Informe sobre a Metodologia da Calculadora de economia de energia do cliente Dell
Calculadora de economia de energia do cliente Dell
Finalidade:
A Calculadora de economia de energia do cliente Dell pretende oferecer uma ferramenta que
permita aos clientes estimar o consumo de energia de um computador durante o período de um
ano e o custo resultante de operação do sistema durante esse período. A calculadora reflete o
perfil de uso e o tipo de sistema do usuário final, juntamente com uma determinada configuração
do sistema, para gerar as estimativas de custo e consumo anual de energia. A calculadora
oferece a capacidade de selecionar recursos de economia de energia e de comparar a economia
que eles geram.
Ela oferece diversas opções para que o cliente configure os componentes do sistema e crie uma
correspondência considerável entre seu sistema real e aquele configurado na calculadora. A
calculadora pretende oferecer uma estimativa de custo e consumo anual de energia do sistema
que o cliente tem ou deseja comprar.
Ela inclui um recurso que demonstra o tempo limite dos estados de energia em espera de
sistemas equipados com opções de gerenciamento de energia, como o Energy Smart. A
calculadora de energia usa os valores de tempo limite programados, associados às opções de
gerenciamento de energia selecionadas pelo usuário. Esses valores são usados para calcular o
consumo de energia do sistema; por exemplo, um período de almoço de uma hora ou intervalos
pela manhã e à tarde que durem 20 minutos. Assim, a calculadora considera que o sistema entra
em estados de baixo consumo de energia durante períodos de intervalos diários, o que diminui
as estimativas de custo e o consumo anual de energia, refletindo um uso real do sistema. A
Figura 2 mostra o perfil de um sistema que entra em estados de espera.
Descrição geral do consumo de energia em sistemas de
computador:
O consumo de energia nos computadores modernos pode variar muito conforme o aplicativo
usado ou a tarefa realizada pelo computador no momento. A tarefa que o computador realiza e o
software (tanto o sistema operacional quanto o aplicativo em uso) são fatores decisivos no
consumo real de energia em qualquer momento.
A calculadora de economia de energia on-line da Dell divide as possíveis cargas de trabalho de
um sistema de computador em três categorias principais de consumo ativo e duas categorias de
operação não ativa, conforme descrito abaixo:
1. Hibernação/desligado — o estado de mais baixo consumo de energia que o
sistema pode atingir com o cabo de alimentação ligado. A energia é retirada de
todos os principais equipamentos eletrônicos do sistema, exceto dos circuitos
necessários para detectar o acionamento da chave liga/desliga pelo usuário ou de
eventos de ativação, como Wake On Lan.
2. Espera — estado de baixo consumo de energia, como suspensão para a RAM
quando o sistema não está executando códigos ativamente e o monitor está
desligado. Boa parte do sistema é desligada, exceto a memória, os circuitos
necessários para manter o estado da memória e os circuitos necessários para
detectar a interação do usuário e eventos de ativação. O sistema consegue
responder às ações do usuário (como apertar o botão liga/desliga, atividade do
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mouse ou do teclado, ou possíveis solicitações de atividade de rede) e retomar a
operação normal em apenas alguns segundos.
3. Inativo — o computador está em execução e normalmente exibe uma imagem fixa
na tela; não há interação do usuário. O sistema pode estar exibindo a área de
trabalho ou um aplicativo aberto, porém inativo.
4. Produtividade — o usuário final realiza o trabalho comum de escritório, como uso
de e-mail, criação de documentos ou navegação na Web, usando aplicativos de
escritório padrão.
5. Desempenho máximo — representa o usuário final que faz uso de aplicativos
avançados, cálculos científicos complexos, modelagem ou jogos em 3D que
sobrecarreguem o sistema, causando um aumento significativo no consumo de
energia.
Os sistemas passarão por esses estados com base na interação do usuário e nas condições de
tempo limite, quando o sistema estiver configurado para a definição de tempos limite para
estados de baixo consumo de energia.
Gerenciamento de energia do computador
Um dos métodos de conservação de energia mais vantajosos para os sistemas de computador é
o de uso do Gerenciamento de Energia do Computador (CPM). Quando ativado em um sistema
configurado corretamente, o CPM induz o computador a entrar em um estado de baixo consumo
de energia (espera ou hibernação) após um período de inatividade do sistema. Os computadores
que não estiverem configurados para o CPM permanecerão em um estado inativo do sistema e,
portanto, consumirão mais energia durante os períodos de inatividade.
A calculadora de energia oferece granularidade na seleção dos valores de tempo limite do
sistema de gerenciamento de energia, além de refletir com precisão o tempo limite que a Dell
oferece nos sistemas de computador que fabrica.
Os clientes que fornecem suas próprias imagens do sistema operacional (SO), ou que modificam
a imagem padrão normalmente fornecida pela Dell, devem verificar seus valores de tempo limite
implementados com relação aos valores da Dell, a fim de determinar quais configurações
refletem melhor suas próprias implementações.
Estimativa do consumo de energia:
Para calcular a energia usada por um computador durante o período de um ano, é necessário
primeiramente descrever como o sistema será usado durante esse ano. Definimos o ano como a
combinação de dias úteis e dias não úteis. Portanto, o usuário deve definir primeiramente como
são os dias úteis e dias não úteis típicos usados nos cálculos. Os valores inseridos são usados
para definir um dia útil típico, conforme mostrado na Figura 1. O padrão da calculadora é de sete
horas de produtividade e uma hora de aplicativos de desempenho máximo por dia.
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Produtividade
Intervalo
Desempenho máximo
Produtividade
Almoço
Produtividade
Intervalo
Desempenho máximo
Produtividade
Alimentação
Modelo de uso diário do
usuário
Horas
Trabalho do dia útil
Períodos de intervalo a serem programados com o padrão de 20 min. 2 por dia
Almoço com duração de 1 hora
Figura 1
O consumo de energia para aplicativos de produtividade é representado pela medida da energia
média durante a execução de testes de desempenho de produtividade de escritório SysMark, e
as cargas de trabalho de alto desempenho são representadas pela energia média durante a
execução de testes de desempenho 3DMark.
A Figura 1 mostra o perfil de um dia útil típico, com o tempo no eixo horizontal e a altura dos
blocos representando aproximadamente a energia do sistema durante esses períodos de tempo.
Intervalo e Almoço são representados como um bloco de altura fixa. Porém, na prática, eles
apresentam variações significativas de energia durante o período de tempo, caso os valores de
tempo limite sejam pequenos o bastante. Esses períodos serão descritos mais detalhadamente
na próxima seção.
O dia ativo é dividido entre uma sessão matutina e uma sessão vespertina, com um intervalo de
almoço entre essas duas sessões. Os períodos de manhã e tarde também consideram um
intervalo de 20 minutos, o que permite mais oportunidades de redução de energia.
Os períodos de trabalho pela manhã e à tarde consistem na sequência a seguir.
1.
2.
3.
4.
Sessão de trabalho de produtividade
Sessão de trabalho de desempenho máximo
Intervalo
Sessão de trabalho de produtividade
Os intervalos pela manhã e à tarde oferecem o modelo que tem capacidade de refletir certa
vantagem nos valores de tempo limite menores que os valores correspondentes de Energy Star
e Energy Smart, além de refletirem melhor o fato de os usuários finais usarem o sanitário ou
passarem maiores períodos lendo ou discutindo durante o dia.
Quando o gerenciamento de energia é ativado na calculadora on-line, este perfil é usado no
cálculo do consumo anual de energia juntamente com os valores adequados de tempo limite
menores implementados pela Dell nas configurações do SO e BIOS.
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Estados de tempo limite inativo a baixo consumo de energia
Os atuais sistemas operacionais Microsoft® Windows® (XP, Vista® e Windows 7) não só
oferecem a capacidade de entrar em estados de baixo consumo de energia como também
permitem controlar quando os sistemas realizam essas transições, além de quais estados de
energia são usados nessas transições.
Uma sequência típica de transição é mostrada abaixo, na Figura 2.
Alimentação
Tempo limite da Sequência de ausência do usuário para
redução de energia
Tempo
Limite
Ocioso
OCIOSO
Espera
Hib
Hora(h)
Tesp
Thib
Taus O tempo que o usuário está ausente pode acabar em qualquer lugar desta área
Tesp – tempo limite de ocioso para estado de espera
Thib – tempo limite de espera para hibernar
Taus – tempo total de ausência do usuário
Figura 2
Os sistemas que não têm o gerenciamento de energia ativado permanecerão no nível de energia
inativo durante todo o período de inatividade do sistema.
Os sistemas com CPM ativado serão normalmente configurados para passar a estados de baixo
consumo de energia de acordo com este perfil, indo para o modo de espera depois que o usuário
ficar inativo no sistema por um período de tempo (TSLP), realizando, em seguida, uma transição
para hibernação ou desligado caso o sistema permaneça sem uso durante um período maior de
tempo (THIB).
A Dell oferece valores padrão para essas funções de tempo limite em todos os produtos que
fabrica. Valores menores de tempo limite proporcionam mais economia de energia (o sistema
passa mais tempo em estados de baixo consumo de energia) em detrimento de possíveis
inconveniências (o usuário, quando voltar, deve esperar mais tempo para que o sistema fique
pronto para uso). A Dell oferece configurações mais dinâmicas (valores menores de tempo
limite) para os sistemas que cumprem os requisitos do Energy Star e para plataformas
Dell Energy Smart.
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A Tabela 1 abaixo mostra os valores de tempo limite de gerenciamento de energia usados na
calculadora.
Tempo limite até o modo de
espera (h)
Tempo limite até a
hibernação (h)
Tempo limite do monitor
Nenhum
Padrão
Energy
Smart
Energy
Star
Nunca
1
0,25
0,25
Nunca
Nunca
4
18
0,5
0,5
0,25
0,25
Tabela 1
Os dias não úteis são representados pelo consumo de energia em modo inativo, de espera ou de
hibernação pelo período de 24 horas para os casos de ausência de CPM e de CPM ativado,
respectivamente.
O número padrão de dias úteis em um ano é de 250 dias.
Cálculo do consumo de energia
A abordagem da Dell ao cálculo do consumo anual de energia é a de definir um perfil de uso
para um dia útil típico e um perfil para um dia não útil ou um dia de não-uso e de calcular o
consumo de energia para cada um desses dias. A soma desses valores conforme o número de
dias úteis e não úteis de um ano resulta no consumo anual de energia estimado do sistema.
Dias úteis
O dia útil é calculado da seguinte forma, de acordo com a Equação 1.
Equação 1
𝑬𝑾𝑶𝑹𝑲𝑫𝑨𝒀 = 𝑬𝑷𝑹𝑶𝑫 + 𝑬𝑴𝑨𝑿𝑷𝑬𝑹𝑭 + 𝑬𝑳𝑼𝑵𝑪𝑯 + 𝑬𝑩𝑹𝑬𝑨𝑲
Onde:
EWORKDAY
EPROD
EMAXPERF
=
=
=
ELUNCH
EBREAK
=
=
Total de energia consumida durante um dia útil típico
Total de energia consumida durante o uso de aplicativos de produtividade
Total de energia consumida durante a execução de aplicativos de
desempenho máximo
Total de energia consumida durante o período de almoço
Total de energia consumida durante os intervalos
Cada uma dessas unidades de energia é calculada com a multiplicação da média de energia do
sistema durante o período pelo tempo total em que o sistema permaneceu naquele estado de
energia. Isso é relativamente simples para os períodos de produtividade e desempenho máximo;
porém, é mais difícil para os momentos de almoço e de intervalo.
Durante os momentos de almoço e de intervalo, é preciso incluir como fatores os tempos limite
até os estados de baixo consumo de energia, relativos ao tempo do período de intervalo/almoço.
Caso o tempo limite seja muito pequeno, a unidade permanecerá em estado inativo; caso esse
tempo seja longo o bastante, a unidade passará ao estado de hibernação. Os tempos de espera
e de hibernação devem ser refletidos nesses cálculos e são configurados pelo usuário com as
seleções de gerenciamento de energia descritas acima, na Tabela 1.
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Dias não úteis
Os dias não úteis são calculados supondo-se que o sistema permaneça no mesmo estado de
energia durante todo o período de 24 horas. O estado de energia usado será determinado pela
configuração de gerenciamento de energia selecionada. Nenhuma seleção de gerenciamento de
energia manterá o sistema em estado inativo. Outras seleções induzem o sistema a entrar no
estado de espera ou de hibernação, dependendo dos valores correspondentes de tempo limite.
Medidas e cálculos do consumo de energia do sistema
Um problema importante relativo à criação de uma ferramenta como esta calculadora é de como
obter os dados necessários para calcular o consumo anual de energia. Com cinco caixas de
seleção e uma média de cinco opções de seleção para cada, o número de configurações
possíveis do sistema que a calculadora inclui é superior a três mil por chassi do sistema. Testar
todas essas opções usando os aplicativos de teste de desempenho descritos levaria
aproximadamente 12.000 horas.
A fim de contornar este dilema do tempo de teste, a Dell desenvolveu um modelo matemático
para o consumo de energia do sistema, com sistemas e opções de seleção representados como
valores de consumo de energia típicos. Esses dados são coletados e verificados em relação a
um subconjunto específico do total de configurações de sistema possíveis.
Acredita-se que este método ofereça aos usuários finais informações muito mais relevantes do
que propor apenas algumas configurações de sistema que possam não ser compatíveis com os
sistemas a serem adquiridos. Além disso, o método proporciona uma matriz de testes mais
gerenciável.
Caixas suspensas relativas ao uso
As caixas suspensas relacionadas à definição do perfil de uso diário (horas por dia de trabalho
em produtividade, horas por dia de trabalho em desempenho máximo, número de dias úteis por
ano e custo com energia) aplicam-se aos três sistemas na janela de exibição. As opções de
configuração em uma janela de sistema afetam apenas esse sistema específico.
Variação na economia de energia
A calculadora de energia pretende ser uma ferramenta que ajuda os clientes a:
Entender o consumo de energia em seus produtos
Oferecer valores numéricos que possam ser usados em cálculos da carga de calor
típica e em cálculos do custo total de propriedade
Identificar, para os usuários finais, as consequências relativas à energia, das
configurações de sistema que escolherem
Apontar as vantagens de implementar o gerenciamento de energia em sistemas do
cliente.
Demonstrar as vantagens das opções de configuração de baixo consumo de energia
da Dell em termos de custos anuais com energia
A calculadora oferece estimativas com base na metodologia descrita acima, mas não é
completa com relação ao escopo ou precisão. Ela não inclui todas as opções de configuração de
sistema possíveis que o usuário tem quando adquire um produto. Algumas opções de
configuração que ela apresenta oferecem menos escolhas do que as disponíveis quando o
sistema é adquirido.
Qualquer sistema pode consumir mais ou menos energia do que o estimado pela calculadora,
devido à variação no consumo de energia de cada um dos componentes individuais que
compõem o produto final.
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Valores padrão
A calculadora oferece aos usuários finais a capacidade de configurar o perfil de uso do produto.
Isso permite que o usuário final descreva a carga de trabalho típica e o uso anual do produto em
seu ambiente.
A calculadora apresenta vários campos preenchidos com valores padrão. Esses valores padrão
tomam por base a experiência da Dell em capacidade de utilização e representam o uso típico
de nossos produtos em um ambiente de escritório. Os valores padrão simulam um dia de
trabalho de oito horas, com uma hora de almoço ao meio-dia e intervalos pela manhã e à tarde.
A carga de trabalho padrão do dia é de sete horas de uso de aplicativos de escritório, que
simulam o que as pessoas normalmente fazem em seus computadores, como uso de e-mail,
criação de documentos, navegação na Web etc. Uma hora de uso de aplicativos de alto
desempenho é incluída para simular verificação de vírus em segundo plano, atualização de
software ou outras necessidades periódicas de uso intenso de computação. O acréscimo do uso
de alto desempenho na configuração padrão ainda oferece, nos custos anuais com energia,
visibilidade da potência operacional de alto desempenho do sistema.
Acredita-se que o método para definir um dia útil seja muito mais fácil de compreender e
configurar, para os usuários finais, do que uma lista de estados de energia do sistema e das
horas por ano passadas em cada estado.
O número padrão de dias úteis em um ano é 250. Isso representa 50 semanas úteis típicas por ano.
Tabela 2 abaixo mostra os valores padrão usados na calculadora.
Esses valores, juntamente com os valores de tempo limite de gerenciamento de energia na
Tabela 1 acima, são usados para definir o consumo anual de energia estimado dos produtos de
clientes Dell.
Horas por dia executando aplicativos de escritório
Horas por dia executando aplicativos de alto
desempenho
Número de dias úteis por ano
Custo com eletricidade ($/kWh)
Tabela 2
Valores padrão
7
1
250
0,10
Cálculos de economia
A economia de energia estimada é calculada para as colunas 2 e 3, relativas à configuração da
linha de base na coluna 1 da ferramenta. (Esclareça a frase anterior para indicar a qual Tabela,
Gráfico ou Figura você se refere em cada uma das Colunas.) A economia é calculada com o
consumo anual de energia do sistema de linha de base subtraído do atual consumo anual de
energia do sistema. A economia anual estimada na moeda local é calculada aplicando-se o fator
custo atual com eletricidade à economia calculada em kWh. (O departamento jurídico prevê que
esse cálculo sofre alterações conforme a região e que ele não se baseia apenas nos custos e
nas economias de energia dos EUA)
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As estimativas de emissões de CO2 evitadas e das milhas de deslocamento de carro evitadas
são calculadas usando os fatores de conversão encontrados na calculadora de equivalências do
gás do efeito estufa da EPA.1
A calculadora determina primeiro a quantidade de emissões de CO2 evitadas com
base na economia anual de energia usando a Equação 2 abaixo.
Equação 2
7,18 x 10-4 toneladas de CO2/kWh
Equação 3 descreve a combinação de fatores de conversão do site da EPA usados
para determinar o fator de conversão do deslocamento de carro em milhas evitado.
Equação 3
7,18 x 10-4 toneladas de CO2/kWh * 1/8,81 x 10-3 galões de gasolina/tonelada de
CO2 * 19,7 milhas por galão média de carros/caminhões = 1,61 milha evitada por kWh
1
http://www.epa.gov/cleanenergy/energy-resources/calculator.html
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