Rozwiązania technologiczne w systemach klimatyzacji serwerowni Wybrane przykłady
Ocena użytkowników: / 9
SłabyŚwietny 
Data dodania: 07.07.2014

Niezwykle szybki rozwój technologii informacyjnych przyczynił się do ukształtowania społeczeństwa informacyjnego i gospodarki opartej na wiedzy. Dlatego też, coraz większe znaczenie ma stabilny dostęp do wszystkich ważnych źródeł informacji – zarówno tych zewnętrznych, zebranych w sieciach takich jak Internet, jak i wewnętrznych.

 

Niezakłócone przechowywanie i udostępnianie danych w firmie jest obecnie warunkiem wstępnym, który spełnić musi każde przedsiębiorstwo, bez względu na jego wielkość, aby się rozwijać. Bezpieczny i stały dostęp może zapewnić jedynie posiadanie własnej, profesjonalnie zaprojektowanej i zarządzanej serwerowni.

Serwerownia jest specjalnym wydzielonym pomieszczeniem będącym środowiskiem pracy komputerów pełniących rolę serwerów, a także aktywnych i pasywnych elementów sieci komputerowych. Urządzenia te są umieszczane najczęściej w szafach stelażowych (rackowych) wewnątrz serwerowni. Mniejsze firmy decydują się na serwerownie składające się z jednego lub kilku serwerów, często nawet nie przeznaczając na nią oddzielnego pomieszczenia, podczas gdy większe przedsiębiorstwa zlecają budowę systemów wieloserwerowych w specjalnie do tego przygotowanych miejscach. Specyficznym rodzajem serwerowni są tzw. centra przetwarzania danych (data center), składające się nierzadko z wielu setek serwerów. Jak widać już po powyższym wyliczeniu podstawowych elementów, temat serwerowni jest nie tylko niezwykle obszerny, ale i stosunkowo skomplikowany.

W celu utrzymania ciągłości pracy urządzeń stosuje się dwa (lub więcej) źródła zasilania serwerowni oraz systemy zasilania awaryjnego UPS. W przypadku serwerów internetowych, stosuje się także kilka łączy do różnych dostawców Internetu, w celu zapewnienia widoczności serwerów nawet podczas awarii jednego z łączy. Serwerownia posiada specyficzny mikroklimat. W pomieszczeniu dla poprawnej pracy urządzeń powinna być zachowana odpowiednia wilgotność i temperatura powietrza. Profesjonalne serwerownie posiadają czujniki ww. parametrów i automatycznie regulują zmiany mikroklimatu. Komponenty, które wchodzą w skład serwerowni wydzielają dużą ilość ciepła, co oznacza, że muszą być odpowiednio chłodzone. Ponadto sprzęt sieciowy, aby mógł pracować jak najbardziej niezawodnie, powinien mieć zapewnioną nie tylko odpowiednią temperaturę, ale i wilgotność środowiska pracy. Dlatego podstawowym elementem wyposażenia każdej serwerowni jest odpowiednio skonfigurowana klimatyzacja. Zalecana temperatura powinna mieścić się w przedziale między 20 a 21°C, podczas gdy wilgotność powietrza powinna wynosić około 45÷50% [1]. Ponieważ osiągnięcie tych wartości nie jest zadaniem prostym dla standardowych, wykorzystywanych w biurach i domach mieszkal- nych urządzeń klimatyzacyjnych, w serwerowniach zazwyczaj montuje się znacznie bardziej zaawansowane urządzenia (rys. 1.).

 

2014-06-34-1

Rys. 1. Przykładowa serwerownia [2]

 

Klimatyzacja serwerowni

Spotykane są różne rozwiązania klimatyzacji obiektów data center. Wybór najlepszego zależy od przeznaczenia serwerowni, wielkości, znajdujących się w niej urządzeń, ale także od możliwości finansowych inwestora. Dla małych obiektów czasem wystarczy klimatyzator typu split. Można zastosować kilka jednostek tego typu. Ich wybór zależy również od możliwości montażowych danego pomieszczenia. Warto jednak mieć na uwadze, że serwerownie często z upływem czasu są rozbudowywane. Wraz z ich rozrostem wzrasta także zapotrzebowanie na moc chłodzenia. Dlatego dobierając urządzenie klimatyzacyjne, dobrze jest dobrać jednostkę o większej wydajności, która pozwoli na skuteczne funkcjonowanie, nawet po rozbudowaniu serwera. Na uwadze trzeba mieć także parametry techniczne klimatyzatora.

Zalecane rozwiązania do klimatyzacji serwerowni w zależności od obciążeń cieplnych [2]:

  • obciążenie cieplne do 120 W/m² – można zastosować klimatyzatory ścienne,
  • obciążenie do 180 W/m² – można zastosować klimatyzator podsufitowy, kasetonowy lub szafę klimatyzacji precyzyjnej,
  • obciążenie do 230 W/m² – można zastosować klimatyzator kanałowy lub szafę klimatyzacji precyzyjnej,
  • obciążenie do 300 W/m² – można zastosować klimatyzator kanałowy wysokiego sprężu lub szafę klimatyzacji precyzyjnej,
  • obciążenie do 580 W/m² – można zastosować klimatyzator kanałowy wysokiego sprężu lub szafę klimatyzacji precyzyjnej,
  • obciążenie do 750 W/m² i więcej – można zastosować szafę klimatyzacji precyzyjnej.

 

2014-06-35-1

Rys. 2. Analiza dróg przepływu powietrza za pomocą programu CFD [3]

 

Bardzo pomocnym narzędziem przy projektowaniu serwerowni są symulacje komputerowe za pomocą programów typu CFD [3]. Przykład wyników uzyskanych z symulacji widoczny jest na rysunku 2. [3]: jak widać, analiza z wykorzystaniem nowoczesnego oprogramowania pozwala skutecznie ocenić rozpływ powietrza w pomieszczeniu oraz sprawdzić, czy przyjęty system klimatyzacji będzie działał poprawnie.

Jednym ze skutecznych rozwiązań w systemie klimatyzacji serwerowni jest rozkład szaf rakowych w układzie „strefa zimna – strefa ciepła" [4], przykład widoczny jest na rysunku 3.

 

2014-06-35-2

Rys. 3. Klimatyzacja serwerowni w układzie „Strefa zimna – strefa gorąca”, JKP – jednostka klimatyzacji precyzyjnej [2]

 

Za najbardziej efektywny układ w chwili obecnej uznaje się konfigurację: strefa zimna 120 cm, strefa gorąca 90÷100 cm [4]. Ustalenie tych wielkości poprzedziły odpowiednie i szczegółowe badania numeryczne i eksperymentalne nad skutecznym rozkładem serwerowni, przy czym większość badań opisywana była dwoma zasadniczymi indeksami SHI (Supply Heat Index) i RHI (Return Heat Index)[4]. Wielkość SHI opisana matematycznie określa w jakim stopniu gorące powietrze usuwane z szaf rackowych miesza się z zimnym powietrzem dostarczanym do strefy zimnej, natomiast wielkość RHI jest indeksem opisującym w jakim stopniu gorące powie- trze z szaf rackowych miesza się z zimnym powietrzem zanim powróci do jednostek klimatyzacji. Suma obu indeksów zawsze jest równa 1, co oznacza, że im wyższa wartość RHI tym jest lepszy rozkład przepływu powietrza i mniejsze mieszanie powietrza gorącego z zimnym [4]. Z analizy indeksów wynika, że najlepszym rozwiązaniem systemu klimatyzacji jest sytuacja, w której indeks SHI wynosi 0, natomiast RHI wynosi 1. Istnieją takie układy klimatyzacyjne oraz klimatyzatory, które potrafią osiągnąć wartość indeksów bardzo zbliżoną do idealnej, jednakże cechują je bardzo wysokie koszty eksploatacyjne i inwestycyjne oraz duży wpływ na inne instalacje w pomieszczeniach komputerowych. Powoduje to, że zasadność ich stosowania wymaga złożonej analizy. Indeksy RHI i SHI są nie tylko narzędziem do zrozumienia przepływu ciepła w pomieszczeniach komputerowych, ale sugerują także sposoby do zwiększenia wydajności energetycznej systemów klimatyzacji. W poprawnie zaprojektowanym układzie klimatyzacyjnym, po zapewnieniu wszystkim serwerom odpowiedniej temperatury i ilości powietrza na zasysaniu, o sprawności energetycznej systemu klimatyzacji świadczy temperatura powietrza powracającego do klimatyzatora, im wyższa (w dopuszczalnym dla klimatyzatora zakresie) tym lepiej [4].

W niniejszym artkule przedstawione zostaną dwa wybrane rozwiązania klimatyzacji serwerowni: wysokoefektywne rozwiązanie „tradycyjne”, z wykorzystaniem szaf klimatyzacji precyzyjnej firmy Swegon oraz rozwiązanie „alternatywne” z wykorzystaniem pośredniego chłodzenia wyparnego.

 

System DATATECH firmy Swegon

(...)

 

Rozwiązania wykorzystujące chłodzenie wyparne

Ciekawą alternatywą w klimatyzacji serwerowni mogą być urządzenia wykorzystujące pośrednie chłodzenie wyparne. Pośrednie chłodzenie wyparne jest jednym z niewielu dostępnych na rynku rozwiązań w zakresie energii odnawialnej wykorzystywanej w chłodnictwie. Chłodzenie wyparne wykorzystuje naturalną tendencję wody do parowania. Parowanie wody wymaga pobrania dużej ilości ciepła (ciepło parowania wody wynosi 2500 kJ/kg, podczas gdy przykładowo energia potrzebna do podgrzania wody o 20°C wynosi jedynie około 84 kJ/kg). Własności termodynamiczne powietrza wilgotnego pozwalają na obniżenie jego temperatury podczas nawilżania wodą. Ochładzanie powietrza za pomocą parowania wody jest procesem wymiany ciepła i masy pomiędzy cieczą a gazem, podczas którego powietrze obniża swoją temperaturę, jednocześnie zwiększając swoją zawartość wilgoci. Proces, w którym powietrze po nawilżeniu dostarczane jest do użytkowników, nosi nawę chłodzenia wyparnego bezpośredniego. W tym przypadku strumień powietrza ochładza się i jednocześnie nawilża się parą wodną. Takie rozwiązanie nie znajduje zastosowania jako źródło chłodu w klimatyzacji, ponieważ wilgotny strumień nawiewany do pomieszczenia powoduje odczuwanie uczucia duszności przez jego użytkowników. Ponadto, efektywność bezpośrednich urządzeń wyparnych jest ograniczona temperaturą termometru mokrego. W przypadku pośredniego chłodzenia powietrza stosowane są urządzenia, w których występują dwa rodzaje kanałów: suchy i mokry. Przez kanał mokry prowadzony jest strumień powietrza (nazywany roboczym), który wykorzystywany jest do akumulacji pary wodnej. Płynące powietrze stwarza różnice potencjałów ciśnień cząstkowych pary wodnej, co skutkuje odparowaniem cieczy, która pobiera na ten cel znaczne ilości ciepła. Część ciepła pobierana jest z kanału suchego, oddzielonego nieprzepuszczalną dla wody ścianką. Pozwala to ochłodzić powietrze w suchym kanale, bez jednoczesnego nawilżania go. Pośrednie jednostki wyparne nie są ograniczone temperaturą termometru mokrego, a jedynie temperaturą punktu rosy (czyli temperaturą, przy której następuje wykroplenie pary wodnej z powietrza). Tematyka pośredniego chłodzenia wyparnego była poruszana min. w numerze 1-2 i 3/2014 CH&K [6, 7].

 

(...)

 

Podsumowanie

W artykule:

  • Omówiono podstawowe widomości o serwerowniach;
  • Podano podstawowe wytyczne dot. klimatyzacji w serwerowniach;
  • Przedstawiono dwa wybrane, nowoczesne systemy klimatyzacji w tego typu obiektach:
    • Systemy DATATECH oferowane przez firmę Swego;
    • Systemy wykorzystujące pośrednie chłodzenie wyparne na przykładzie jednostek firmy Coolerado.

 

prof. dr hab. inż. Sergey ANISIMOV
mgr inż. Demis PANDELIDIS
Instytut Klimatyzacji i Ogrzewnictwa,
Wydział Inżynierii Środowiska,
Politechnika Wrocławska

 

Więcej na ten temat przeczytają Państwo w Chłodnictwie i Klimatyzacji 06/2014

 

 

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Pompy ciepła 2023-2024

  • Pompy ciepła 2021-2022

  • Pompy ciepła 2022-2023

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023

  • Pompy ciepła 2020-2021

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020

  • Pompy ciepła 2019-2020

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.