Nie wszystko złoto co się świeci” mówi przysłowie. Nie każda z pozoru energooszczędna instalacja jest najbardziej energooszczędnym rozwiązaniem klimatyzacyjnym w centrum przetwarzania danych. W artykule przedstawione zostanie porównanie rocznego zużycia energii przez trzy różne systemy klimatyzacyjne dla serwerowni o stałych warunkach brzegowych i wydzielanej mocy cieplnej 200 kW.

Punktem wyjścia jest komora z 27 szafami rack (serwerowymi). Szczegółowy jej plan przedstawiono na rys. 1. Moc cieplna wydzielana ze sprzętu IT to 200 kW.

Wariant 1

To rozwiązanie klimatyzacyjne preferowane przez klienta, szafy klimatyzacji precyzyjnej z układem bezpośredniego odparowania i skraplaczem chłodzonym mieszaniną glikolu (30% MEG). Szafy są wykonane w wariancie z free-coolingiem, wyposażone w drugi wymiennik (równoległy do parowacza). Instalacja usuwa ciepło poprzez zainstalowane na zewnątrz drycoolery w układzie jeden drycooler dla jednej szafy klimatyzacji precyzyjnej.

Szafy klimatyzacyjne pracują w układzie 5+1. Moc 5 szaf zapewnia usunięcie wymaganych zysków ciepła. Nawiew zimnego powietrza odbywa się pod podłogę techniczną o wysokości brutto 90 cm. Poprzez kratki w podłodze powietrze płynie do zimnych korytarzy. Wyciąg powietrza odbywa się ze stref gorących korytarzy poprzez sieć kanałów wentylacyjnych i kratek wyciągowych. Z uwagi na fakt, że komora serwerowni jest wydzieloną strefą pożarową, a szafy z racji doprowadzania do nich dużych ilości mieszaniny glikolu stoją poza serwerownią, należało zarówno na nawiewie, jak i wyciągu zainstalować kanały wentylacyjne i przeciwpożarowe klapy odcinające (baterie klap). Takie rozwiązanie spowodowało znaczne podwyższenie wymaganego sprężu dyspozycyjnego szaf klimatyzacyjnych (ze względu na duże opory sieci i klap) i w związku z tym zwiększenie wymaganej mocy elektrycznej. Przykładowe wyniki obliczeń zużycia rocznego energii przez szafę klimatyzacyjną podano na rys. 2 (wydruk z programu doborowego).

Rys. 1 Rozmieszczenie urządzeń klimatyzacyjnych w rozpatrywanych wariantach

Wariant 2

Rozwiązanie drugie zaproponowane klientowi to propozycja „wejścia z klimatyzacją do środka”. Zrezygnowano z free-coolingu z uwagi na wymóg braku wody w serwerowni. Jedyną instalacją było doprowadzenie wody do nawilżaczy (z systemem detekcji wody i automatycznego odcięcia zaworami z siłownikami elektromagnetycznymi). Instalacja odprowadzenia skroplin (zawsze zalecane jest rozwiązanie grawitacyjne) poprowadzona jest w rurach zgrzewanych z polipropylenu w dodatkowym płaszczu zabezpieczającym o większej średnicy.

Zaproponowano układ ośmiu jednostek typu InRow Liebert CRV (w układzie 2 x (3+1)) ze sprężarkami Digital Scroll™ i płynną regulacją wydajności chłodniczej. Moduły te wyposażone są w standardzie w wentylatory komutowane elektronicznie z płynną regulacją prędkości obrotowej. Zastosowanie bardzo efektywnego energetycznie układu chłodniczego ze sprężarką Digital Scroll™ pozwoliło na uruchomienie wszystkich urządzeń w trybie częściowego obciążenia i wykorzystaniu jednostek redundantnych. Taka konfiguracja pracy pozwala na lepszą dystrybucję powietrza, ograniczenie ilości powietrza płynącego przez jedno urządzenie i tym samym redukcję kosztów pracy wentylatorów. W standardowej konfiguracji 2 x (3+1) moc wentylatorów to 10,08 kW, jednak przy pracy wszystkich jednostek z obniżoną wydajnością jest to zaledwie 3,36 kW! Uzyskuje się prawie pięciokrotnie mniejszy koszt pracy wentylatorów przy tej samej mocy chłodniczej dostarczanej do komory serwerowni. Należy zwrócić uwagę, że taka możliwość istnieje jedynie po zastosowaniu sprężarek Digital Scroll™. Rozwiązania typu on/off w takiej konfiguracji pracy nie zapewni stabilności temperatury wymaganej przez klienta.

Wariant 3

Jest modyfikacją wariantu 2. Dla użytkowników, którzy akceptują obecność wody w serwerowni zaproponowano rozwiązanie na modułach CRV zasilanych wodą lodową w układzie (2 x (5+1)). Zwiększono liczę jednostek ze względu na podniesienie temperatury wody lodowej i związane z tym obniżenie wydajności chłodniczej. O wpływie parametrów wody lodowej na efektywność energetyczną układów klimatyzacyjnych można przeczytać w nr 12/2009 CH&K.

W tabeli podano zestawienie mocy pobieranych przez poszczególne elementy urządzeń oraz roczne zużycie energii przez cały system klimatyzacyjny z uwzględnieniem profilu temperatur zewnętrznych dla Warszawy. Wyniki są zaskakujące. Przy założeniu, że nie wprowadzamy wody do serwerowni możemy porównywać jedynie wariant 1 i 2. Pomimo braku free-coolingu w wariancie drugim, przy zastosowaniu technologii Digital Scroll™ i optymalizacji pracy wentylatorów oraz kosztów transportu powietrza, zużywamy mniej energii niż w wariancie 1 z free-coolingiem.

Jeśli użytkownik decyduje się na wprowadzenie wody do serwerowni, najbardziej energooszczędnym rozwiązaniem będzie moduł CRV z agregatem wody lodowej z free-coolingiem.

Podsumowanie

Otrzymane wyniki zmuszają przede wszystkim do zmiany nastawienia z porównywania EER czy ESEER rozpatrywanych urządzeń, do przejścia na poziom głębszej analizy całych systemów klimatyzacyjnych, z uwzględnieniem nawet tak drobnych (wbrew pozorom) elementów jak pompy obiegowe. Eksperci z Emerson Network Power wykonują takie analizy z uwzględnieniem wszystkich właściwości systemu klimatyzacyjnego.

W kolejnym numerze przedstawione zostaną koszty inwestycyjne rozpatrywanych instalacji oraz czas zwrotu inwestycji z uwzględnieniem kosztów pieniądza w czasie.

www.emersonnetworkpower.pl