Praktycznie każda większa firma jest wyposażana w sieć komputerową, której serce stanowi serwerownia. Urządzenia komputerowe generują znaczne ilości ciepła, co wymaga zastosowania systemu klimatyzacji. Małe i średnie serwerownie nie są wyposażane w systemy klimatyzacji precyzyjnej, najczęściej instalowane są proste klimatyzatory typu split. Ich właściwy dobór stanowi ważny element poprawnej pracy serwerów. W artykule przedstawiono analizę działania urządzenia klimatyzacyjnego typu split w średniej wielkości serwerowni oraz zmienności parametrów powietrza w pomieszczeniu od momentu uruchomienia klimatyzacji aż do chwili osiągnięcia stanu ustalonego. Na przykładzie projektowym przeprowadzono obliczenia bilansu cieplno-wilgotnościowego pomieszczenia przy włączonym urządzeniu klimatyzacyjnym.

Sprzęt serwerowni, zbudowany w oparciu o technologię półprzewodnikową, ma duże zapotrzebowanie na energię elektryczną, a duża jej część jest tracona na wydzielane ciepło. W przypadku średnich bądź dużych przedsiębiorstw, które do swojej działalności wykorzystują wewnętrzne sieci komputerowe, potrzebna jest, zależnie od zadań, pewna ilość serwerów wraz z urządzeniami pomocniczymi (UPS, switch, router). Wszystkie one wydzielają znaczące ilości ciepła. Jednocześnie urządzenia te wymagają stabilnych warunków cieplnych oraz wilgotnościowych. Pomieszczenia przeznaczone do pracy urządzeń teleinformatycznych są zwykle nieduże, umiejscowione wewnątrz budynków, często nie posiadają ścian zewnętrznych ani okien, stąd wydzielane przez urządzenia ciepło nie może zostać odprowadzone w sposób naturalny nawet zimą.

Wzrost temperatury nawet o kilka stopni Celsjusza powyżej założonych warunków powoduje spadek wydajności pracy urządzeń, co z kolei może prowadzić do ich uszkodzenia. Aby urządzenia te mogły pracować w prawidłowy sposób, konieczne jest utrzymanie odpowiednich warunków temperatury oraz wilgotności.

Do tego celu w małych i średnich serwerowniach stosuje się klimatyzatory typu split o całorocznym działaniu. Dobrze jest wyposażyć pomieszczenie również w wentylację mechaniczną zapewniającą doprowadzenie powietrza świeżego (razem z niewielką ilością wilgoci, co w dalszych rozważaniach okaże się kluczowe do utrzymania odpowiednich parametrów powietrza w pomieszczeniu). W rozważanym przykładzie zapewniono doprowadzenie 70 m3/h powietrza z zewnątrz.

Charakterystyka pomieszczenia serwerowni

Pomieszczenie serwerowni, zgodnie z wytycznymi odnośnie umiejscowienia tego typu pomieszczeń, znajduje się na środkowej kondygnacji (2 piętro), mniej więcej w połowie długości budynku. Pomieszczenie ma wymiary 5,42 x 3,44 x 2,64 m. Od strony zewnętrznej znajduje się ściana o grubości 0,50 m, a w niej przysłonięte żaluzjami okno o wymiarach 2,40 x 1,50 m. Po bokach pomieszczenie ograniczone jest ściankami działowymi o grubościach 0,15 m, natomiast od strony korytarza ścianą nośną o grubości 0,27 m, w której znajdują się drzwi o wymiarach 0,80 x 2,00 m. Ściana zewnętrzna pomieszczenia skierowana jest na południowy-wschód.

Celem pracy było zaprojektowanie systemu klimatyzacji dla pomieszczenia serwera budynku biurowego, a następnie przebadanie zmienności punktu parametrów powietrza w pomieszczeniu w czasie, do momentu stabilizacji procesu, z wykorzystaniem wykresu h-x.

Zyski ciepła pomieszczenia serwerowni
W obliczeniach zysków ciepła uwzględniono zyski od oświetlenia, przez okna, przez ściany zewnętrzne i wewnętrzne oraz zyski od urządzeń komputerowych. Maksymalne zyski wynoszą 2824 W (dla godz. 16.00, 15 sierpnia).

Przebieg stabilizacji procesów wewnątrz pomieszczenia

W momencie rozpoczęcia pracy urządzenia w pomieszczeniu panują warunki odpowiadające punktowi R powietrza za rekuperatorem. Powietrze zewnętrzne (po rekuperacji) miesza się z powietrzem z pomieszczenia (na etapie początkowym również odpowiada ono punktowi R), trafia na chłodnicę wewnątrz klimatyzatora, gdzie ulega ochłodzeniu oraz odwilżeniu. W wyniku zysków ciepła od urządzeń oraz przegród budowlanych, powietrze ogrzewa się (na wykresie h-x pionowo w górę), aż do momentu osiągnięcia nowego punktu P powietrza w pomieszczeniu. Ponieważ jednak nastąpiło odwilżenie powietrza, nowy punkt P nie pokryje się z punktem powietrza na wejściu na chłodnicę, a tym samym parametry wejścia powietrza na chłodnicę będą inne. Proces ten będzie się powtarzał do momentu, aż ilość wilgoci wykraplanej na chłodnicy będzie równa ilości wilgoci dostarczanej wraz z powietrzem wentylacyjnym. Nastąpi wtedy stabilizacja procesu.

Przebieg procesów od momentu uruchomienia urządzenia klimatyzacyjnego, aż do osiągnięcia stabilizacji został przedstawiony na rysunku 1. Szczegółowa analiza każdego etapu procesu stabilizacji warz z algorytmem obliczeniowym została przedstawiona w dalszej części artykułu. Na wykresie zaznaczono również zalecany obszar pracy urządzeń serwerowni.

Rys. 1. Zmiana parametrów powietrza podczas procesów uzdatniania

Algorytm obliczeń (...)

Bilans cieplno-wilgotnościowy pomieszczenia (...)

Wnioski (...)

Dobierając urządzenie typu split do pomieszczeń mini data center należy uwzględnić specyfikę pracy serwerowni. Podstawowa zasada przy doborze to uwzględnienie konieczności całorocznej pracy klimatyzatora w trybie chłodzenia, co oznacza chłodzenie przy temperaturze zewnętrznej -20°C. Wiele firm, zwłaszcza tych mniejszych i mniej renomowanych, ma klimatyzatory split o zakresie działania w trybie chłodzenia do -10°C lub najwyżej do -15°C. Takie klimatyzatory nie mogą być stosowane w serwerowniach w warunkach polskich. Czasem spotyka się również w folderach reklamowych określenia: "praca całoroczna, w lecie chłodzi, w zimie grzeje". To również może prowadzić do nieporozumień. Dlatego tak ważne jest podkreślenie konieczności pracy klimatyzatora w trybie chłodzenia do temperatury zewnętrznej -20°C. Aleksander Archanowicz Dyrektor ds. Rozwoju Daikin Airconditioning Poland