Przyjmując zlecenie na zaprojektowanie obiektu z serwerownią lub całego Centrum Przetwarzania Danych (CPD) projektanci stają często przed wyborem jak bezpieczną instalację zaprojektować.

Bezpieczeństwo w CPD jest kwestią w większości przypadków kluczową, bo wpływa na ciągłość jego funkcjonowania. Jej przerwanie oznacza często wielomilionowe straty dla użytkownika. Jak jednak zdefiniować bezpieczeństwo w CPD? To pytanie zadają sobie autorzy, poszukując w pracy codziennej coraz lepszych odpowiedzi. Jedną z nich może być klasyfi kacja TIER wg Uptime Institute.

Klasyfikacja dostępności systemów klimatyzacyjnych TIER (Uptime Institiute)

• TIER I – podstawowa infrastruktura,
• TIER II – redundandcja N+1,
• TIER III – ciągłość serwisowania,
• TIER IV – odporność na awarie + fi zyczna separacja systemów.

Istnieją cztery poziomy dostępności infrastruktury w CPD. Na potrzeby niniejszego artykułu omówione one zostaną w kontekście systemów klimatyzacyjnych, aczkolwiek co do zasady mają również zastosowanie dla innych systemów, np. systemów zasilania gwarantowanego. Klasyfi kacja ta ma większe zastosowanie w przypadku systemów opartych o instalacje wody lodowej, gdzie jest ona bardzo czytelna. Specyfi czne wykorzystanie przyjmuje również w przypadku instalacji freonowych opartych o urządzenia bezpośredniego odparowania.

TIER I – system podstawowy

System ten wyposażony jest w pojedyncze źródło chłodu, pojedyncze rurociągi oraz jeden lub wiele odbiorników. Odpowiednikiem jego w ogrzewaniu jest klasyczna instalacja centralnego ogrzewania. Jest to system prosty w swej budowie, jednak w przypadku wystąpienia awarii źródła chłodu lub rurociągów oraz jednostek wewnętrznych, następuje całkowite zatrzymanie pracy systemu (awaria źródła chłodu lub rurociągów) albo niedobór dostarczanej mocy chłodniczej (w przypadku awarii jednej z wielu jednostek wewnętrznych).

TIER II – system redundantny (nadmiarowy)

Układ taki charakteryzuje się redundancją w zakresie źródeł chłodu, jak również jednostek wewnętrznych. Poziom nadmiarowości zależy z reguły od wymagań inwestora. Klasycznym i najczęstszym rozwiązaniem jest redundancja N+1. Po stronie tzw. „ścieżki mocy”, czyli w przypadku systemu klimatyzacyjnego (instalacji wody lodowej), ciągle mamy do czynienia z pojedynczymi rurociągami. Istnieją dwa główne założenia co do funkcjonalności systemu o dostępności TIER II:

• Serwisowanie jednostek wewnętrznych oraz źródła chłodu nie ogranicza funkcjonalności systemu,
• Serwisowanie „ścieżki mocy” wyłącza system.

TIER III – system redundantny odporny na zaplanowane wyłączenia komponentów 

System ten jest rozbudowaną wariacją systemu o dostępności TIER II. Różnicę stanowi ścieżka mocy, która wykonana jest w taki sposób by zapewnić działanie systemu podczas planowych wyłączeń jej części. Istnieją dwie możliwości rozwiązania ścieżki mocy:

• Ścieżka mocy w układzie podwójnego rurociągu

Charakteryzuje się tym, że poza odbiornikami również ścieżka mocy jest redundantna. Fizycznie oznacza to dwie lub więcej par rurociągów. Najczęściej wykonuje się pary podwójne, co daje poziom nadmiarowości N+1;

• Ścieżka mocy w układzie pierścieniowym

Charakteryzuje się tym, że źródło z odbiornikami łączy system rurociągów w układzie pierścieniowym, podzielonym na sekcje zaworami odcinającymi sterowanymi ręcznie lub automatycznie.

Jako sekcję rozumie się odcinek pierścienia ścieżki mocy razem z jednym odejściem do odbiornika. W przypadku potrzeby wykonania naprawy lub prac serwisowych na danej części pierścienia lub odejścia odcina się daną sekcję poprzez zawory odcinające. W systemie opartym o TIER III istotne znaczenie ma ilość oraz lokalizacja armatury odcinającej i regulującej na instalacji. Są one traktowane jako element podlegający serwisowaniu, a ich wyłączenie nie może wpłynąć na funkcjonowanie systemu.

Rys. 1. Przykładowy schemat rozwiązania klimatyzacji precyzyjnej zgodnego z poziomem dostępności TIER III (stan normalny)

Rys. 2. Przykładowy schemat rozwiązania klimatyzacji precyzyjnej zgodnego z poziomem dostępności TIER III (awaria magistrali wody lodowej)

TIER IV – system odporny na awarie, z ang. „fault tollerant”

System klimatyzacyjny dobiera się na najwyższą temperaturę zewnętrzną, która wystąpiła w ciągu ostatnich 20 lat w danej lokalizacji (wg ASHRAE Fundamentals Handbook – zasadę tę powinno stosować się również do pozostałych opisanych powyżej wariantów). Temperatura ta jest minimalną, dla której należy dokonać doboru urządzeń. Na życzenie inwestora lub ze względu na większe bezpieczeństwo systemu można przyjmować większe temperatury zewnętrzne. Należy jednak pamiętać o tym, że będzie to miało wpływ na powiększenie się infrastruktury energetycznej CPD zasilającej jednostki klimatyzacyjne. 

Zwykle podczas prac projektowych korzysta się z danych o temperaturach zewnętrznych dostępnych na stronach internetowych organizacji ASHRAE. Przy doborze jednostek zewnętrznych dla poziomu dostępności TIER IV obowiązkowa jest analiza wpływu lokalizacji urządzeń w obrębie obiektu na ich wydajność chłodniczą, np. ciasne umiejscowienie jednostek zewnętrznych bez wystarczającego omywania powietrzem zewnętrznym. System ma redundancję N+1 lub wyższą w komponentach mocy (jednostkach zewnętrznych i wewnętrznych) jak i w ścieżce mocy. Jest on odporny na niezaplanowane zatrzymania i awarie (co odróżnia go od systemów zbudowanych w oparciu o TIER II i III). Wymaga to pełnej automatyzacji komponentów systemu, tak by wszystkie niezbędne przełączenia odbywały się w sposób automatyczny i jednocześnie wystarczająco szybki. Element szybkości przełączenia się komponentów systemu jest często pomijany w rozważaniach technicznych i co gorsza w pracach projektowych. Zbyt wolne przełączenie się systemu może być przyczyną nadmiernej bezwładności systemu klimatyzacyjnego, a co za tym idzie awarii sprzętu IT na skutek przekroczenia jego dopuszczalnych wartości temperatur pracy.

Podsumowanie

W większości przypadków, znanych autorom, użytkownicy wymagają dostępności systemu na poziomie TIER III, w szczególnie krytycznych obiektach stosuje dostępność na poziomie TIER IV. W Polsce obiekty o dostępności TIER IV są rzadkością – w większości przypadków objęte są klauzulą poufności dotyczącą zastosowanych w nich rozwiązań. Są to również bardzo kosztowne rozwiązania pod kątem inwestycyjnym i eksploatacyjnym, jednak koszt ten jest niewielki w odniesieniu do unikniętych potencjalnych strat.

W kolejnych artykułach autorzy postarają się przybliżyć klasyfi kację TIER III i TIER IV bazując na konkretnych przykładach.

Bartosz BIERNACKI
Sales Director Thermal Management,
Emerson Network Power Sp. z o.o.

Piotr KOWALSKI
Engineering Group Director,
Emerson Network Power Sp. z o.o.