Přečtěte si:  Publikace Elektromobilita v praxi: Jak se zorientovat na poli elektromobility

Inteligentní koncepty klimatizace pro datová centra

1.8.2014 Nezávisle na své velikosti stojí každé datové centrum před stejnou výzvou. Energie, kterou servery, paměťové systémy a síťové komponenty potřebují k provozu, se přeměňuje na teplo, které se musí odvádět. Klimatizace se tak stává jednou z klíčových technologií pro účinný provoz datových center. Pro odhalení potenciálů efektivity v datovém centru je vhodný optimalizovaný koncept klimatizace.

V zásadě se dá takzvané schéma chlazení v datovém centru rozdělit na tři oblasti: výrobu chladu, dopravu a rozvod chladu v datovém centru. Často se v datových centrech nachází vodní chladicí okruh s jedním nebo více chillery v kombinaci s volným nebo suchým chlazením. U tohoto konceptu se datové centrum chladí přiváděnou ochlazenou vodou, zatímco ohřátá voda odvádí z datového centra odpadní teplo. Voda se následně ochlazuje pomocí chillerů a výměníků volného chlazení tím, že v případě volného chlazení chladí vodu přímo venkovní vzduch, jsou-li pro to vhodné klimatické podmínky. Zařízení nakonec čerpá ochlazenou vodu zpátky do datového centra. V jakém rozsahu se dá volné chlazení používat, závisí na dvou důležitých faktorech: na teplotě přiváděné vody a na teplotě venkovního vzduchu.

Teplota přiváděné vody a teplota venkovního vzduchu

Teplota přiváděné vody proudící výměníkem tepla v datovém centru určuje, jak studený bude přiváděný vzduch pro servery. Servery se přitom mohou – podle ASHRAE – bez problémů provozovat s přiváděným vzduchem o teplotě do 27 °C. Na jakou teplotu se musí nastavit teplota přiváděné vody, závisí přitom na teplotních ztrátách při dopravě chladiva a na účinnosti rozvodu chladiva. Protože je v evropských zeměpisných šířkách po většinu roku možné volné chlazení venkovním vzduchem, uspoří uživatel zároveň peníze i energii: Chladný vzduch se nemusí vyrábět nákladným způsobem. Je umožněn také kombinovaný provoz, kde se voda nejprve předběžně ochladí volným chlazením a poté chiller upraví přiváděnou vodu na požadovanou teplotu. Jen za velmi teplých letních dnů, kdy je venkovní teplota vyšší než teplota vratného toku vody, běží chiller neustále.

Přímé a nepřímé chlazení

Alternativní zdroje chladu může poskytovat např. geotermie. Chladná voda zvenčí se dá získávat například pomocí čerpadel z podzemních zásob vody. V takovém případě se jedná o dva vodní okruhy od sebe striktně odděleny a propojeny jen jedním výměníkem tepla. Jestliže se při tomto způsobu volného chlazení používá jako přepravní médium voda, hovoříme o „nepřímém volném chlazení“. Při „přímém volném chlazení“ se jako přepravní médium používá chladný vzduch. Nemusí se instalovat výměníky tepla, čerpadla a potrubí, což znamená další možné zvýšení efektivity.

Zohlednění parametrů okolního prostředí

Při teplotě vzduchu přiváděného do serveru až 27 °C lze chladný venkovní vzduch používat z větší části roku, a to bez dalších opatření pro chlazení. Při přímém volném chlazení je však nutno dodržovat následující rámcové podmínky: Vzduch proudící do datového centra nesmí být příliš studený, protože jinak se může tvořit kondenzát. Vzduch proudící dovnitř se proto smíchává s teplým odpadním vzduchem tak, aby byla dosažena optimální teplota vzduchu přiváděného do serveru. Také je nutno dbát na správnou vlhkost vzduchu (eliminování kondenzátu, statického náboje) a případně používat zvlhčovač nebo odvlhčovač. Kromě toho se také musí používat filtry proti prachu a podle okolností také proti škodlivým plynům. Stoupne-li venkovní teplota nad teplotu přiváděného vzduchu, je nutno zajistit další způsob chlazení. Mohou to být chillery, které přimíchávají studený vzduch, nebo adiabatické chlazení, při němž se rozprašuje jemná vodní mlha. Při odpařování vody se vzduch ochlazuje na požadovanou teplotu a zároveň se zvýší vlhkost vzduchu. Zajímavé řešení přímého volného chlazení nabízejí rotační výměníky tepla, které se používají již desítky let u klimatizace budov k rekuperaci tepla.

Doprava chladiva

Výměník tepla je u tohoto řešení konstruován jako velké rotující kolo. Jedna polovina se nachází v datovém centru, druhá polovina mimo datové centrum, přechod je utěsněn lamelami. Ve venkovní oblasti proudí chladný vzduch výměníkem tepla a ochlazuje ho. Rotující výměník tepla přepravuje chladivo do datového centra. Zde se střetává s teplým odpadním vzduchem serveru a opět ho ochlazuje. Protože mezi datovým centrem a venkovní oblastí nedochází k výměně vzduchu, nemusí být zajištěno zvlhčování nebo odvlhčování. Přímým volným chlazením jsou dosahovány vynikající hodnoty účinnosti, jak dokládají četné aplikace zákazníků.

Obr. 1 Vysoce účinné, bezpečné a redundantní. Také systémy chlazení okolním vzduchem zajišťují chlazení např. v datovém centru společnosti IGN GmbH.

Rozhodující je cílené vedení vzduchu

Důležitým bodem při sestavování jednotného konceptu klimatizace pro datová centra je efektivní rozvod chladiva v serverových místnostech. Rozhodující roli přitom hraje průměrné tepelné zatížení serverového rozváděče. Pokud se tepelné zatížení rozváděče nachází pod hodnotou 6 až 7 kW, lze přivádět studený vzduch k serverům dvojitou podlahou pod tlakem pomocí systémů CRAC (Computer Room Air Conditioning). Systémy CRAC nasávají teplý vzduch serverové místnosti, ochlazují jej ve výměníku tepla a vyfukují studený vzduch do dvojité podlahy. Perforované podlahové desky před serverovými rozváděči zajišťují cílený přívod vzduchu. Doporučujeme instalovat uzavřenou uličku, která vzájemně odděluje oblasti studeného a teplého vzduchu, a zabraňuje tak směšování teplého a studeného vzduchu, což přináší úsporu energie. Rozváděč se nejprve utěsní, aby se zabránilo vzduchovým zkratům mezi přední a zadní stranou, takže studený vzduch může proudit výhradně serverem. Řady rozváděčů jsou uspořádány tak, aby přední nebo zadní strany stály proti sobě, a vytvářely tak studenou nebo teplou oblast. Nad uličky, stejně jako u přístupů do uliček, se instaluje přepážka, takže vzduch zůstane ve vymezeném prostoru.

Rostoucí ztrátový výkon – rostoucí výzvy

Nachází-li se v takovém konceptu chlazení prostoru high-density cluster s podstatně vyšším ztrátovým výkonem v rozváděči, nedá se přivádět podlahou dostatečné množství studeného vzduchu. Toto ložisko tepla se tak musí eliminovat chlazením rozváděče. Vzroste-li v rozváděčích průměrný ztrátový výkon, je obtížnější přivádět chladný vzduch dvojitou podlahou. Alternativu představuje takzvané řadové chlazení. Výměníky tepla přitom stojí se serverovými rozváděči v jedné řadě a tvoří studenou a teplou uličku. Dvojitá podlaha pro vedení vzduchu není zapotřebí, protože řadové klimatizace vyfukují chladný vzduch přímo do studené uličky, kde vzduch mohou nasávat servery. Teplý odpadní vzduch serverů v teplé uličce opět nasávají řadové klimatizace, které odvádějí vzduch do výměníků tepla, kde se ochlazuje. Protože nyní je dráha vzduchu mezi klimatizací a serverem kratší, může v rozváděčích proudit větší množství vzduchu, což umožňuje větší ztrátové výkony.

Obr. 2 Pro uzavřenou uličku v datovém centru je požadován systémový dodavatel, který se vyzná v rozváděčích i v chlazení, má rozsáhlé vědomosti o napájení prostřednictvím UPS a může dodat měřicí systémy jako PDU, včetně monitorování a softwaru.

Klimatizace v rozváděči

Pro velké ztrátové výkony doporučujeme jako třetí variantu klimatizaci rozváděče. Výměník tepla je přitom umístěn z boku rozváděče a fouká studený vzduch přímo před rovinu serveru. Teplý odpadní vzduch se nasává ještě v rozváděči a přivádí se do výměníků tepla. Vzduch tedy horizontálně cirkuluje v malém vymezeném prostoru. Speciální variantu přitom představují pasivní zadní dveře „RDHx“. Zadní dveře rozváděče jsou v tomto případě provedeny jako výměník tepla. Tento výměník tepla nemá vlastní ventilátory a nespotřebovává na rozdíl od výše uvedených zařízení žádnou energii. Teplý odpadní vzduch je do výměníku tepla vháněn ventilátory integrovanými v serverech. Výměník tepla ochlazuje odpadní vzduch a odvádí jej do místnosti, kde jej opět mohou nasát servery. Také jednotlivá ložiska tepla se dají dobře klimatizovat, protože RDHx cíleně odvádí teplo a připravuje v místnosti „neutrální“ klima.

Shrnutí

Pro sestavení optimálního konceptu klimatizace datového centra je nezbytné přesně přizpůsobit požadavkům serverů tři dílčí oblasti, a to výrobu chladu, dopravu chladu a rozvod chladu. Správné dimenzování stejně jako optimální provozní bod klimatizace jsou zárukou energeticky účinného datového centra. Rittal podporuje dimenzování optimální klimatizace datového centra v souladu s potřebou.

Společnost Rittal přináší svým zákazníkům stále něco nového. Promyšlený koncept „Rittal – The System.“ poskytuje řešení v oblasti rozváděčů, rozvodů proudu, chlazení a IT infrastruktury, včetně softwaru a služeb, napříč všemi sektory průmyslu. Celosvětovou dostupnost nabízených produktů a řešení zajišťuje více jak 10 000 zaměstnanců, 11 výrobních závodů a 64 dceřiných společností.

Zajímá-li vás nabídka produktů a řešení společnosti Rittal a chcete-li být stále a včas informováni o všech novinkách, zaregistrujte se k odběru Rittal Info-newsletteru zde.

Objednejte si náš nový Katalog 2014/2015 s ucelenou systémovou nabídkou pro průmysl a IT. Objevte všechny dimenze Rittal – The System.

Martin Pojer, product manager IT Rittal

Foto: Rittal

Více na www.rittal.cz

Přečtěte si také:

Zařízení pro odvod ztrátového tepla z elektrických rozváděčů

3.3.2014 V tomto článku se seznámíme s nejběžnějšími principy odvodu ztrátového tepla z elektrických zařízení. Vyjmenujeme vše, co ovlivňuje výběr jednotlivých typů chladicích zařízení a jak je možné řídit vnitřní klima elektrických rozváděčů. Základní dělení způsobu chlazení elektrických rozváděčů je na pasivní a aktivní. 

Požadavky pro návrh chlazení elektrických rozváděčů

3.2.2014 V elektrickém rozváděči jsou umístěny elektrické prvky, při jejichž činnosti se část elektrické energie přemění ve ztrátové teplo. Množství ztrátového tepla závisí především na typu elektrického zařízení a jeho velikosti. Představíme-li si elektrický rozváděč jako uzavřený prostor s vnitřními zdroji tepla, umístěný v prostředí o určité teplotě, je nutné se ptát, při jakém teplotním rozdílu mezi vnitřní a vnější teplotou bude skříň rozváděče schopna odvádět veškeré teplo z rozváděče do okolí

Copyright © 2012 – 2024 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services