Reklama
 
 
 
Szafy klimatyzacji precyzyjnej - Elementy składowe efektywnego i bezpiecznego systemu klimatyzacji precyzyjnej centrum przetwarzania danych
Ocena użytkowników: / 4
SłabyŚwietny 
Data dodania: 13.07.2013  |  Autor: Piotr KOWALSKI

Ostatnia rewizja wytycznych ASHRAE w zakresie dopuszczalnych poziomów temperatury i wilgotności w centrach przetwarzania danych stworzyła możliwości podniesienia efektywności energetycznej systemów klimatyzacji precyzyjnej na niespotykane wcześniej poziomy.

Wiąże się to jednak z określonym ryzykiem, dlatego przy projektowaniu naprawdę bezpiecznych i efektywnych systemów chłodzących wymagana jesto od Projektatnów wysoka świadomość i zwrócenie uwagi na kilka istotnych aspektów.

 

 Zależność przepływu powietrza i poboru mocy elektrycznej przez wentylatory serwerów od temperatury wlotowej

Rys. 1. Zależność przepływu powietrza i poboru mocy elektrycznej przez wentylatory serwerów od temperatury wlotowej

 

 

Wytyczne ASHRAE z 2004 r. rekomendowały temperatury powietrza wlotowego na serwery w zakresie 20÷25°C oraz wilgotność względną RH w zakresie 40÷55%. Ostatnia rewizja tych wytycznych rozszerzyła rekomendowaną kopertę temperatury do 18÷27°C, a minimalna wilgotność została określona jako 5,5°C temperatury termometru mokrego, wilgotność maksymalna to 60% lub 15°C temperatury termometru mokrego. Maksymalny zakres temperatury został określony na 32 lub 40°C w zależności od rodzaju serwerów lub sprzętu telekomunikacyjnego. Tak szeroka koperta temperatury i wilgotności powietrza umożliwia wykorzystanie efektu freecoolingu praktycznie na całym teryterium Europy (nawet w gorących, południowych klimatach), a w warunkach klimatycznych naszego kraju pozwala na ograniczanie czasu pracy układów sprężarkowych przez ponad 95% roku. Czy oznacza to koniec systemów klimatyzacji precyzyjnej jakie znamy i od dziś wystarczy już, że będziemy po prostu wentylować pomieszczenia serwerowni? Bynajmniej – okazuje się, że rola dobrego doboru systemu chłodzącego jeszcze bardziej rośnie, bowiem może się okazać, że w pogoni za ekstremalnymi poziomami efektywności systemów klimatyzacji spowodujemy de facto zwiększenie całkowitego zużycia energii elektrycznej centrum przetwarzania danych. Jak to możliwe? Na podstawie badań przeprowadzonych przez ASHRAE na ponad 1000 różnych dostępnych na rynku sprzętów IT (serwery różnych generacji, switche itp.) okazuje się, że przyrost temperatury powietrza wlotowego na serwery powoduje zwiększenie przepływu powietrza, a przez to poboru mocy elektrycznej przez wentylatory serwerów. Zmiana temperatury wlotowej w zakresie 15÷25°C powoduje zwiększenie przepływu powietrza o 5÷35%, co przekłada się na wzrost zużycia energii serwerów w zakresie 2÷3% (wartość pomijalna). Natomiast zmiana temperatury w zakresie 15÷35°C oznacza przyrost przepływu powietrza w zakresie 20÷150%, co oznacza wzrost zużycia energii o 7÷20%! (rys. 1). Efektywność energetyczna systemów klimatyzacji precyzyjnej określana jest współczynnikiem PUEm (ang. mechanical power usage efectiveness). Współczynnik ten jest ilorazem całkowitego poboru mocy elektrycznej serwerów i systemu klimatyzacji precyzyjnej przez pobór mocy elektrycznej serwerów. Współczynnik ten jest zawsze większy od jedności, a dziesiąta (lub setna) część określa procentowy udział zużycia energii systemów klimatyzacyjnych w całkowitym bilanse energii. Zwiększenie zużycia energii serwerów poprzez podniesienie temperatury powietrza wlotowego powyżej +24°C powoduje zwiększenie mianownika współczynnika PUE i paradoksalnie, osiągając wspaniałe poziomy efektywności (na rynku spotykane są już wartości na poziomie 1,04÷1,09), możemy spowodować znaczące zwiększenie rachunków za energię elektryczną użytkownika końcowego. Dlatego właśnie tak istotna jest świadomość Projektanta tych systemów, bowiem ślepe porównywanie współczynników efektywności, bez zagłębienia się w szczegóły ich kalkulacji, może skutkować efektem dokładnie odwrotnym od zamierzonego. Pierwszym warunkiem na- prawdę oszczędnego systemu klimatyzacji precyzyjnej jest zatem utrzymanie temperatury powietrza wlotowego na serwery w zakresie max. 22÷24°C.

 

Kolejnym krokiem jest precyzyjne wydzielenie strefy gorącej i zimnej (przez precyzyjne wydzielenie mam na myśli nie tylko zabudowę korytarzy zimnych lub gorących, ale również zaślepienie wszystkich miejsc w szafach rack, które nie są wypełnione serwerami, uszczelnienie przejść kablowych w podłodze technicznej itp.). Cel, który chcemy osiągnąć, to umożliwienie odpływu zimnego powietrza z zamkniętego korytarza jedynie przez serwery (uniknięcie fałszywego obiegu powietrza ze strefy zimnej do gorącej i vice versa). Rysunek 2. przedstwia prawidłowe wykonanie zabudowy korytarza zimnego.

 

Przykładowa zabudowa systemu Liebert Smart Aisle z zamknięciem strefy zimnej oraz zaślepieniem niewykorzystanych miejsc w szafach rack dla zapewnienia prawidłowego obiegu powietrza

Rys. 2. Przykładowa zabudowa systemu Liebert Smart Aisle z zamknięciem strefy zimnej oraz zaślepieniem niewykorzystanych miejsc w szafach rack dla zapewnienia prawidłowego obiegu powietrza

 

Okazuje się jednak, że fizyczne zabudowanie strefy zimnej, bez kontroli ilości powietrza nawiewanego, tylko połowicznie rozwiązuje problem efektywności. Pozytywnym efektem wykonania zabudowy jest możliwość podniesienia temperatury powietrza powrotnego do szaf klimatyzacji precyzyjnej (do około 28÷30°C), jednak brak regulacji ilości nawiewanego powietrza w funkcji rzeczywistego zapotrzebowania serwerów może powodować powstawanie znacznego nadciśnienia w strefie zamkniętego korytarza, co niekorzystnie wpływa na ich żywotność (zgodnie z wytycznymi dostawców serwerów powinny one pracować przy ciśnieniu atmosferycznym). Trzecim krokiem efektywnego systemu klimatyzacji serwerowni jest zatem precyzyjne zbilansowanie ilości nawiewanego powietrza do bieżącego zapotrzebowania sprzętu IT. Element ten nie może być bagatelizowany bowiem w erze wirtualizacji i Cloud Computingu obciążenie serwerów oraz ich zapotrzebowanie na powietrze może się znacząco zmieniać w czasie rzeczywistym. Dopasowanie ilości nawiewanego powietrza został osiągnięty przez odwrócenie logiki sterowania szaf klimatyzacji precyzyjnej i umieszczenie czujnika temperatury w zimnym korytarzu (rys. 3.). Żądana temperatura do utrzymania w strefie zimnej (np. 22÷24°C) ustawiona 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.

 

 Czujnik temperatury powietrza nawiewanego w zimnym korytarzu – opatentowana przez Emerson Network Power logika sterowania Liebert Smart Aisle

Rys. 3. Czujnik temperatury powietrza nawiewanego w zimnym korytarzu – opatentowana przez Emerson Network Power logika sterowania Liebert Smart Aisle

 

Jeżeli system szaf klimatyzacji precyzyjnej  nawiewa więcej powietrza niż w danym momencie pobierają serwery, część zimnego powietrza ucieka przez otwór rewizyjny zamkniętego korytarza, powodując ochładzanie czujnika i obniżenie obrotów wentylatorów. Jeżeli natomiast obsługa serwerowni dołoży nowe serwery do korytarza lub istniejące serwery zaczną pracować ze zwiększoną wydajnością (pobierając więcej powietrza), powietrze zasysane ze strefy gorącej podgrzewa czujnik i powoduje natychmiastowe zwiększenie ilości nawiewanego powietrza. Taka logika sterowania powoduje znaczne obniżenie nadciśnienia w strefie podłogi technicznej i zimnego korytarza (waha się ono w granicach 0÷4 Pa), a dopasowanie ilości nawiewanego powietrza do ilości powietrza pobieranego przez serwery powoduje, że pracują one przy optymalnym przyroście temperatury (10÷25 K w zależności od typu zastosowanego serwera, temperatura w strefie gorącej staje się temperaturą wynikową, zmienną w czasie). Dodatkowym, pozytywnym efektem jest brak konieczności stosowania przepustnic regulacyjnych na kratkach nawiewnych w korytarzu zimnym, bowiem to serwer jest teraz elementem decydującym o ilości powietrza, która wpływa do danego korytarza. System działa sprawnie nawet w sytuacji, gdy obsługuje w jednym pomieszczeniu kilka zabudowanych korytarzy IT o zróżnicowanym obciążeniu cieplnym.

Zastosowanie opisanej powyżej logiki sterowania przekłada się na uzyskanie bardzo wysokiej temperatury powietrza wlotowego na szafę klimatyzacji precyzyjnej (rys. 4. – w zależności od zastosowanego typu serwerów temperatura w strefie gorącej może wynosić 34÷49°C), dzięki czemu możliwe było znaczące podniesienie temperatury wody chłodzącej. Dostępne obecnie chillery Liebert HPC G ze zintegrowanymi wymiennikami freecooling umożliwiają pracę z maksymalnym reżimem wodnym 20/26°C, co oznacza bardzo wysoką efektywność w trybie sprężarkowym (EER>4,0), szybkie przejście do pracy w trybie freecoolingu mieszanego (FC+DX) oraz do pracy w trybie pełnego freecoolingu (full FC).

 

Schemat rozkładu temperatury w serwerowni przy zamkniętym korytarzu zimnym i kontroli systemu klimatyzacji w funkcji temperatury w zimnej strefie

Rys. 4. Schemat rozkładu temperatury w serwerowni przy zamkniętym korytarzu zimnym i kontroli systemu klimatyzacji w funkcji temperatury w zimnej strefie

 

Jako przykład zoptymalizowanego energetycznie systemu klimatyzacji precyzyjnej przeprowadzono obliczenia dla dużego centrum przetwarzania danych (moc IT/obciążenie chłodnicze ~4,55 MW), wymagany poziom redundancji systemów 2N (należy zapewnić dwa niezależne systemy mogące zapewnić odprowadzenie 100% nominalnego obciążenia chłodniczego na wypadek awarii jednego z systemów). Temperatura utrzymywana w strefie zimnej to +24°C, co oznacza że nie występuje wzrost zużycia energii systemów IT. W komorze IT pracują szafy klimatyzacji precyzyjnej Liebert PCW w oparciu o logikę sterowania Liebert Smart Aisle. Oba systemy po stronie agregatów chłodzących pracują na parametrach 18/26°C, zatem system zaczyna pracę w trybie freecoolingu przy temperaturze powietrza zewnętrznego na poziomie +25°C (zgodnie ze statystycznym profilem temperatury Warszawy czas pracy w pełnym trybie sprężarkowym to zaledwie 226,9 h w ciągu roku, tj. 2,5%).

(...)

 

Podsumowanie

Najważniejszą cechą systemów insfrastruktury w aplikacjach o ciągłości krytycznej dla funkcjonowania biznesu (ang. Business Critical Continuity) jest ich bezpieczeństwo. Jest to element bezsprzecznie priorytetowy, dlatego nie wolno akceptować kompromisów, które w imię zwiększania efektywności wprowadzają istotne zagrożenia dla bezpieczeństwa sprzętu IT. Rozwiązania przedstawione w niniejszym opracowaniu gwarantują bardzo wysoki poziom efektywności energetycznej przy zachowaniu najwyższych standardów w zakresie ciągłości funkcjonowania i bezpieczeństwa obiektu.

 

PODOBNE ARTYKUŁY:

Reklama

POLECAMY WYDANIA SPECJALNE

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019

  • Pompy ciepła 2018

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2018

  • Pompy ciepła 2015

  • Pompy ciepła 2016

  • Pompy ciepła 2017

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2015

  • Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2016

  • Pompy ciepła 2014

Reklama

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.