Мы у себя на Остаповском 22 внедрили следующую систему: при повышении температуры воздуха ближе к +30 мы распыляем небольшое к-во воды под холодильными машинами. В проходах между машинами установлены водяные распылители высокого давления. Расход воды минимальный, а эффективность (по амперметру и температуре конденсации в компрессорах) увеличивается на 5-10 процентов. Штука с точки зрения физики спорная, но с точки зрения реальных показателей – работает. Если кто-то захочет повторить – не лейте много воды, можно все испортить, в том числе замкнуть обмотки вентиляторов. Распылители должны быть наитончайшими, хорошо еще фильтр на воду поставить, чтобы форсунки не засорялись.

• Небольшой дата-центр в Москве с 6-ю фреоновыми DFC шкафами HiRef холодопроизводительностью по 100 кВт каждый. Всего 500 кВт, плюс один в резерве N+1.
• Имеется желание сделать free cooling для работы в диапазоне от -30 до +20 для повышения энергосбережения системы.

Как я вижу систему freecooling:

• Сверху каждого фреонового шкафа, на место воздушных фильтров, устанавливается жидкостный (этиленгликолевый) теплообменник того же сечения, что и блок фильтров, можно “домиком” для увеличения площади. В качестве фильтров в дальнейшем использовать экран в 1 слой синтепона.
• На крыше здания устанавливается теплообменник Dry Cooler теплоотдачей 500-600 кВт. Место на крыше не ограничено. Дата-центр расположен на последнем этаже, дальше – крыша.
• Цепь циркуляции хладоносителя следующая: теплоприем (нагрев) воздуха в теплообменнике перед входом в шкаф -> насос -> магистраль на крышу -> drycooler -> магистраль вниз -> теплообменник. Теплообменники подключены к общей магистрали с электроуправляемыми задвижками.

Физика процесса:

Конденсат:

Контроллеры, клапаны, датчики:

Высказывайте свое мнение на форуме в топике “Фрикулинг для уже установленных систем на фреоне.”

- низкая надежность;

- небольшой ресурс;

- низкая энергоэффективность;

- плохое воздухораспределение;

- возможность использования только при низких нагрузках в стойках.

> Вывод – тем, кто хочет построить серьезный ЦОД, не стоит даже задумываться над применением «сплитов»

Решение 2. Прецизионные кондиционеры с непосредственным расширением (DX). Фреоновые прецизионные кондиционеры с выносными воздушными конденсаторами и сейчас весьма популярны в качестве охлаждающих устройств для небольших ЦОДов уровня Tier I или Tier II по классификации Uptime Institute. Основные достоинства фреоновых кондиционеров – низкие капитальные затраты на оснащение дата-центра системой охлаждения, большой ресурс, сравнительно высокая надежность. Эти системы хорошо знакомы проектировщикам, монтажникам, службам эксплуатации. Продукцию этого типа выпускают многие мировые производители, еще больше найдется фирм, которые возьмутся за оснащение ЦОДа прецизионными кондиционерами.

К недостаткам можно отнести технические трудности, возникающие при эксплуатации фреоновых кондиционеров в условиях экстремально низких или высоких температур наружного воздуха (ниже –30° и выше 40°С). Кроме того, в дата-центрах, требующих постоянного охлаждения для обеспечения непрерывности технологического процесса, использование фреоновых кондиционеров может привести к серьезному удорожанию системы бесперебойного питания, которая при сбоях электропитания должна будет поддерживать и работу системы охлаждения. Мощность ИБП потребуется увеличить больше чем на 30%. Но сегодня самым существенным недостатком данного решения становятся высокие операционные затраты из-за большого расхода электроэнергии (в среднем 30% всей электроэнергии, потребляемой ЦОДом). С этим недостатком можно было мириться, пока заказчики эксплуатировали серверные с общей энергоемкостью ИТ-оборудования на уровне 30 кВт. Да, еще 10 кВт «съедали» кондиционеры, но это же капля в море. Иное дело, когда речь идет о дата-центре на несколько мегаватт. Тратить ежеминутно, ежесуточно сотни киловатт на охлаждение – непозволительная роскошь.

Поэтому можно сказать, что DX-кондиционеры – хороший выбор для небольших (до 100 кВт) дата-центров с невысокими требованиями к непрерывности основных процессов.

Снизить годовое потребление электроэнергии прецизионными кондиционерами примерно на 35–40% (данные для Москвы) помогают фреоновые прецизионные кондиционеры с водяным охлаждением конденсаторов и системами естественного охлаждения на базе сухих градирен. В летний период такое оборудование будет потреблять немного больше электроэнергии, так как к мощности работающих компрессоров и вентиляторов кондиционеров и градирен прибавится мощность циркуляционных насосов, задача которых – обеспечить движение холодоносителя по контуру «кондиционер – градирня». Однако при понижении температуры наружного воздуха можно будет использовать холод окружающей среды и отключить компрессоры, являющиеся основными потребителями электроэнергии в кондиционерах. За меньшие эксплуатационные расходы придется расплачиваться более высокой (в среднем на 25%) ценой оборудования.

Хочу обратить внимание, что выбор типа оборудования для охлаждения дата-центра существенно влияет на конфигурацию смежных инженерных систем и даже на архитектуру здания, в конечном счете сказываясь на полной стоимости владения ЦОДом. В частности, выбрав в качестве приборов охлаждения прецизионные кондиционеры (неважно, фреоновые или водяные), необходимо тщательнейшим образом просчитать высоту фальшполов, величину зазора между верхней частью стоек и потолком, а также количество и пропускную способность перфорированных плиток фальшпола для подачи воздуха в холодные коридоры. О влиянии типа системы охлаждения на ИБП уже говорилось. Учет изменения стоимости всех смежных систем в ряде случаев показывает, что выбор дешевых фреоновых кондиционеров ведет к повышению полной стоимости владения дата-центром, а, следовательно, снижает доходность проекта.

> Вывод – не стоит прельщаться низкой ценой кондиционеров, смотрите глубже, во что обойдется ЦОД в целом.

Решение 3. Прецизионные кондиционеры на холодоносителе. В настоящее время это наиболее популярное решение для систем охлаждения дата-центров классов Tier I – Tier IV. Конструкция данных кондиционеров проста: корпус, в котором расположен теплообменник, вентиляторы, фильтры и т.д. Изюминка заключается в том, что охлаждение воздуха в теплообменнике кондиционера происходит за счет циркуляции в нем холодоносителя, охлажденного в специальных холодильных машинах – чиллерах. При этом система охлаждения состоит из цепочки элементов, правильное и эффективное функционирование которых играет огромную роль в процессе непрерывного охлаждения, столь важного для ЦОДов высокого уровня доступности. Первоочередное внимание при проектировании следует уделять:

- строительным конструкциям (площади и высоте серверных помещений, высоте фальшполов, пропускной способности перфорированных плиток фальшпола);

- прецизионным кондиционерам (их количеству с учетом резервирования, способу регулирования холодопроизводительности, постоянному или переменному расходу воздуха, расходу холодоносителя, напору, энергопотреблению, количеству вводов питания, габаритам);

- чиллерам (количеству с учетом резервирования, холодопроизводительности, постоянному или переменному расходу холодоносителя, расходу воздуха, минимальной и максимальной температуре окружающего воздуха, энергопотреблению, количеству вводов питания, наличию и типу системы естественного охлаждения, габаритам, расположению);

- насосным станциям (количеству с учетом резервирования, переменному или постоянному расходу холодоносителя, напору, энергопотреблению, питанию от ИБП, габаритам, расположению);

- трубопроводам, арматуре, бакам-аккумуляторам (количеству с учетом резервирования, расположению, пропускной способности, изоляции, наличию запорной и регулирующей арматуры, емкости баков);

- системе автоматического управления и мониторинга (алгоритму управления и мониторинга, работе в штатных и аварийных режимах, резервированию).

Один этот список дает понять, что такие системы и проектировать, и строить сложно и дорого. В зависимости от уровня доступности ЦОДа их стоимость может быть на 30–50% выше стоимости DX-кондиционеров.

Плюсы таких систем проявляются в возможности более гибкой эксплуатации, учитывающей множество факторов, характерных для работы дата-центров. За счет использования в них фрикулинга, насосных групп с переменным расходом холодоносителя, электронно-коммутируемых вентиляторов и др. можно добиться почти двукратного снижения годового потребления энергии по сравнению с фреоновыми прецизионными кондиционерами.

> Вывод – хорошее решение не может быть дешевым. Оно проверено временем и многочисленными инсталляциями. Это решение весьма актуально сегодня, однако продолжает развиваться и сохранит свою ценность в обозримом будущем.

Решение 4. Межстоечные кондиционеры на фреоне или холодоносителе. Концепция межстоечных кондиционеров предусматривает размещение охлаждающих устройств в рядах стоек с серверным оборудованием. Кондиционеры забирают теплый воздух из горячих коридоров, охлаждают его и выбрасывают через фронтальные панели в холодный коридор, откуда холодный воздух поступает на охлаждение стоек через передние перфорированные панели. Основное ноу-хау данной технологии заключается в отсутствии в системе охлаждения фальшпола, так как воздух движется в горизонтальном направлении. Для повышения эффективности процесса охлаждения необходимо изолировать горячий воздух от холодного, что в этом случае делается с помощью легких строительных конструкций, перекрывающих горячие или холодные коридоры сверху и с торцов. (Объективности ради следует отметить, что разделение потоков горячего и холодного воздуха стало основным трендом в развитии всех типов систем охлаждения ЦОДов.)

Главные достоинства этого решения – существенное снижение требований к размерам серверного помещения ввиду отсутствия фальшпола и возможность снимать со стоек достаточно высокие тепловые нагрузки (до 30 кВт). Это позволяет располагать достаточно мощные дата-центры или суперкомпьютеры в небольших помещениях.

Недостаток заключается в том, что на начальном этапе заполнения ЦОДа приходится выстраивать законченный кластер из стоек и кондиционеров, а также дверей и перекрытий коридоров, и все неиспользованные места в стойках закрывать специальными заглушками, чтобы предотвратить перемешивание теплого и холодного воздуха.

Достоинства и недостатки применения в кондиционерах этого типа фреона или холодоносителя те же, что и в решениях 2 и 3. Наиболее эффективными и надежными будут системы на основе межстоечных кондиционеров с переменным расходом холодоносителя, для охлаждения которого используются чиллеры с фрикулингом.

> Стоимость системы охлаждения данного типа сопоставима со стоимостью системы охлаждения на основе прецизионных кондиционеров на холодоносителе. Но расходы на строительство ЦОДа можно существенно снизить за счет уменьшения стоимости здания.

Решение 5. Модули охлаждения с фазовым переходом хладагента. Они могут быть основными устройствами в системе охлаждения серверного помещения или дополнением к решениям 2, 3 и 4. Модули представляют собой корпусы различной конфигурации, в которых размещаются теплообменники и вентиляторы. Охлаждение воздуха происходит за счет кипения жидкого хладагента в теплообменнике. В отличие от прецизионных кондиционеров на холодоносителе в данном случае используется энергия фазового перехода хладагента из жидкого состояния в газообразное. В качестве хладагента используется фреон или углекислота.

Кроме самих модулей охлаждения для функционирования такой системы потребуется система трубопроводов для хладагента, рассчитанная на максимальное давление 30 бар для фреона и 50 бар для углекислоты, насосная группа для организации циркуляции хладагента, промежуточный теплообменник хладагент/холодоноситель, чиллеры, контур циркуляции холодоносителя с насосной группой. Даже из перечисления компонентов системы охлаждения видно, что решение очень дорогое. Я считаю, что применять его целесообразно только в том случае, когда жизненно необходимо увеличить плотность наг-рузки в уже действующем дата-центре. Либо когда ИТ-специалисты испытывают непреодолимую фобию к присутствию в ЦОДе водяных систем охлаждения. Несмотря на то что вода не менее десятилетия используется для охлаждения ИТ-оборудования и ведутся серьезные разговоры об охлаждении водой на уровне платы, мы часто сталкиваемся с необоснованным страхом перед использованием водяных систем в серверных помещениях. Хотя с нашей точки зрения, фреоновые системы куда опаснее в плане негерметичности, так как утечка фреона или углекислоты в замкнутом пространстве серверного помещения может вызвать потерю сознания и смерть от удушья. Поэтому ко всем вышеперечисленным элементам данной системы охлаждения необходимо прибавить дорогую автоматическую систему обнаружения утечек хладагента.

> Вывод – оснащение дата-центра подобной системой охлаждения – не столько технологическая, сколько имиджевая необходимость, сродни покупке BMW X6 – можно ездить на и чем-нибудь попроще, но положение обязывает…

Решение 6. Стойки с интегрированными модулями охлаждения. Идея понятна – приблизить тепловую нагрузку к приборам охлаждения. На практике она реализуется в виде серверных шкафов со встроенными теплообменниками и вентиляторами, позволяющими снимать достаточно высокие тепловые нагрузки. Воздух циркулирует, не выходя за пределы стойки. Основной недостаток – при выходе из строя теплообменника или запорно-регулирующей арматуры стойку придется отключить. Развитием данной технологии является совмещение стоек через боковые поверхности со специальными кондиционерами. Тогда в случае неисправности одного из них тепловой режим будет поддерживать оставшийся кондиционер.

Стойки с интегрированными модулями охлаждения вряд ли обеспечат существенную экономию площади по сравнению с другими конструктивными решениями, но вот обойтись без фальшпола, а значит, выбирать помещения с более низкими потолками они позволят.

> Само оборудование для охлаждения стоит достаточно дорого, и я рекомендовал бы использовать его в небольших дата-центрах, в которых по каким-либо причинам невозможно применение других решений.

Решение 7. Новые «зеленые» методы охлаждения. Речь, в частности, идет об использовании роторных рекуперативных теплообменников. Назвать этот метод совсем новым нельзя, он давно и широко распространен в системах центрального кондиционирования и вентиляции в гражданском строительстве. Идея просто ждала своего часа, пока вызревало понимание, что ИТ-оборудование в дата-центрах не надо морозить в прямом смысле слова. Толчком к применению этих методов стали также неуклонное повышение стоимости электроэнергии и укрупнение ЦОДов.

Не вдаваясь в технические подробности, скажу, что решение позволяет максимально долго эксплуатировать холод окружающей среды, не включая холодильные машины, – вплоть до температуры наружного воздуха 22 °С. Для средней полосы России это означает, что коэффициент использования энергии в дата-центре (PUE) можно снизить до 1,1– 1,15. Для сравнения: в настоящее время в российских ЦОДах PUE составляет в среднем 2,5.

> Капитальные затраты на строительство ЦОДа с применением этой технологии будут примерно равны капитальным затратам для дата-центра с другими традиционными технологиями, но они будут по-разному распределены по времени. Если первоначальные вложения в инженерную инфраструктуру системы охлаждения ЦОДа на основе чиллеров и прецизионных кондиционеров обычно составляют около 70%, то в случае использования роторных регенераторов – только 25%. И это при существенном снижении операционных расходов. Соответственно, такой дата-центр будет очень быстро окупаться, что немаловажно для инвесторов.  

ИКС № 05 2010 стр. 78
Авторы: Петр Леонидович РОНЖИН
Источник: Икс

Что такое ТРВ?

ТРВ – это терморегулирующий вентиль или терморегулирующий клапан.

ТРВ устанавливается в холодильном парокомпрессионном непосредственно перед испарителем и имеет своей целью регулирование расхода хладагента в контуре.

Дело в том, что холодопроизводительность – это далеко не постоянная во времени величина. В зависимости от множества параметров, таких как появление солнца, ветра, включения/выключения оборудования в помещении, изменяется температура воздуха на входе в испаритель, следовательно, изменяются и условия испарения хладагента. Однако необходимо, во-первых, обеспечить требуемую холодопроизводительность, а во-вторых, поступающий далее в компрессор хладагент должен быть строго газообразным, гарантия чего достигается выдержкой определенного перегрева (около 10°C) хладагента в испарителе.

Принцип действия ТРВ

Возникает вопрос, как ТРВ осуществляет регулирование расхода хладагента в режиме реального времени.

Вполне очевидно, что, т.к. ТРВ привязан к конкреной холодильной установке и, влияя на входящий в испаритель хладагент, должен обеспечить определенные условия на выходе из испарителя, то ТРВ должен иметь связь с выходом испарителя и по полученным оттуда данным корректировать свою работу. Рисунок ниже иллюстрирует такую работу ТРВ:

Клапан расширения 5, он же ТРВ, расположен на входе в испаритель 7 и регулирует расход хладагента на основе сигнала термостата ТС с выхода испарителя. Процесс регулирувания осуществляется механичестким способом с использованием мембраны, жестко связанной с заслонкой. На одну сторону мембраны подается давление с выхода испарителя, на другую сторону – давление входа в испаритель и предвариательно сжатой пружины, степень сжатия которой как раз и определяет перегрев хладагента. В зависимости от соотношения давлений мембрана прогинается в одну или другую сторону, соответствующим образом перемещая заслонку и регулируя расход хладагента.

Очевидно, что данная схема хоть и зарекомендовала себя лучшим образом, напрямую связана с качественным состоянием мембраны и капилляра с термостатом. Вторая проблема – отсутствие возможности удаленного контроля работы ТРВ. Однако современная тенденция оцифровки всех сигналов и компьютеризации оборудования привела к появлению электронных терморегулирующих вентилей.

Электронные ТРВ

Новое поколение терморегулирующих вентилей представляет собой электронные ТРВ.

Главное его преимущество – отсутствие мембраны и связанных с ней проблем. Регулирование проходного сечения осуществляется перемещением иглы конической формы под управлением шагового электропривода. При этом слово “шаговый” не должно вызывать испуг, будто плавное регулирование превратилось в двух-трех-позиционное. На самом деле речь идет, как правило, о 250-1500 шагах привода, а это практически гладкая кривая!

Управление приводом берет на себя контроллер кондиционера, снабженный этой функцией. В результате на основе измерений температуры и давления, поступающих в контроллер от соответствующих датчиков, генерируется сигнал, подаваемый на электропривод ТРВ. На примере электронных ТРВ итальянского производителя Carel данная схема выглядит следующим образом:

Благодаря разработанным алгоритмам точного контроля параметров работы кондиционера, вычисляется, как заявляется, идеальная позиция подвижного элемента. Этим достигается снижение величины перегрева хладагента в испарителе. Если в системе с механическим ТРВ перегрев составлял порядка 10°С, достигая 15°С, то в системе с электронным ТРВ перегрев выдерживается на уровне 5°С. Указывается, что столь точный контроль за работой ТРВ должен привести к годовому снижению электропотребления кондиционера на 15-20%. В реальной жизни эти цифры трудно проверить, но факт энергосбережения бесспорен:

Снижение величины перегрева → снижение температуры на входе в компрессор → снижение температуры на выходе из компрессора → в меньшей степени, но снижение температуры конденсации → снижение потребляемой мощности и повышение холодопроизводительности одновременно, т.е. энергоэффективность (отношение холодильной мощности к затраченной) увеличится одновременно за счет роста числителя и уменьшения знаменателя. Из каталога того же Carel данный эффект иллюстрируется следующей картинкой:

Очевидным плюсом является и программируемость контроллера, а также контроль работы ТРВ по любому сетевому протоколу, а также с дисплея кондиционера.

Однако следует помнить, что проведенная “электронизация” терморегулирующих вентилей поставила их в стандартные для любого электронного оборудования рамки: электроника не любит низких температур и не застрахована от сбоев програмного обеспечения.

автор: Хомутский Юрий
Источник

Два принципиально разных варианта

При холодоснабжении любого объекта используется, как правило, две архитектуры построения системы кондиционирования:

• на основе фреоновых кондиционеров (сплит и мультисплит-системы и мультизональные системы). Отличительной особенностью является то, что во внутренний блок подается хладагент (фреон).
• система чиллер-фанкойл, в которой во внутренний блок подается промежуточный хладоноситель (води или незамерзающий раствор).

В вопросе холодоснабжения ЦОДов всё абсолютно аналогично – используются те же самые две архитектуры построения систем кондиционирования:

• DX (Direct eXpansion, прямое расширение) – способ охлаждения, когда во внутренний блок подается жидкий фреон, в испарителе отдающий холод внутреннему воздуху параллельно расширяясь и испаряясь.
• CW (Chilled Water, охлажденная вода) – способ охлаждения типа “чиллер-фанкойл”, когда во внутренний блок поступает охлажденная чиллером вода, в водо-воздушном теплообменнике (который, кстати, уже нельзя называть испарителем) отдающая холод внутреннему воздуху.

Особенности холодоснабжения ЦОД

Однако имеет холодоснабжение ЦОДов и свои особенности. Самое главное – это необходимость резервирования и, как вариант, необходимость в дополнительных источниках холода. Второй момент – круглогодичность работы системы кондиционирования, следовательно, необходимость функции фрикулинга.

Классификация кондиционеров по способу охлаждения

Именно благодаря использованию различных источников холода, в том числе и холода зимнего наружного воздуха, появляются дополнительные модели кондиционеров. Классифицируем их:

• DX-кондиционеры

  • Без свободного охлаждения

    • Один источник холода
      • DXA (DX+Air condenser): схема с одним фреоновым испарителем и выносным конденсатором воздушного охлаждения.
      • DXW (DX+Water condenser): схема с одним фреоновым испарителем и встроенным конденсатором водяного охлаждения. Вода охлаждается в выносном драйкулере.
      • DXW-1: схема с одним фреоновым испарителем и встроенным конденсатором, охлаждаемым городской водой.
    • Два источника холода
      • DXA+CW: двухконтурная система с двумя теплообменниками: на холодной воде от системы холодоснабжения (CW-схема) и фреоновый испаритель (DX-схема) в сочетании с выносным воздушным конденсатором.
      • DXW+CW: двухконтурная система с двумя теплообменниками: на холодной воде от системы холодоснабжения (CW-схема) и фреоновый испаритель (DX-схема) в сочетании с водяным конденсатором, вода из которого охлаждается в выносном драйкулере.

  • Со свободным охлаждением

    • DXF (DX+Freecooling): двухконтурная система с выносным драйкулером, охлаждающим воду, нагреваемую водяным конденсатором DXW-контура или водяным теплообменником, охлаждающим внутренний воздух.

• CW-кондиционеры

  • Кондиционер содержит теплообменник с холодной водой, полученной от чиллера. Возможность фрикулинга определяет функционал чиллера.

Схемы кондиционеров с различными способами охлаждения

Графические схемы, объясняющие практически все указанные схемы, наилучшим образом изображает, пожалуй следующий рисунок компании Emerson:

Автор: Хомутский Юрий
Источник

Версия CW	Версия DX

Дело в том, что фреоновые шкафные кондиционеры имеют в своем составе практически весь парокомпрессионный цикл: и испаритель и компрессор и ТРВ и фильтр, а также ресивер и систему автоматики. Вне шкафа остается выносной конденсатор, имеющий минимальные массо-габаритные показатели и позволяющий крепление на стену, т.е. не требующий места в плане.

В то же время водяные кондиционеры имеют в своем составе только теплообменник воздух-вода, регулирующие вентили и систему автоматики. Минимальный набор. Всё остальное оборудование вынесено из шкафа и обладает значительными габаритами и массами. Здесь и баки-аккумуляторы и насосная станция и чиллеры и трубно-коллекторная развязка.

Известно, что внутренний воздух охлаждается в испарителе и чем больше последний, тем большая холодильная мощность может быть отдана потоку воздуха. Однако во фреоновых кондиционерах из-за множества других компонентов при тех же габаритах блока для испарителя остается заметно меньшее пространство и, как следствие, генерируется меньшая холодопроизводительность. В свою очередь, в водяных кондиционерах обратная ситуация и, как следствие, максимальная холодильная мощность единицы оборудования также выше.

Однако следует учитывать, что в водяных системах требуются значительные площади вне обслуживаемого помещения. Если учитывать совокупность внутреннего и внешнего оборудования, то водяные системы также уступают фреоновым.

Автор: Хомутский Юрий
Источник

Решая такую непростую задачу владелец ЦОД приходит к мысли о необходимости более плотного размещения ИТ оборудования. Здесь важно учитывать одну очень непростую проблему, связанную с отводом большого количества тепла от каждой максимально заполненной стойки, которое будет выделяться в ходе работы аппаратуры.

В качестве примера расчета количества выделяемого тепла можно взять решения компаний IBM и DELL:

Решение от компании IBM

• Каждое шасси BladeCenter имеет размер «7U»
• В стандартную стойку 42U высотой можно установить максимально 6шт BladeCenters
• Максимальное тепловыделение одного BladeCenter составляет 4kW
• Максимальное тепловыделение полностью загруженной стойки будет составлять суммарно 24kW
• Требуемый охлаждающий воздушный поток на один BladeCenter 850 м³/час
• Суммарный охлаждающий воздушный поток на одну серверную стойку: 6 x 850 = 5100 м³/час
• Схема движения воздуха: с фронта назад

Решение от компании Dell

• 10 шт PowerEdge 1855 Blades занимают 7U в серверной стойке
• Максимально можно установить 60шт PowerEdge 1855 Blades в одну серверную стойку 42U высотой
• Максимальное тепловыделение 10шт Blades составляет 4.17kW
• Максимальное тепловыделение 60 штук PowerEdge 1855 Blades , установленных в одну серверную стойки будет составлять 25 kW
• Номинальный охлаждающий воздушный поток на один PowerEdge 1855 Blades составляет 68 м3/час
• Суммарно охлаждающий воздушный поток на одну серверную стойку с 60-тью PowerEdge 1855 Blades составит: 6 x 680 = 4080 м3/час
• Схема движения воздуха: с фронта назад

Получается, что полностью загруженная стойка требует охлаждающего воздушного потока от 4000 до 5000 м³/час.

Чтобы подать такой воздушный поток, нужно установить перед серверной стойкой как минимум три решетки 600 Х 600 мм! Тогда перед каждой серверной стойкой в дата-центре должно быть не менее 1,8 метра, а если ряды стоек будут размещены лицом друг к другу, то проход между стойками будет шириной 3,6 метра, что ведет к неэффективному использования пространства в компьютерном зале центра обработки данных.

Скорее всего, количество выделяемого тепла будет меньше расчетного, так как все серверы в стойке одновременно не загружаются на 100%. Однако, не надо забывать, что с учетом использования виртуализации в ЦОД загрузка серверов будет увеличиваться и приближаться к 90% и даже больше 90 процентов. Но даже если взять за основу цифру в 15 кВт (нагрузка стойки, о которой заявляют производители серверов), то все равно она достаточно высокая, и необходимо применять какие-то специализированные решения, которые могли бы обеспечить надлежащий уровень охлаждения без перегрева установленного в стойку оборудования.

Мы рассмотрим в данной статье несколько стандартных подходов к воздушному охлаждению в ЦОД и посмотрим, как можно решить задачу охлаждения серверной стойки с выделением тепла до 15 кВт и даже до 25 кВт, не прибегая к системе охлаждения с использованием жидких хладагентов.

Пример дата-центра с тепловой нагрузкой менее 2 кВт на один квадратный метр

В качестве исходных данных рассмотрим следующий пример

Типовое распределение холодного воздуха для решения поставленной задачи в ЦОД будет следующим:

При увеличении нагрузки на серверную стойку такая схема уже не подойдет, так как будут возникать следующие проблемы:

• Подача воздуха через пол ограничена
• Мощность охлаждения ограничена
• Дополнительный нагрев от другого оборудования

Переход к оценке тепловыделения в одной серверной стойке

При возрастающих нагрузках в современных дата-центрах необходимо переходить к оценке и расчету тепловых нагрузок на серверную стойку, что позволяет более точно оценить и рассчитать систему охлаждения в ЦОД.

Также требуются другие подходы к размещению оборудования и распределению воздушных потоков в серверном зале.

Система с «горячими» и «холодными» коридорами позволяет повысить нагрузку на серверную стойку до 6 кВт

При нагрузке от 3 кВт до 6 кВт в ЦОДе требуется уже создать систему охлаждения с «холодными» и «горячими» коридорами. Холодный воздух попадает через решетки в фальшполе и подается спереди на серверные стойки. Два ряда серверных стоек устанавливаются лицом друг к другу и образуют зону подачи холодного воздуха – «холодный» коридор. Горячий воздух выходит сзади серверных стоек в коридор, который образует зону с горячим воздухом – «горячий» коридор.

К сожалению, данное решение уже не решает проблемы еще более плотного расположения серверов и выделения тепла свыше 5-6 кВт на одну стойку.

Создание «холодного бассейна» и повышение отвода тепла до 10-15 кВт со стойки

При выходе воздушного потока сзади серверных стоек возникает ситуация, когда часть горячего потока поступает в зону холодного воздуха и начинает там смешиваться, повышая температуру на входе в оборудования и снижая эффективность системы. При росте нагрузки свыше 5 кВт необходимо изолировать «холодные» и «горячие» коридоры. Тем самым поднимается КПД системы охлаждения дата центра и, как результат, снижаются эксплуатационные расходы. Стойки забирают холодный воздух спереди и выпускают нагретый воздух сзади, который уже не смешивается с холодным. При таком решении можно обеспечить охлаждение на каждую серверную стойку до 10 кВт. На рисунке ниже показан пример создания «холодного бассейна».

Преимущества «холодного бассейна»

• Простое решение
• Использование стандартных кондиционеров

При повышении нагрузки до 15 кВт добавляется верхняя перегородка в «холодном» коридоре, тем самым полностью его изолируя.

Фотография центра обработки данных с использованием «холодного бассейна»

Решение с использованием «активного пола»

Но что делать, если необходимо отводить свыше 10-15 кВт от каждой серверной стойки и при этом не увеличивать количество решеток в «холодном» коридоре? Отсюда возникает вопрос: как подать достаточный поток воздуха через то же количество решеток, чтобы серверы получили «свою порцию» холодного воздуха?

Предлагается использовать решение итальянской фирмы Uniflair — «активный пол». Основной идеей охлаждения при помощи «активного пола» является подача гораздо большего регулируемого потока воздуха (до 4500 м3/час вместо 800-1000 м3/час от обычной решетки 600 Х 600 мм).

Установить просто вентилятор в подпольном пространстве было бы не достаточно для обеспечения гарантированного охлаждения серверных стоек. Важно правильно организовать воздушный поток как по давлению, так и по направлению воздуха, чтобы обеспечить подачу воздуха не только в верхнюю часть стойки, но и, в случае необходимости, обеспечить подачу холодного воздуха в ее нижнюю часть. Для этого панель «активного пола» помимо вентилятора, комплектуется процессором, датчиками температуры и поворотными ламелями. Важной особенностью этого изделия, является большой ресурс работы.

Устройство панели «активного пола»

1 Решетка

2а Регулируемые лопасти – Зона А

2b Регулируемые лопасти – Зона B

3 Фиксирующие скобы

4 EC вентилятор

5 Решетка подмеса воздуха

6 Электропанель

7 Контроллер

8 Датчик температуры – Зона A

9 Датчик температуры – Зона B

Ниже на картинке приводятся примеры исполнения «активного пола» для горизонтального и вертикального потоков, которые распределяется на две зоны.

Схемы решений на базе «активного пола» до 15 кВт на стойку и до 25 кВт на стойку

Применение системы «активный пол» позволяет повысить мощность тепловыделения стойки до 25 кВт!

Ниже показан пример решения с «активным полом» и «холодным бассейном».

Преимущества решения на базе «активный пол»

У любого решения есть свои плюсы и минусы. Ниже перечислим основные преимущества и недостатки «активного пола».

• Модульная система легко устанавливается в стандартный фальшпол дата-центра
• Поток воздуха позволяет использовать стойку в полной мощности
• Не требуется подача воды или фреона в зону серверных стоек
• Минимальный поток гарантирован даже в случае поломки вентилятора
• Подходит для расширения существующих серверных и компьютерных залов
• Возможно локальное использование при наличии только одной или нескольких высоконагруженных стоек
• Быстрый эффект от использования данного решения
• Энергосбережение
• Возможность управления

Недостатки

• Мощные потоки воздуха в подпольном пространстве

Заключение

Можно составить схему поэтапного развития и модернизации дата-центра, состоящего из трех этапов:

1. При проектировании дата-центра на первом этапе можно ограничиться расстановкой оборудования с организацией «холодных» и «горячих» коридоров.
2. По мере роста нагрузки и мощности на втором этапе следует организовать «холодный бассейн» с полной изоляцией «холодного» коридора.
3. Если потребуется большая мощность охлаждения, то необходимо установить «активный пол» в местах с максимальной нагрузкой серверных стоек.

Естественно, что дата-центр должен иметь достаточную мощность охлаждения прецизионными кондиционерами на всех этапах своего развития.

Данная статья написана специалистами фирмы ООО «ЮНИКОНД» с использованием материалов фирмы Uniflair.

Компания ООО «ЮНИКОНД» занимается проектированием, поставкой, монтажом систем охлаждения и кондиционирования дата-центров на базе оборудования фирмы Uniflair. Фирма берет на себя наладку и ремонт кондиционеров Вашего действующего центра обработки данных, проводим необходимое техническое обслуживание и поддержку.

Контакты компании «ЮНИКОНД»

www.b-p.ru и www.unicond.ru

info@unicond.ru

sales@b-p.ru

т./ф. (495) 664-29-59

Источник

Собственно, разобраться в данном вопросе я предлагаю в три этапа:

1. Сформулировать требования к системе холодоснабжения ЦОДа.
2. Выяснить, на что и как влияет изменение температурного графика, и найти оптимальный.
3. Сравнить на конкретном примере температурные графики 7/12°С и 10/15°С.

Привязка именно к 10/15°С исходит из того, что именно этот график является “вторым стандартом”, данные именно для него часто указываются в технической документации на холодильное оборудование.

Требования к системе холодоснабжения ЦОДа

Коротко требования к системе холодоснабжения ЦОДа звучат следующим образом: необходимо поддержать в помещении ЦОДа заданные значения температуры и влажности. При этом следует учитывать, что вычислительное оборудование выделяет только тепло, а влагоизбытки равны нулю. Т.е. система холодоснабжения должна генерировать максимум холода без изменения влажности. В этом случае потребуются минимальные затраты на систему увлажнения.

На что и как влияет температурный график?

На данный вопрос проце всего ответ представить в виде двух логических цепочек по отдельности для чиллера и для внутреннего блока:

1. Чиллер.

   Здесь главным фактором является то, что получение холода на более низком температурном уровне обходится дороже:

   • Понижение температур хладоносителя → понижение холодопроизводительности чиллера.
   • Повышение температур хладоносителя → повышение холодопроизводительности чиллера.
2. Внутренний блок.

   Главным фактором является то, что понижение температуры испарителя увеличивает выпадение конденсата:

   • Понижение температур хладоносителя → температура поверхности испарителя становится ниже → линия процесса на I-d диаграмме идет левее → повышение холодильной мощности блока и количества выпадаемого конденсата.
   • Повышение температур хладоносителя → температура поверхности испарителя становится выше → линия процесса на I-d диаграмме идет правее → понижение холодильной мощности блока и количества выпадаемого конденсата.

Таким образом, получаем дилемму: желание понизить расход конденсата повышает холодильную мощность внутреннего блока, но понижает количество генерируемого чиллером холода.

Сравнение 7/12°С и 10/15°С на примере

В качестве примера поставим цель выбрать оборудование для холодоснабжения ЦОДа мощностью 500кВт на основе оборудования Liebert, рассмотрев два температурных графика: вых/вх = 7/12°С и 10/15°С. Хладоноситель – 40%-й водный раствор этиленгликоля, в помещении необходимо поддержать 24°С/50%, температура воздуха снаружи 35°С.

• Для температурного графика 7/12°С имеем:
  

  Оборудование	Параметр	Значение, 1 блок	Значение, итого
  Внутренний блок 5шт x L14UC	Полная хол. мощность	126,9	634,5
  	Явная хол. мощность	104,2	521,0
  	Потребляемая мощность	9,18	45,9
  Чиллер 2шт x SBH032	Полная хол. мощность	324,6	649,2
  	Потребляемая мощность	132,0	264,0
  Общая потребляемая мощность			309,9
  Отношение явной хол. мощности к потребляемой			1,68
  Температура полного перехода на режим фрикулинга			-5°С

• Аналогично для температурного графика 10/15°С имеем:
  

  Оборудование	Параметр	Значение, 1 блок	Значение, итого
  Внутренний блок 6шт x L14UC	Полная хол. мощность	85,9	515,4
  	Явная хол. мощность	85,9	515,4
  	Потребляемая мощность	9,18	55,1
  Чиллер 2шт x SBH028	Полная хол. мощность	271,3	542,6
  	Потребляемая мощность	111,0	222,0
  Общая потребляемая мощность			277,1
  Отношение явной хол. мощности к потребляемой			1,86
  Температура полного перехода на режим фрикулинга			-3°С

Анализируя результаты, получаем следующее:

• Потребляемая мощность системы кондиционирования снизилась почти на 33 кВт (более 10%)
• Холодопроизводительность полностью обеспечивается режимом фрикулинга при более высокой (на 2°С) наружной температуре
• Требуется один дополнительный внутренний блок
• Переход на чиллеры меньшего типоразмера (длина короче на метр: 5750мм против 4750мм, а масса меньше почти на 500кг: 3266кг против 2773кг)
• SHR=1, т.е. имеет место полное отсутствие конденсата, а, значит, достаточно одного увлажнителя “на всякий случай”; в то время как при температуре хладоносителя 7/12°С более 110кВт холодильной мощности пойдет на образование конденсата.

Дополнительно отметим, что в точности те 113,5кВт холодопроизводительности, что идут на выпадение конденсата, потребуется затравить на увлажнители. Т.е. реальная экономия потребляемой мощности в 500кВт-ном ЦОДе составит 32,8+113,5=146,3кВт – почти треть!

Обобщенные данные

В качестве обобщенных данных приведем следующие цифры, полученные на практике и хорошо согласующиеся с теорией.

• При повышении температурного графика холодоносителя на каждый 1°С:
  • холодопроизводительность чиллера растет на 3% (высокая точность),
  • потребляемая мощность чиллера растет на 1.3% (высокая точность),
  • полная холодопроизводительность внутреннего блока снижается на 11% (среднее значение, разброс от 6 до 17%),
  • явная холодопроизводительность внутреннего блока снижается на 8.5% (среднее значение, разброс от 4 до 14%),
  • потребляемая мощность очень слабо зависит от температуры воздуха, поэтому не изменяется.
• SHR растет и при температурном графике 10/15 не ниже 0.97.
• При переходе с 7/12 на 10/15:
  • холодопроизводительность чиллера растет на 9%,
  • потребляемая мощность чиллера растет на 4%,
  • полная холодопроизводительность внутреннего блока снижается на 33%,
  • явная холодопроизводительность внутреннего блока снижается на 16%.

Автор: Хомутский Юрий
источник

Это новинка линейки прецизионных систем кондиционирования CyberAir 2, которые производятся на заводе STULZ в Германии. Оборудование STULZ уже успели оценить многие клиенты компании HTS – ведущие системные интеграторы России. Представленная новинка CyberAir 2 расширяет возможности этих прецизионных кондиционеров, сочетая максимальную надежность и эффективность использования энергии.

Особенность конструкции кондиционеров серии CWE/CWU состоит в том, что вентиляторный и теплообменный блоки в них выполнены как раздельные модули. Это позволяет устанавливать вентиляторный блок в фальшпол, обеспечивая при этом максимально эффективное охлаждение помещения.

Основные преимущества установки CyberAir 2 CWE/CWU:

• 
  CyberAir 2 CWE/CWU – это гибкая система, обладающая холодопроизводительностью от 67,4 до 184,1 кВт, оптимально подходящая для экономичного кондиционирования воздуха в средних и крупных ЦОДах. Ни одна другая прецизионная система кондиционирования воздуха не обладает столь высокой степенью адаптивности!
• 
  В установке используется функция непрямого естественного охлаждения. С помощью увеличения теплообменника в установках CyberAir 2 CWE/CWU кондиционирование воздуха заметно оптимизировалось, а затраты на электроэнергию снизились.

Кроме того, кондиционеры CWE/CWU оборудованы электронной системой управления резервными модулями. Интеллектуальная система позволяет равномерно распределять нагрузку между всеми элементами системы кондиционирования с мгновенной скоростью и высочайшей точностью. Как результат – потребление электроэнергии вентиляторами снижается до 70%!

Максимально эффективное использование энергии и пространства с помощью прецизионных систем кондиционирования CWE/CWU CyberAir 2 – это естественный выбор, который Вы можете сделать вместе с HTS!

Компания HTS специализируется на поставке систем прецизионного кондиционирования для сложных центров обработки данных, серверных и технологических помещений. Компания HTS осуществляет комплексный подход в области холодоснабжения и кондиционирования высокотехнологичных объектов.

Stulz GmbH – мировой лидер в разработке и производстве прецизионных кондиционеров и холодильных машин с 1947 года. Оборудование STULZ уже много лет успешно применяется на территории Российской Федерации, демонстрируя безаварийную работу в самых сложных климатических условиях (включая сверхнизкие температуры до – 50оС).

Сочетание уникального опыта наших специалистов с надежностью европейского оборудования – это гарантия Вашего успеха и эффективности!

Получить более подробную актуальную информацию об установке CWE/CWU CyberAir 2 можно на сайте www.h-ts.ru или в офисах:

HTS Санкт-Петербург
Тел.: +7 (812) 363 11 93
spb@h-ts.ru

Как они появились?

Прежде чем перейти к изучению конкретных показателей и методов их расчета необходимо определить цель введения этих показателей. Какую информацию они должны нести в себе?

Кондиционер потребляет электрическую энергию и вырабатывает холодильную мощность. Очевидно, что цель – добиться максимальной холодопроизводительности при минимальном энергопотреблении. Поэтому, любой показатель энергоэффективности по своей сути – это отношение холодильной мощности к потребляемой. О том, насколько это отношение близко к идеальному, другими словами, насколько высока реальная энергоэффективность по сравнению с теоретической.

А нам для более качественной оценки нужно учесть условия работы кондиционера, ведь одно дело табличные данные каталога при стандартных условиях, и совсем другое – реальный опыт эксплуатации в широком диапазоне наружных температур, тепловой нагрузки и т.п. Именно желание учесть реальные режимы работы и привело к появлению различных показателей энергетической эффективности.

EER – моментальный показатель энергоэффективности

Итак, обзор показателей энергоэффективности начинается с самого простого и известного: коэффициента EER. EER (Energy Efficiency Ratio, коэффициент энергетической эффективности) равен отношению холодопроизводительности к полной потребляемой мощности при расчетных условиях работы:

EER=Q_х/N_потр;

Особенности данного показателя:

• EER – это показатель, привязанный к определенным условиям, т.е. это моментальный показатель.
• Обычно приводится EER для номинального режима (100% тепловая нагрузка при стандартных условиях). Это может быть удобно для быстрой оценки эффективности оборудования, но оценен будет только один режим работы.
• Часто в каталогах расчет EER производится с учетом только мощности компрессора (без учета вентиляторов и др.), что не совсем верно при отсутствии соответствующих оговорок.
• EER является интернациональным общепризнанным показателем, понятным для специалистов всех стран и континентов.
• Именно по EER и только по нему производится деление кондиционеров по классам энергоэффективности (см. ниже).

Согласно Директивам Комиссии Евросоюза по энергетике и транспорту у кондиционеров должна быть этикетка энергоэффективности ЕС, показывающая основные потребительские свойства товара. Эффективность использования энергии обозначается классами – от A до G. Класс A имеет самое низкое энергопотребление, G наименее эффективен. Разделение на классы по EER осуществляется следующим образом:

Обобщенные (сезонные) показатели энергоэффективности

Главная причина введения сезонных показателей – желание оценить эффективность работы холодильного оборудования в условиях, приближенным к реальным, т.е. в течение всего сезона при различной нагрузке и температуре окружающей среды.

Другими словами, обобщенные показатели учитывают ненагруженные режимы работы, поэтому их иногда называют коэффициентами энергоэффективности при частичной нагрузке.

Экспериментальные данные показывают, что нагрузка на систему кондиционирования в течение года изменяется следующим образом:

Очевидно, что данная кривая может существенно изменяться в зависимости от климата конкретного местоположения. Также очевидно и то, что для упрощения расчетов коэффициентов энергоэффективности и для расширения диапазона их применения эта кривая требует осреднения. Наиболее часто встречается четырехступенчатое осреднение.

Выделим основные особенности обобщенных показателей энергоэффективности:

• Как правило, используется четырехступенчатое осреднение сезонной нагрузки на климатическую систему.
• Оценка производится только для одного чиллера. Однако СНиП 41-01-2003 “Отопление, Вентиляция и Кондиционирование”, п. 9.2 гласит, что “Систему холодоснабжения следует, как правило, проектировать из двух или большего числа установок охлаждения”.В случае системы холодоснабжения на основе нескольких чиллеров ситуация меняется. Например, при наличии трех чиллеров график нагрузки каждого чиллера в зависимости от общей нагрузки выглядит следующим образом:Из графика видно, что в многочиллерной системе нагрузка на каждый чиллер выше, чем в одночиллерной, если общая нагрузка не превышает 65% от максимальной. Сделаем из этого главный вывод: нагрузка на чиллер в многочиллерной системе практически всегда выше 50%. Это следует учитывать при выборе показателя энергоэффективности.

ESEER – Европейский сезонный показатель энергоэффективности

ESEER – European Season Energy Efficiency Ratio – Европейский сезонный показатель энергетической эффективности, определяемый в соответствии с директивами Евросоюза (согласно спецификации ЕЕССАС (Оценка энергетической эффективности и сертификация кондиционеров воздуха), в Европе следует использовать именно ESEER).

ESEER рассчитывается по следующей формуле:

ESEER = 0.03·EER(100%, 35°C)+0.33·EER(75%, 30°C)+0.41·EER(50%, 25°C)+0.23·EER(25%, 20°C),

где EER(..%) коэффициенты энергоэффективности при указанной нагрузке и температуре наружного воздуха или соответствующей температуре охлаждающей воды (см. таблицу ниже).

Параметры для расчета ESEER можно наглядно представить в виде таблицы:

EMPE – итальянское сезонное осреднение

EMPE – показатель энергетической эффективности чиллера, методика расчета которого разработана итальянской ассоциацией AICARR (итал. Associazione Italiana Condizionamento dell’Aria Riscaldamento e Refrigerazione; англ. Italian Association of Air-Conditioning, Heating and Refrigeration; Итальянская ассоциация кондиционирования воздуха, систем отопления и холодоснабжения). EMPE используется на территории Европы. Исследования проводились для Центральной и Восточной Европы в следующих условиях:

• принят постоянный расход хладоносителя,
• температура хладоносителя на входе в чиллер фиксирована и равна 7°C.

Параметры для расчета EMPE можно наглядно представить в виде таблицы:

IPLV – американский показатель энергоэффективности

IPLV (Integrated Part Load Values, интегральный показатель при частичной нагрузке) – показатель энергетической эффективности, определяемый в соответствии с американским стандартом AHRI (Air Conditioning, Heating, and Refrigeration Institute; Институт кондиционирования воздуха, систем отопления и холодоснабжения) 550/590-98.

Параметры для расчета IPLV можно наглядно представить в виде таблицы:

IPLV имеет следующие особенности:

• IPLV в основном применяется на рынке США,
• Длительность периода работы с 75-100%-й нагрузкой принята равной 1% – очень малая величина. Здесь предполагается, что при проектировании систем холодоснабжения был заложен запас в 20-30% по холодопроизводительности.

Что подходит для Москвы?

Очевидно, что дискретные точки показателей энергетической эффективности для выбираемого оборудования должны максимально соответствовать режиму работы проектируемого объекта. К сожалению, у нас слишком мало накопленных опытных данных по регионам России. Пожалуй, наиболее точно их можно привести только для Москвы.

Итак, для объектов в Москве с системой холодоснабжения на основе двух чиллеров характерна следующая ситуация (по данным компании Trane, водяное охлаждение конденсатора):

Если учесть различия в наружных температурах, то можно сделать вывод, что конктрено для Московского региона наиболее верно отражает действительность коэффициент EMPE.

источник