W Centrach Przetwarzania Danych (CPD) szybko rosnące koszty eksploatacji (głównie na energię elektryczną) systemów klimatyzacji precyzyjnej skłaniają do poszukiwania sposobów podniesienia efektywności energetycznej tych systemów.

Rys. 1. Schemat rozkładu temperatury w serwerowni w „klasycznym układzie”  – otwarte korytarze zimne/gorące,
kontrola systemu klimatyzacji w funkcji temperatury powietrza powrotnego

Do 2009 r. na polskim rynku rozwiązań dla serwerowni dominowały te oparte na sprężarkowych szafach klimatyzacji precyzyjnej. Wynikało to głównie ze stosunkowo niskiego kosztu energii elektrycznej, dzięki czemu koszty eksploatacji systemów klimatyzacyjnych były na akceptowalnym poziomie. Uwolnienie cen energii elektrycznej dla przedsiębiorstw spowodowało ich gwałtowny wzrost, przez co na popularności zaczęły zyskiwać wodne systemy klimatyzacji precyzyjnej. Dzięki wykorzystaniu w tych systemach zjawiska free-coolingu (naturalnego chłodzenia wody w wymiennikach woda-powietrze zewnętrznych chillerów chłodzonych powietrzem) możliwe jest znaczne ograniczenie rocznego zużycia energii w porównaniu z systemami freonowymi.
Głównym czynnikiem wpływającym na efektywność wodnego układu chłodzącego CPD jest zastosowanie w układzie odpowiedniej temperatury wody obiegowej oraz temperatury powietrza przyjętej w pomieszczeniu IT. Bardzo ważne jest, by projektując tego typu układy, dokładnie określić pojęcie „temperatury w serwerowni”. ASHRAE Committee (amerykańska organizacja zajmująca się określaniem standardów chłodzenia w serwerowniach) podała preferowany zakres temperatury na poziomie 22÷27°C. W większości spotykanych projektów przyjmowano, że jest to temperatura na wlocie do szafy klimatyzacji precyzyjnej, co wynikało z najczęściej spotykanych sposobów regulacji tego typu urządzeń (rys. 1.).
Regulacja wydajności systemu klimatyzacji precyzyjnej w funkcji temperatury powrotu nie daje informacji na temat temperatury w strefie zimnej, a to właśnie temperaturę w tym miejscu (na wlocie serwerów) określają wymaganie ASHRAE. Przy takim układzie regulacji, wentylatory w szafach klimatyzacyjnych pracują przy 100 proc. obciążeniu, generując duży spręż (co przekłada się na konieczność regulacji ilości powietrza na kratkach nawiewnych przed szafami rack oraz znaczny pobór mocy elektrycznej). Drugim aspektem, niekorzystnym z punktu widzenia zużycia energii elektrycznej, była niewielka różnica temperatury między powietrzem na wlocie i wylocie szafy klimatyzacyjnej (6÷8 K). Z kolei niska temperatura powietrza powrotnego wymagała stosowania temperatury wody chłodzącej na poziomie 6/12°C ÷ 10/15°C, co stało się rynkowym standardem.

Rys. 2. Czujnik temperatury powietrza nawiewanego w zimnym korytarzu

Naturalnym krokiem w kierunku podniesienia efektywności układów klimatyzacji precyzyjnej było wyizolowanie stref zimnych i gorących poprzez systemy zamkniętych korytarzy, w celu podniesienia temperatury powietrza powrotnego. Okazało się jednak, że fizyczne zabudowanie strefy zimnej, bez kontroli ilości powietrza nawiewanego, tylko połowicznie rozwiązywało problem efektywności. Pozytywnym efektem było podniesienie temperatury w strefie gorącej (do 28÷30°C), jednak brak regulacji ilości nawiewanego powietrza powodował powstawanie znacznego nadciśnienia w strefie zamkniętego korytarza, co bardzo niekorzystnie przekładało się na żywotność serwerów.
Problem ten został rozwiązany poprzez odwrócenie logiki sterowania szaf klimatyzacji precyzyjnej i umieszczenie czujnika temperatury w zimnym korytarzu (rys. 2.). Żądana temperatura do utrzymania w strefie zimnej (np. 22÷24°C) ustawiana jest właśnie na tym czujniku, dzięki czemu ilość powietrza nawiewanego przez szafę klimatyzacyjną jest kontrolowana w czasie rzeczywistym, w zależności od ilości powietrza pobieranego przez serwery. (...)

Podsumowanie
Z punktu widzenia użytkownika systemów klimatyzacji precyzyjnej jednym z najważniejszych parametrów jest tzw. całkowity koszt posiadania w okresie 10 lat (TCO10, ang. Total Cost of Ownership). Koszt inwestycyjny wszystkich porównywanych systemów jest na zbliżonym poziomie, jednak uwzględniając koszty eksploatacyjne związane ze zużyciem energii elektrycznej oraz koszty serwisu, okazuje się, że zastosowanie wysokoparametrowych systemów klimatyzacji precyzyjnej daje oszczędność na poziomie 550 tysięcy EUR w okresie 10 lat (rys. 4.). Poziom oszczędności w tym okresie przewyższa koszt inwestycyjny rozwiązania.

AUTOR:
Piotr KOWALSKI
– Kierownik Sprzedaży Agregatów Wody Lodowej,
Emerson Network Power sp. z o.o.