Optymalizacja zużycia energii elektrycznej w instalacjach klimatyzacji precyzyjnej. Aplikacje typu centrum danych
Ocena użytkowników: / 0
SłabyŚwietny 
Data dodania: 03.09.2009

Wprowadzenie certyfikatów energetycznych obiektów budowlanych, uwolnienie cen energii elektrycznej oraz znaczący udział kosztów eksploatacyjnych związanych z energią w całkowitym koszcie posiadania obiektu skłania inwestorów do poszukiwania źródeł oszczędności poprzez zastosowanie nowoczesnych technologii. Tendencja ta dotyczy całego rynku instalacyjnego, jest jednak szczególnie widoczna w branży IT i Telecom (Data Center), ze względu na szczególny charakter pracy systemów klimatyzacyjnych.

 


Obciążenia chłodnicze w tego typu aplikacjach podlegają tylko niewielkim zmianom dobowym i rocznym (duże miejscowe zyski ciepła pochodzące od urządzeń oraz niewielki wpływ parametrów zewnętrznych na bilans ciepła serwerowni), a praca systemów klimatyzacyjnych wymagana jest w systemie ciągłym (24 h/dobę, 365 dni w roku).
Świadomość faktu, że na systemy związane z odprowadzeniem ciepła poświęcane jest ok. 40 % całkowitego zapotrzebowania na energię elektryczną nakłada na projektanta instalacji HPAC w Centrum Danych olbrzymią odpowiedzialność. Jego decyzje już na etapie wyboru koncepcji mają niebagatelny wpływ na ostateczną energochłonność projektowanego systemu i koszt jego użytkowania.
Pierwszą decyzją podczas wyboru systemu klimatyzacji serwerowni jest określenie typu architektury sprzętu IT (niska/wysoka gęstość). Szybki rozwój technologi informatycznej prowadzi do gwałtownego wzrostu obciążeń cieplnych generowanych przez serwery. Granica architektury niskiej i wysokiej gęstości to 5 kW ciepła na jedną szafę serwerową, przy czym w Europie Zachodniej pracują już serwerownie o obciążeniu sięgającym 70 kW na jedną szafę serwerową, co wyraźnie wskazuje na trend, którym podąża rozwój technologii IT.
Kolejną ważną decyzją projektową jest rodzaj czynnika będącego źródłem chłodu (woda lodowa lub bezpośrednie odparowanie czynnika chłodniczego). Na rynku polskim dominuje rozwiązanie bazujące na bezpośrednim odparowaniu, co wynika ze słusznej obawy przed wprowadzaniem wody do pomieszczenia serwerowni. Przykładowy schemat rozwiązania z bezpośrednim odparowaniem czynnika chłodniczego przedstawia rys. 1.

 

 


Do chłodzenia urządzeń w serwerowni służy pompowy obieg czynnika R134a w postaci cieczy. Skroplony czynnik chłodniczy w wypadku przecieku instalacji ulega odparowaniu, nie istnieje więc niebezpieczeństwo zalania i uszkodzenia serwerów. Czynnik chłodzony jest w module XDC w parowniku sprężarkowego obiegu bazującego na bezpośrednim odparowaniu czynnika R407C. Rozwiązanie tego typu jest stosowane najczęściej w serwerowniach małych (<400 kW). Spełnia ono wymogi dotyczące unikania wody w pomieszczeniu serwerowni, jest również rozwiązaniem najkorzystniejszym ze względu na koszty inwestycyjne instalacji. Chłód dostarczony do instalacji uzyskiwany jest w całości z układu sprężarkowego bez możliwości wykorzystania sprzyjających parametrów powietrza zewnętrznego (free-cooling). A zatem ze względu na optymalizację kosztów eksploatacyjnych (szczególnie w serwerowniach średnich i dużych) ciekawą ewolucją tego systemu jest rozwiązanie, którego schemat pokazano na rys. 2. W systemie tym zastosowano jednostkę pompującą XDP z wymiennikiem płytowym, w którym do chłodzenia płynnego czynnika R134a służy woda lodowa wytwarzana w agregacie Liebert HPC. Chillery te są dedykowane do aplikacji typu Data Center. Projektowane są pod kątem całorocznej pracy nawet w ekstremalnych warunkach temperaturowych oraz zapewnienia maksymalnej redundancji (np. przez zastosowanie podwójnego sterownika mikroprocesorowego zasilanego układem UPS). Jednostka pompująca XDP umieszczona jest poza pomieszczeniem serwerowni, dzięki czemu unikamy wprowadzenia wody do tego pomieszczenia. Zastosowanie obiegu wody lodowej pozwala na zmniejszone zużycie energii elektrycznej w sprzyjających warunkach atmosferycznych (free-cooling), natomiast komunikacja jednostek zewnętrznych i wewnętrznych dzięki zastosowaniu tych samych sterowników iCOM daje dalsze oszczędności wynikające z logiki sterowania (Supersaver, praca kaskadowa).

 

 

Free-cooling
Biorąc pod uwagę ilość godzin pracy agregatów wody lodowej w aplikacjach Data Center w ciągu roku oraz często znaczne wydajności chłodnicze, konieczne jest zoptymalizowanie zużycia energii elektrycznej tych urządzeń poprzez wykorzystanie sprzyjających temperatur powietrza zewnętrznego do ochładzania wody bez wykorzystania pracy sprężarkowego obiegu chłodniczego – free-cooling. Schemat układu free-coolingu zastosowanego w agregatach serii Liebert HPC przedstawia rys. 3. Woda lodowa powracająca z instalacji przechodzi przez zawór trójdrogowy. Jeżeli temperatura powietrza zewnętrznego jest przynajmniej o 1ºC niższa od temperatury powrotu, woda przepuszczana jest przez dodatkowy wymiennik ciepła typu powietrze/woda w celu wstępnego ochłodzenia. Jeżeli temperatura wody po wyjściu z tego wymiennika jest wyższa od zadanej temperatury zasilania, uruchamiany jest sprężarkowy obieg chłodniczy w celu doprowadzenia wody do zadanej temperatury. Rozwiązanie takie pozwala zdecydowanie ograniczyć czas pracy sprężarek w ciągu roku, co korzystnie wpływa na ich żywotność. Pozwala także na pracę agregatu przy częściowym obciążeniu w dłuższym okresie czasu (w porównaniu z trybem pracy bez free-coolingu lub trybem bez free-coolingu mieszanego), co zdecydowanie podnosi jego efektywność energetyczną. Jeżeli temperatura wody opuszczającej wymiennik free-coolingu osiągnęła zadaną temperaturę wody zasilającej instalację, sprężarkowy obieg chłodniczy nie jest w ogóle uruchamiany. Istotny jest tutaj parametr ZET (ang. Zero Energy Temperature), czyli temperatura powietrza zewnętrznego, dla której moc chłodnicza uzyskana z wymiennika free-coolingu równa się nominalnej mocy chłodniczej agregatu. Dla opisanego rozwiązania parametr ten wynosi ok. 0ºC. Oznacza to, że dla np. temperatur wody lodowej 7/12ºC w zakresie powietrza zewnętrznego 0÷11ºC agregat pracuje w trybie chłodzenia mieszanego (free-cooling + chłodzenie sprężarkowe), a poniżej 0ºC pełna moc chłodnicza agregatu uzyskiwana jest z pracy wymiennika powietrze/woda. W obiegu wymiennika free-coolingu konieczne jest zastosowanie mieszanki glikolu o odpowiednim stężeniu w celu zabezpieczenia przed jego zamrożeniem. W przypadku, gdy nie ma możliwości wprowadzenia do obiektu mieszaniny glikolu, istnieje możliwość wyposażenia agregatów Liebert HPC w moduł pośredni (No-glycol), który umożliwia wykorzystanie pracy wymiennika free-coolingu przy jednoczesnej pracy instalacji klimatyzacyjnej na czystej wodzie (patrz rys. 6). (...)

 

 


Siła synergii
(...)

Praca kaskadowa
(...)

 

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.