Artykuł ten jest kontynuacją rozważań na temat zużycia energii w Data Center przez systemy klimatyzacyjne (cz. 1. Ch&K 1-2/2010). W niniejszym opracowaniu porównane zostaną koszty inwestycyjne rozpatrywanych wariantów oraz analiza czasu zwrotu inwestycji.

W przedstawionej poniższej tabeli zaprezentowane zostały koszty zakupu urządzeń w poszczególnych wariantach. Dla przypomnienia Wariant 1 to 5 szaf klimatyzacji precyzyjnej HPM M58UF z drycoolerami, Wariant 2 to 8 jednostek Liebert CRV ze skraplaczami chłodzonymi powietrzem i sprężarkami Digital Scroll™, Wariant 3 to 10 jednostek Liebert CRV zasilanych wodą lodową współpracujących z agregatami wody lodowej z free-coolingiem Liebert HPC SBH016 o parametrach wody 15/20°C.



Jak widać z porównania zaskakującym jest fakt, że rozwiązanie oparte na szafach free-coolingowych zlokalizowanych poza komorą serwerowni jest bardziej energochłonne niż rozwiązanie na modułach CRV bez free-coolingu, ale ze sprężarką Digital Scroll™. Pierwszym wnioskiem nasuwającym się jest zasada by „chłodzić bliżej źródła”. Szafy free-coolingowe z uwagi na obecnośćwody nie mogą stać bezpośrednio w pomieszczeniu serwerowni. Umieszcza je się zatem w korytarzu technicznym, który jest oddzielną strefą pożarową, wymaga zastosowania kanałów wentylacyjnych i klap ppoż. Całość powoduje dość wysokie zużycie energii przez wentylatory szaf. Urządzenia serii CRV zabudowuje się w bezpośrednim sąsiedztwie serwerów, droga powietrza jest znacznie krótsza, co zasadniczo przekłada się no koszty jego transportu. W chwili obecnej Emerson Network Power dysponuje już technologią bezpośredniego chłodzenia procesorów, co praktycznie eliminuje nam potrzebę transportu powietrza.

Dla inwestorów akceptujących obecność wody w serwerowni do rozważenia jest przedstawiony Wariant 3 z modułami CRV zasilanymi wodą lodową o parametrach 15/20ºC. Tak wysokie parametry są generalnie nie przydatne w klimatyzacji komfortu, jednak idealnie nadają się dla aplikacji klimatyzacyjnych w Data Center, gdzie komfort użytkowników ma drugorzędne znaczenie. Takie zaprojektowanie instalacji pozwala przede wszystkim na wydłużenie okresu, kiedy instalacja funkcjonuje w trybie free-coolingu mieszanego (DX+FC) oraz w trybie free-coolingu pełnego (tylko FC). Z analizy profilu temperatur zewnętrznych wynika, że temperatura 19ºC i poniżej występuje przez ok. 7700 godzin rocznie, co daje nam możliwość korzystania z free-coolingu przez 87% roku. Należy pamiętać, że temperatura 19ºC może wystąpić nawet w chłodną sierpniową noc, co burzy stereotyp, że free-cooling zarezerwowany jest jedynie dla okresów zimowych i przejściowych.

W powyższej analizie nie uwzględniono pracy nawilżaczy powietrza, niezbędnego elementu w każdym systemie klimatyzacyjnym w Data Center. Można jednak oszacować wpływ lub jego brak na poszczególne warianty. W przypadku Wariantu 3 pracujemy na wysokich parametrach wody lodowej, co powoduje, że CRV pracują w trybie bez wykraplania wilgoci. Uruchamianie nawilżaczy powietrza będzie zatem niezwykle rzadkie. W przypadku Wariantu 2 układ chłodniczy oparty o sprężarkę Digital Scroll™ pracuje przy wysokich temperaturach odparowania (z czego wynika jego wysoka efektywność energetyczna), co powoduje, że w stanach ustalonych również pracuje w trybie SHR=1. Wariant 1 to urządzenia na standardowych sprężarkach spiralnych, gdzie temperatura odparowania czynnika chłodniczego jest znacznie niższa i często dochodzi do wykraplania wilgoci. Również w przypadku pracy takiego urządzenia w trybie free-coolingu (zawór trójdrogowy przełącza układ z chłodzenia skraplacza na bezpośrednie zasilanie wymiennika wodnego) urządzenia ze względu na swoją konstrukcję osiągają moc 100% mocy chłodniczej z free-coolingu równej mocy z układu bezpośredniego odparowania dopiero przy parametrach wody zbliżonych do temperatur 7/12. Zatem zarówno w trybie DX jak i FC może dochodzić do znacznego wykroplenia wilgoci, co powoduje znaczne częstsze włączanie nawilżaczy powietrza i zwiększenie kosztów eksploatacyjnych.

Podsumowanie

W ocenie autorów (popartej analizą wielu podobnych przypadków) najkorzystniejszym z energetycznego punktu widzenia jest wariant Liebert CRV zasilany wodą lodową współpracujący z agregatem Liebert HPC z free-coolingiem. Jeżeli jednak użytkownik nie akceptuje wody w serwerowni, to w myśl zasady „chłodzenie bliżej źródła” rozwiązanie Liebert CRV ze sprężarką Digital Scroll™ będzie wariantem najbardziej energooszczędnym.

Należy jednak pamiętać, że zawsze wybór systemu jak i parametrów brzegowych instalacji powinien być poparty głęboką analizą techniczną uwzględniającą również możliwości finansowe Inwestora, otoczenie w kontekście problemów akustycznych, ilość dostępnego miejsca na jednostki zewnętrzne itp.