka radnog vremena.

Tablica 9: Primjer ulaska računala u uspavani (S3) način rada i povratka nazad u radni način

Vrijeme Efektivna vrijednost napona [V]

Efektivna vrijednost struje [A] Radna snaga [W]

11:10:00 221.5 0.6 119.0 11:11:00 221.1 0.3 70.9 11:12:00 221.6 0.0 0.0 11:13:00 221.5 0.0 0.0 11:14:00 221.7 0.0 0.0 11:15:00 222.1 0.0 0.0 11:16:00 221.6 0.0 0.0 11:17:00 220.9 0.0 0.0 11:18:00 221.0 0.3 60.4 11:19:00 220.8 0.9 199.5


34

4.3. Usporedba rezultata mjerenja potrošnje jednog računala

4.3.1. Analiza cijelog eksperimenta Za razliku od prijašnjeg, ovaj eksperiment je puno više kontroliran budući

postoji samo jedno računalo i samo jedan korisnik. Cilj mu je bio na puno detaljniji način prikazati prelaske iz pojedinih načina potrošnje pa je vrijeme integracije od 1 minutu odlično poslužilo svrsi. Uz to, sami rezultati su puno točniji naspram prvog eksperimenta, ali isto tako ovise o rasporedu i preferencijama korisnika te se mora imati na umu da često variraju iz dana u dan.

Kao i uvijek, u eksperimentu postoji mjesto za poboljšanje pa su se tako mogle istraživati i napredne opcije upravljanja potrošnjom koje nudi MS Windows Vista. Međutim, za običnog korisnika, osnovne opcije su sasvim dovoljne za osjetnu uštedu, što će se i pokazati u slijedećem potpoglavlju.

4.3.2. Usporedba mjerenja sa standardnim i štednim postavkama

Na već prije odabranim danima, u tablici 10 se vide usporedbe nekih važnijih električnih veličina:

Tablica 10: Usporedba prvih 24 sata prvog dijela i drugog dijela eksperimenta sa jednim

računalom

dan sa standardnim postavkama

dan sa štednim postavkama

Vršna vrijednost snage [W] 215.2 210.0 Minimum snage [W] 109.9 0.0 Prosječna snaga [W] 157.3 79.9 Potrošena energija [kWh] 3.78 1.92

U tablici se može vidjeti da je vršno opterećenje za prvi i drugi dan jako blizu. Međutim, radna snaga u prvom danu nije nikad pala ispod 109.9 W budući računalo nikako nije ulazilo ni u S3 ni u S4 način rada, a prosječna snaga i ukupna potrošnja su gotovo dvostruko manje u danu sa štednim postavkama.


35

Koristeći iste formule kao u prijašnjem eksperimentu, (3) i (4), dobijemo zapanjujuće podatke:

• p = 49.1 %, gdje je p relativna ušteda električne energije, • C = 1.85 kWh, gdje je C apsolutna ušteda električne energije.

Želimo li dobiti novčanu uštedu, množimo vrijednost C sa 0.87 kn/kWh, te dobijemo dnevnu uštedu od 1.61 kn, odnosno 587.6 kn kao godišnju uštedu.

Usporedba rezultata sa svjetskim standardima

36

5. Usporedba rezultata sa svjetskim standardima

5.1. Energy Star i 1- Watt inicijativa Godine 1992. američka agencija za zaštitu okoliša (EPA) izdaje Energy

Star, volonterski program čija je zadaća bila označavanje i promoviranje energetski efikasnih proizvoda u svrhu smanjenja emisije stakleničkih plinova, a računala i ekrani su bili prvi proizvodi na njihovoj meti. Tijekom godina, Energy Star se proširio na cijeli spektar proizvoda, od kućnih i uredskih aparata do promoviranja energetski efikasnih domova, a njegovom razvoju se priključio i američki energetski odsjek. Danas, Energy Star oznaka se može naći na više od 60 vrsta proizvoda i na tisuće modela, te nudi veliku uštedu naspram manje efikasnih modela, a pritom sasvim jednaku ili čak bolju funkcionalnost. [11]

1-Watt inicijativa se pojavila 1999. godine od strane međunarodne energetske agencije (IEA) i ukazuje na rastući energetski problem u svijetu: tzv. fantomski teret (još poznat kao pasivna snaga, vampirska snaga ili istjecanje struje). Mnogi uređaji i dok su naizgled ugašeni, troše električnu energiju. Taj trošak za pojedine uređaje možda ne izgleda velik, ali kad se uzme u obzir broj takvih uređaja i akumulacija kroz vrijeme, dobije se da velik postotak potrošnje otpada samo na fantomski teret:

• u tipičnom domu u Japanu 10 % potrošnje otpada samo na fantomski teret,

• u SAD-u gubici preko fantomskog tereta se nalaze oko 5 % opterećenja ili 50 W po domu,

• u Europskoj Uniji gubici se kreću od 5 do 10 %, • sveukupno u svijetu fantomski teret je odgovoran za 1 % ukupnih

CO2 emisija [12].

Zbog toga, postalo je očito da se nešto mora i poduzeti. 1-Watt je inicijativa koja nalaže da do 2010. godine svi proizvođači električne opreme moraju smanjiti pasivnu snagu svojih proizvoda na 1 W. Inicijativa je na svjetskoj skali i svi su je obavezni poštovati, ali se daje sloboda svakoj državi da taj cilj postigne na svoj način [12].

Ovo nije samo isprazna priča, jer se fantomski teret također može primijetiti u prvom eksperimentu ovog diplomskog rada. U oba mjerenja potrošnje grupe računala, i nakon gašenja svega, radna snaga se držala na preko 30 W. Na primjeru prvog mjerenja, sveukupna potrošnja iznosi 21.27 kWh, a potrošnja samo radnih dana, kad su računala bila upaljena iznosi 18.29 kWh. Dakle, potrošnja koja je otpala na fantomski teret je


37

2.97 kWh, ne računajući još fantomski teret tijekom radnih dana (tada bi gubitak prešao 3 kWh). Iz ovoga se može vidjeti da je fantomski teret stvar na koju se treba izrazito paziti u svakom domaćinstvu i uredu.

5.2. Usporedba sa Energy Star računalima Energy Star na svojim Internet stranicama nudi kalkulatore potrošnje da se

pokaže koliko se teoretski može uštedjeti. Naravno, kao i eksperimenti u ovom diplomskom radu, rezultati mogu varirati ovisno o raznim faktorima.

Kalkulator korišten ovdje zadnji put je obnovljen u travnju 2009. i ima slijedeće pretpostavke:

Energy Star odobreno računalo: • prosječna snaga u aktivnom načinu rada – 109 W • prosječna snaga u neaktivnom načinu rada – 60 W • prosječna snaga u uspavanom načinu rada – 4 W • prosječna snaga dok je ugašeno – 2 W

Prosječno računalo: • prosječna snaga u aktivnom načinu rada – 115 W • prosječna snaga u neaktivnom načinu rada – 84 W • prosječna snaga u uspavanom načinu rada – 6 W • prosječna snaga dok je ugašeno – 3 W

Također, ima i pretpostavke o korištenju računala:

Bez upravljanja potrošnjom (po godini): • prosječan broj sati proveden u aktivnom načinu rada – 201 h • prosječan broj sati proveden u neaktivnom načinu rada – 1705 h • prosječan broj sati proveden u uspavanom načinu rada – 0 h • prosječan broj sati proveden ugašen – 6854 h

Sa upravljanjem potrošnjom (po godini): • prosječan broj sati proveden u aktivnom načinu rada – 201 h • prosječan broj sati proveden u neaktivnom načinu rada – 602 h • prosječan broj sati proveden u uspavanom načinu rada – 1104 h • prosječan broj sati proveden ugašen – 6854 h

Sve pretpostavke su dobivene istraživanjem sa strane EPA i Lawrence Berkeley National Laboratory, 2007. godine.

Kao usporedba sa prvim eksperimentom, u kalkulatoru su namještene slijedeće opcije:

• cijena električne energije: 0.87 kn/kWh • broj računala koji bi se zamijenili sa Energy Star odobrenim: 8


38

• uključene opcije za uštedu kod prijašnjih računala: ne • uključene opcije za uštedu kod novih Energy Star računala: ne • postotak vremena kad je računalo ugašeno preko noći: 100 %

Ove opcije prvo donose podatak koliko se može uštedjeti samim prebacivanjem na Energy Star odobrena računala, te je rezultat:

• ušteda električne energije po godini: 392 kWh • ušteda novca po godini: 341 kn

Ako se u kalkulator stavi da će sva Energy Star računala imati uključene opcije za uštedu energije, te brojke se penju na:

• ušteda električne energije po godini: 886 kWh • ušteda novca po godini: 771 kn

Usporedimo li uštedu sa rezultatom prvog eksperimenta od približno 566 kn, razlika je 205 kn.

Za usporedbu s drugim eksperimentom koristile su se malo promijenjene opcije, te je stavljeno da je računalo cijelu noć upaljeno. Tu ušteda ispada 207 kWh i 180 kn godišnje u prvom slučaju (bez opcija za uštedu energije). Sa uštedom, rezultat se diže na 652 kWh odnosno 567 kn godišnje što je za 21 kn manje od rezultata drugog eksperimenta.

Međutim, ovi rezultati podrazumijevaju zamjenu računala sa Energy Star odobrenim računalom, a bilo bi poučno i vidjeti čisto teoretsku uštedu uobičajenih računala. Zbog toga, pretpostavke u kalkulatoru su promijenjene na način da Energy Star računala koja bi trebala doći na mjesto običnih računala i ta obična računala imaju jednaku potrošnju te time kao rezultat dobivamo čistu uštedu na račun opcija za upravljanje energijom.

Ponavlja se jednaka kalkulacija za prvi eksperiment, ovaj put sa modificiranim pretpostavkama i dobije se ušteda električne energije po godini od 689 kWh, odnosno 599 kn godišnje. Ovaj put razlika između teoretskog i praktičnog je samo 33 kn, što znači da se eksperiment poprilično dobro približio teoretskoj uštedi.

Drugi eksperiment se također ponavlja sa gornjim opcija, odnosno 0 % noći ugašen, te se dobije godišnja ušteda električne energije od 621 kWh, odnosno ušteda od 540 kn po godini. Uzimajući u obzir da je u drugom eksperimentu dobivena ušteda od približno 588 kn, znači da je ušteđeno samo 48 kn više. Dakle, vidi se da su oba eksperimenta bila poprilično uspješna u približavanju teoretskoj uštedi električne energije koristeći postavke u računalu za upravljanje potrošnjom.

Zaključak

40

6. Zaključak Zašto upravljanje potrošnjom? Koje su prednosti? Zašto se treba brinuti

oko toga? Cilj ovog rada je bio dijelom odgovoriti na ta pitanja.

Upravljanje potrošnjom nije osmišljeno da drastično mijenja navike korisnika, već upravo suprotno: smanjenje potrošnje bez narušavanja funkcionalnosti uređaja niti potrebe mijenjanja životnih i radnih navika korisnika. Na primjeru mjerača potrošnje, korisnici su uštedjeli novac čisto raspoređujući svoju potrošnju preko dana.

Upravljanje potrošnjom u računalima radi na sličan način: dok se računalo koristi, nudi svoj radni učinak bez ograničenja, a u razdoblju neaktivnosti ulazi u štedni način rada, te to isto vrijedi za pojedine komponente. Iz eksperimentalnog dijela rada se može vidjeti koliko se može uštedjeti samo jednostavnim namještanjem postavki u računalu. Na primjeru FER-a, uz grubu procjenu od tisuću računala na fakultetu i pretpostavku da se računala gase noću poput u prvom eksperimentu, pretpostavljena godišnja ušteda bi iznosila približno 71000 kn. Uz pretpostavku da se većina računala ne gasi po noći, ta vrijednost se diže na preko pola milijuna kuna. Međutim, najrealnija pretpostavka, ona istražena sa strane LBNL-a 2004. godine, iznosi 36 % kao postotak računala ugašenih po noći u prosječnom uredu. Uz takvu pretpostavku, Energy Star kalkulator, koji je bio korišten u prošlom poglavlju, izračunava godišnju uštedu od 428222 kWh, odnosno 372553 kn. Budući su rezultati eksperimenata u ovom diplomskom radu bili jako bliski teoretskim rezultatima dobivenim iz ovog kalkulatora, može se pretpostaviti da ni realna ušteda ne bi bila daleka od pretpostavljene.

Računalna industrija se sve više razvija, a pritom i upravljanje potrošnjom, pa se pogodnosti stalno povećavaju. Smanjenje buke, smanjenje radne temperature (a pritom i manje zagrijavanje prostorije), produljenje radnog vijeka komponenti samo su neke prednosti koje uz uštedu električne energije nudi upravljanje potrošnjom. A koliko god mala bila ušteda, gledajući veću razinu poput uredske zgrade sa stotinama računala ili globalnu razinu u koju računamo stotine milijuna računala, ušteda je golema, na energetskoj razini i na emisiji stakleničkih plinova.

Agencije, velike i male tvrtke su to već prepoznale i konstantno rade na usavršavanju tog koncepta, tako da se on u budućnosti može samo razvijati.

Popis literature

41

Popis literature 1. “Smart Meters FAQs“, CBC News Indepth: Energy, s Interneta,

http://www.cbc.ca/news/background/energy/smartmeters.html, studeni 2005.

2. “Electricity Meter“, Wikipedia – The Free Encyclopedia, s Interneta, http://en.wikipedia.org/wiki/Electricity_meter, studeni 2008.

3. Borstein, Jan; Blackmore, Karen: “In-Home Display Units: An Evolving Market, Part 1 Overview“, ožujak 2008.

4. Fehrenbacher, Katie: “10 Monitoring Tools Bringing Smart Energy Home“, Earth2Tech, s Interneta, http://earth2tech.com/2009/04/14/10-energy-dashboards-for-your-home/, travanj 2009.

5. “Power Management“, Wikipedia – The Free Encyclopedia, s Interneta, http://en.wikipedia.org/wiki/Power_management, prosinac 2007.

6. Nordman, Bruce; Piette, Mary Ann; Kinney, Kris; Webber, Carrie: “User Guide to Power Management for PCs and Monitors“, University of California, Berkley, siječanj 1997.

7. Intel Corporation; Microsoft Corporation: “Advanced Power Management“, BIOS Interface Specification: Revision 1.2, veljača 1996.

8. Intel Corporation: “Power Management History and Motivation“, Intel Press, s Interneta, http://www.intel.com/intelpress/

9. Intel Corporation et al: “Advanced Configuration and Power Interface Specification: Revision 4.0“, lipanj 2009.

10. Chauvin Arnoux Group: “C.A. 8230 Operating Manual“, srpanj 2008. 11. Energy Star, s Interneta, http://www.energystar.gov/ 12. Meier, Alan; Lebot, Benoît: “One Watt Initiative: a Global Effort to Reduce

Leaking Electricity“, 2003. 13. Kill A Watt Overview, s Interneta,

http://www.p3international.com/products/special/P4400/P4400-CE.html 14. Fehrenbacher, Katie: “FAQ: Smart Grid“, Earth2Tech, s Interneta,

http://earth2tech.com/2009/01/26/faq-smart-grid/, siječanj 2009. 15. “Advanced Configuration and Power Interface“, Free On-Line Dictionary

Of Computing, s Interneta, http://foldoc.org/ACPI, ožujak 1998. 16. Windows Hardware Developer Central: “Windows Power Management“,

s Interneta, http://www.microsoft.com/whdc/archive/winpowmgmt.mspx, prosinac 2001.

17. “Vista Tutorial - Power Options and Sleep Mode Problems“, Windows Vista Forums, s Interneta, http://www.vistax64.com/tutorials/63567-power-options-sleep-mode-problems.html, svibanj 2007.

18. Long, Chris: “ Energy cost of PCs on standby”, BBC News, travanj 2006.

http://www.cbc.ca/news/background/energy/smartmeters.html�

http://en.wikipedia.org/wiki/Electricity_meter�

http://earth2tech.com/2009/04/14/10-energy-dashboards-for-your-home/�

http://earth2tech.com/2009/04/14/10-energy-dashboards-for-your-home/�

http://en.wikipedia.org/wiki/Power_management�

http://www.intel.com/intelpress/�

http://www.energystar.gov/�

http://www.p3international.com/products/special/P4400/P4400-CE.html�

http://earth2tech.com/2009/01/26/faq-smart-grid/�

http://foldoc.org/ACPI�

http://www.microsoft.com/whdc/archive/winpowmgmt.mspx�

http://www.vistax64.com/tutorials/63567-power-options-sleep-mode-problems.html�

http://www.vistax64.com/tutorials/63567-power-options-sleep-mode-problems.html�

Popis slika

42

Popis slika Slika 1: Primjer uređaja za mjerenje potrošnje pojedinačnih kućanskih aparata .................... 1 Slika 2: Primjer pametnog mjerača sposobnog za mjerenje potrošnje električne energije, vode i plina ............................................................................................................................... 2 Slika 3: Kronološki redoslijed razvoja APM-a [8] ...................................................................... 5 Slika 4: C.A 8230 analizator kvalitete struje koji je korišten u eksperimentu [10] ................ 17 Slika 5: Primjer zaslona na C.A 8230 uređaju [10] ................................................................. 18 Slika 6: Grafički prikaz radne snage tokom šest dana mjerenja ............................................. 20 Slika 7: Grafički prikaz promjene potrošnje tokom šest dana mjerenja ................................ 20 Slika 8: Prikaz opterećenja na dan 8. lipnja 2009. (24 sata) ................................................... 21 Slika 9: Grafički prikaz radne snage tokom sedam dana mjerenja ........................................ 23 Slika 10: Grafički prikaz promjene potrošnje tokom sedam dana mjerenja .......................... 23 Slika 11: Grafički prikaz opterećenja na dan 18. lipnja 2009. (24 sata) ................................. 24 Slika 12: Prikaz kratkotrajnog porasta opterećenja 13. lipnja 2009. ..................................... 25 Slika 13: Usporedba grafičkih prikaza 16. i 17. lipnja 2009. (24 sata) .................................... 28 Slika 14: Opterećenje u prva 24 sata mjerenja na standardnim postavkama uštede energije ................................................................................................................................................ 31 Slika 15: Opterećenje tokom tri dana mjerenja sa namještenim štednim postavkama ........ 32 Slika 16: Opterećenje prva 24 sata mjerenja sa postavkama za uštedu energije .................. 33

Popis tablica

43

Popis tablica Tablica 1: Ponašanje različitih tipova hardvera na operacijskim sustavima bez i sa ACPI [9] ................................................................................................................................... 6 Tablica 2: Sheme potrošnje u MS Windows XP operativnom sustavu gdje gornje vrijednosti vrijede za napajanje preko električne mreže, a donje za baterijsko. ........ 14 Tablica 3: Osnovne opcije u tri postojeća plana potrošnje gdje gornje vrijednosti vrijede za napajanje preko električne mreže, a donje za baterijsko ............................ 15 Tablica 4: Konfiguracije računala u knjižnici na Zavodu za visoki napon i energetiku ................................................................................................................................................ 18 Tablica 5: Odabrane relevantne vrijednosti za pojedine radne dane i za ukupno vrijeme (tri aktivna dana) – prvi interval mjerenja grupe računala .............................. 21 Tablica 6: Odabrane relevantne vrijednosti za pojedine radne dane i za ukupno vrijeme (tri aktivna dana) –drugi interval mjerenja grupe računala ............................. 24 Tablica 7: Prikaz prekida i kratkotrajnog skoka opterećenja 13. lipnja 2009. ............ 25 Tablica 8: Konfiguracija uredskog računala na Zavodu za visoki napon i energetiku ................................................................................................................................................ 30 Tablica 9: Primjer ulaska računala u uspavani (S3) način rada i povratka nazad u radni način ............................................................................................................................ 33 Tablica 10: Usporedba prvih 24 sata prvog dijela i drugog dijela eksperimenta sa jednim računalom ................................................................................................................ 34

Documents

Korištenje i potrošnja složenih uređaja - ieee.hr · sveuČiliŠte u zagrebu fakultet elektrotehnike i raČunarstva. diplomski rad br. 151 . koriŠtenje i potroŠnja sloŽenih