Datu centri digitalizētajā pasaulē kļuvuši par sabiedrības un uzņēmumu funkcionēšanas pamatatslēgu ar uzdevumu nodrošināt augsto tehnoloģiju līmeņa IT pakalpojumus– datu apstrādi, uzglabāšanu, strukturēšanu. Kādas galvenās prasības tiek izvirzītas datu centru telpu mikroklimatam?

Lai nodrošinātu datu centru (DC) netraucētu darbību, datu glabāšanas drošību, garantētu datu uzkrāšanas un glabāšanas pakalpojumu kvalitāti, telpās ir jānodrošina precīzā gaisa kondicionēšana. Pastāvīgi visa gada garumā ir nepieciešamas ievērojamas  uzturēšanas izmaksas telpu dzesēšanai, kas šobrīd nozīmē būtisku dzesēšanas izmaksu īpatsvaru DC ekspluatācijas izdevumos.

Datu centri uzskatāmi kā termiski ļoti blīvi noslogotas telpas. Iekšējie siltuma ieguvumi sasniedz augstu līmeni. Šajos gadījumos dzesēšana ir vitāli nepieciešama, lai nepieļautu DC tehnikas termisko pārslodzi un, kas ne mazāk svarīgi, nodrošinātu tehniskam personālam pieņemamus darba apstākļus.

Telpas ir jādzesē 24/7 visa gada garumā. Primārais datu centru dzesēšanas uzdevums ir temperatūras režīma nodrošināšana sistēmas svarīgām komponentēm, kurām jādarbojas ar augstas drošības pakāpi. IT iekārtu dzesēšana ir datu centru lielākais enerģijas patērētājs.

Datu centru energoefektīvas darbības vērtēšanas kritēriji

Elektroenerģijas izmaksas aizvien pieaug un nākotnē tas turpinās pieaugt. Tādēļ jo svarīgāk uzmanību pievērst jomām, kur ir sevišķi lieli elektroenerģijas patēriņi, jo ietaupījumu potenciāls šeit  ir visjūtamākais.

Atkarībā no pielietotajām mikroklimata nodrošināšanas tehnoloģijām līdz 2008. gadam datu centru dzesēšanai  tika tērēts 25-60%  no kopējām IT centra uzturēšanas izmaksām (1.att.).

Datu centru darbības efektivitātes izvērtēšanai plaši tiek pielietoti Green-Grid organizācijas atbalstīti vērtēšanas kritēriji: elektrojaudas izmantošanas efektivitāte (PUE) un datu centru infrastruktūras izmantošanas efektivitāte (DCiE), t.i., procentuāli tiek uzrādīta IT sistēmai izmantojamā elektroenerģija no kopējiem DC elektrības patēriņiem .

Jo datu centra darbība energoefektīvāka, jo PUE tuvojas vērtībai 1. Jaudas izmantošanas efektivitāte PUE 1,3 jau ir ļoti labs rādītājs. Izmantojot datu centru mikroklimata nodrošināšanai āra gaisu un netiešo „adiabātisko” dzesēšanu, var sasniegt PUE 1,08.

Dzesēšanas sistēmas konstruktīvais izveidojums

Eiropā pārsvarā datu centru dzesēšanai tiek izmantots atdzesēts gaiss. Ar gaisu dzesēto datu centru efektīvākais gaisa sadales princips ir - no apakšas uz augšu.Gaisa sadales principa izvēle ir ne mazāk svarīga par atbilstoša dzesēšanas agregāta izvēli pašai gaisa sadales sistēmai.

 Atdzesētais gaiss tiek padots DC  zemgrīdas statiskā spiediena  tilpumā, tālāk caur grīdas pieplūdes restēm vadīts pa stingri nodalītiem  „aukstā gaisa koridoriem” līdz servera skapjiem. Tajos iebūvētie ventilatori  sasilušo gaisu novirza  „karstā gaisa koridorā”. Sakarsušais gaiss gravitācijas rezultātā ceļas uz augšu un tiek nosūkts no augšējās zonas, līdz nonāk dzesēšanas iekārtā.

Svarīgi ir stingri nodalīt karstās un aukstās gaisa plūsmas zonas (3.att.).

Pareiza gaisa sadales sistēma būtiski palielina aukstuma jaudas izmantošanas efektivitāti un ir tik pat svarīga komponente datu centru uzturēšanas izmaksu optimizēšanā, kā pārdomāta dzesēšanas tehnoloģija.

Projektējot  stabilu DC  mikroklimatu, jāievērtē:

- Iekārtas darbība 24/7 h visa gada garumā;

- Dzesēšanas nepieiešamība visa gada garumā;

- Dzesēšanas jaudu rezerve no drošības viedokļa (N+1 vai 2N);

- Dzesēšanas jaudu aprēķinā jāievērtē ārējā klimata ietekme uz DC  mikroklimatu caur norobežojošām konstrukcijām;

- Telpu relatīvā mitruma uzturēšana (min 20%, max 80%). Papildus dzesēšanas jaudu paredzēšana sausināšanai.

Kolīdz telpām nav nepieciešama 100% āra svaigā gaisa padeve, ir lietderīgi telpu dzesēšanai izmantot recirkulācijas mikroklimata iekārtas. Līdz ar to tiek nodrošināta lielāka telpu mikroklimata neatkarība no ārējo klimatisko apstākļu ietekmes – lielām temperatūru un mitruma svārstībām.

Menerga Adcoolair – recirkulācijas dzesēšanas iekārta

Adcoolair siltuma aizvadīšanu no d.c. paveic ar ļoti maziem enerģijas patēriņiem pateicoties netiešās „adiabātikās” dzesēšanas recirkulācijas jau iekārtā iekļautajām trīs neatkarīgām dzesēšanas sistēmām:

- netiešā brīvā dzesēšana („indirekt free cooling”);

- netiešā „adiabātiskā” (iztvaikošanas) dzesēšana;

- iebūvēta kompresijas aukstuma iekārta.

Bez tam papildus efektivitātes rādītājus uzlabo iekārtas kompaktums un niecīgie gaisa plūsmas spiediena zudumi ārpus iekārtas. Gaisa pārvietošanai efektīvo eC tipa ventilatoru izmantošana, kombinācijā ar gaisa plūsmas regulēšanas iekārtām rada ekspluatācijas izmaksu būtisku samazinājumu.

Iekārtas optimāla darbība paredzēta pie augstām nosūces temperatūrām (t >30°C) un pieplūdes un nosūces gaisa temperatūru starpības Δt >10°C.

Menerga piedāvājumā iekārtas ar dzesēšanas jaudu no 11 kW līdz 226 kW.

Šo trīs minēto dzesēšanas veidu saskaņota darbība un iespējamo kombināciju dažādība arī nodrošina sistēmas energoefektivitāti. Visi iekārtas režīmi tiek vadīti no konkrētās iekārtas automātikas vadības bloka, savukārt visas vienas sistēmas (N+1 vai 2N) iekārtas savstarpēji savienotas vienotā komunikāciju tīklā. Iekārtas var tikt integrētas ēkas BMS sistēmā, izmantojot biežāk pielietojamos protokolus, attālināti vadītas, diagnosticētas caur WEB serveri vai analogo modemu no Menerga biroja vai arī rūpnīcas atbalsta nepieciešamības gadījumā.

1. Kabatu filtri F5

2. Ventilatori ar eC motoriem un komutācijas iekārtām

3. Polipropilena rekuperators (dzesēšanas tornis)

4. Kondensators

5. Adiabātikas cirkulācijas sūknis

6. Iztvaikotājs

7. Emerson invertera tipa regulējams no 10-100%  DIGI-spirālveida kompresors.

Iekārtas funkciju apraksts

Karsto nosūces gaisu no serveru telpām ar nosūces ventilatoru palīdzību virza caur polipropilena (PP) siltummaini (Recirkulācijas gaiss). Vienlaikus caur rekuperatora šķērsplūsmas kanāliem plūst Āra-Izvadāmais gaiss. Adiabātiski atdzesētā (ar sprauslām samitrinātā) Āra gaisa plūsma caur PP šķērsplūsmas siltummaiņa sieniņām atdzesē Recirkulācijas gaisu. Recirkulācijas gaiss šai procesā netiek samitrināts un pēc atdzesēšanas nav jāsausina. Atdzesētais gaiss ar pieplūdes ventilatoriem tiek novirzīts uz zemgrīdas tilpumu vai tieši serveru telpā.

Pat pie āra gaisa temperatūras <5⁰C tiek izmantota adiabātiskā mitrināšana siltuma apmaiņai. Izsmidzinātā ūdens temperatūra vienmēr būtiski pārsniedz sasalšanas temperatūru, līdz ar to ir izslēgta rekuperatora aizsalšana.

Ja ar brīvo dzesēšanu un „adiabātisko” dzesēšanu netiek sasniegts vajadzīgais temperatūras līmenis, tiek pieslēgta iebūvētā kompresijas aukstuma iekārta ar invertera tipa jaudas regulēšanu. Pateicoties kondensatora izvietojumam samitrinātajā un atdzesētajā āra gaisa plūsmā,  50% no kopējās dzesēšanas jaudas nodrošina kompresijas aukstuma iekārtas un „adiabātiskā” dzesēšana spēj nosegt atlikušo dzesēšanas jaudu.

Ūdens tiek gaisa kustības virzienā  caur sprauslā izsmidzināts siltummainī (dzesēšanas tornī). Automātiska adiabātiskās dzesēšanas torņa iztukšošana atkarībā no recirkulējamā ūdens piesārņojuma pakāpes.

„Adiabātiskās” dzesēšanas kontūrā paredzēta atkaļķošanas un atdzelžošanas cinka anodu sistēma, kurai izgatavotājs  dod 5 gadu garantiju.

Lai nepieļautu iekārtas piesārņošanos, recirkulācijas  un āra gaiss tiek filtrēts.

Daļēja brīvā dzesēšana („free cooling” ), netiešā ”adiabātiskā” dzesēšana un kompresijas aukstuma iekārta (Att.5.).

 Iekārta attīsta nepieciešamo jaudu ar brīvo dzesēšanu, netiešo „adiabātisko” dzesēšanu un kompresijas aukstuma iekārtu ar invertera tipa kompresoriem. Recirkulācijas gaisa „ventilatoru sienā” aktīvi visi ventilatori. Siltuma apmaiņa starp recirkulācijas un āra gaisu notiek siltummainī.

Kompresijas aukstuma iekārtas dzesēšanas jaudas plūstoša regulēšana no 10% līdz 100% nepieciešamo jaudu sasniegšanai. Ar adiabātiskās dzesēšanas radīto zemo kondensācijas spiedienu tiek sasniegts kompresijas cikla ievērojami paaugstināts lietderības koeficients. Gaisa kondensators  tiek dzesēts adiabātiskās dzesēšanas procesā samitrinātā un atdzesētā izvadāmā gaisa plūsmā. Tā kā gaisa plūsmas siltummainī nesajaucas, mitruma saturs dzesēšanas procesā saglabājas nemainīgs. Nav nepieciešama gaisa mitrināšana vai sausināšana.

Brīvā dzesēšana („free cooling” ) un netiešā „adiabātiskā” dzesēšana –tikai „zaļā dzesēšana” (Att.6).

Kompresors neaktīvs. Visu dzesēšanas jaudu nodrošina  brīvā dzesēšana („free cooling”) un polipropilena plākšņu siltummainis (iebūvēts kompakts netiešās „adiabātiskās” dzesēšanas tornis) ar ievērojamu siltuma pārnešanas virsmu. Atbilstoši pieprasījumam tiek plūstoši regulēta dzesēšanas jauda ar āra gaisa „ventilatoru sienā” pakāpeniski aktivizētiem/deaktivizētiem ventilatoriem, t.i., tiek regulēta „adiabātiskai „ dzesēšanai nepieciešamā gaisa plūsma.

Brīvā dzesēšana („free cooling”) -„zaļā dzesēšana” (Att.7).

Pie negatīvām āra gaisa temperatūrām (zem -10⁰C) pastāv risks dzesēšanas torņa recirkulācijas gaisa sieniņu apledošanai. Lai izvairītos no šāda nevēlamas parādības, iekārta tiek konstruēta ar apvadlīniju (skat. nākošo darbības režīmu).

Brīvā dzesēšana („free cooling”) -„zaļā dzesēšana” (Att.8).

Iekārta strādā brīvās dzesēšanas  režīmā. Āra gaisam piejauc izvadāmo silto gaisu. Āra gaisa daudzums tiek regulēts plūstoši atkarībā no dzesēšanas pieprasījuma.

Kā papildus iespēja: Recirkulācijas gaisa siltumu ar ūdens kondensatora starpniecību var novadīt  apkures vai karstā ūdens sistēmā.

Ventilatoru sistēma

Iekārtā tiek izmantoti centrbēdzes ventilatori un komutēti eC-motori. Ventilatoru darba rats ir ar atpakaļvērstām lāpstiņām, proti, ar augstu lietderības koeficientu. Tā kā pēc neplānotas iekārtas darbības pārtraukuma ventilatoriem ir jāvar ļoti ātri sasniegt nepieciešamā jauda, šim nolūkam spara rati ir izgatavoti no alumīnija. Priekšrocības (salīdzinot ar tērauda ventilatoriem) ne tikai ātrākā reaģēšanas iespējā, bet arī defektu gadījumā, pateicoties speciāliem stiprinājumiem, tie ir ļoti ātri nomaināmi. eC ventilatoru tehnika šobrīd pieejama iekārtām ar ražību virs 12000 m³/h. Pateicoties vairāku eC ventilatoru paralēlam slēgumam „ventilatoru sienā” (EffiVent), ir iespējams energoefektīvi panākt  lielāku gaisa ražību.

eC ventilatoru priekšrocības:

- Augsts lietderības koeficients, >70% (atbilst IE3 klasei);

- Augsts lietderības koeficients pie daļējas noslodzes;

- Plūstoša apgriezienu skaita kontrole pateicoties komutācijas iekārtas elektronikai;

- Kompakta uzbūve un dizains;

- Ļoti viegli demontējami un nomaināmi;

- Atkarībā no ražības būtisks lietderības koeficienta uzlabojums salīdzinājumā ar asinhroniem motoriem;

- Samazinātāki enerģijas zudumi;

- Mazāki siltuma izdalījumi (0,5 K).

„Ventilatoru sienas” (EffiVent) priekšrocības:

-  Ventilatoru sekcijas  saīsinājums par 50%;

      .  Kompakti eC ventilatori;

      .  Samazināts plūsmas izlīdzināšanās garums pateicoties vairākām vienmērīgām plūsmām;

          ..  Vienmērīgs filtru piesārņojums visā šķērsgriezumā;

          ..  Vienmērīga virzītā gaisa plūsma pa siltummaiņa šķērsgriezumu;

-  Mazākas apkopes izmaksas

      .   Mazākas ventilatora sastāvdaļas ( mazāks svars);

      .   Labāka piekļuve apkopes laikā;

      .   Vienkāršāka nomaiņa;

      .   Īsāks dīkstāves laiks;

-  Darbības drošības paaugstināšana;

      .   Aizvietojamības faktors pateicoties vairākiem ventilatoriem „ventilatoru sienā”;

      .   Mazi vai nenozīmīgi enerģijas zudumi;

-  Klusāka darbība, mazas vibrācijas;

      .   Lielāks apgriezienu skaits;

      .   Mazāka masa;

-  Samazināts skaņas jaudas līmenis zemajās frekvencēs;

-  Optimizēta energoefektivitāte;

-  Efektīva nepieciešamā gaisa daudzuma kontrole;

-  Īsāki trokšņu slāpētāji;

-  Mazāki spiediena zudumi.

„Adiabātiskās” recirkulācijas dzesēšanas iekārtas Adcoolair priekšrocības.

Ar Menerga netiešās „adiabātiskās” recirkulācijas dzesēšanas iekārtām Adcoolair kompresoru darbības stundu skaits gadā ir niecīgs (Att.9). Attiecīgi kompresoru darbināšanai patērētā elektroenerģija (mehāniskā dzesēšana; zilais laukums) salīdzinājumā ar „zaļās dzesēšanas” ,t.i., netiešās brīvās dzesēšanas „free cooling” un netiešās „adiabātiskās” dzesēšanas enerģijas patēriņu datu centru mikroklimata nodrošināšanai (zaļais laukums) ir nebūtiska. Kombinētais EER iekārtām ir robežās no 5,5 līdz 10.

- Augsta darbības drošības pakāpe: ventilatoru paralēlais slēgums; vairākas, viena no otra neatkarīgas      dzesēšanas sistēmas-brīvā dzesēšana, netiešā „adiabātiskā” dzesēšana un kompresijas aukstuma  iekārta ar    kondensatoru adiabātiski atdzesētā izvadāmā gaisa plūsmā;

- Liekais siltums no telpām tiek aizvadīts ar gaisu, līdz ar to maksimāli samazināti spiediena zudumi iekārtā,    kas ļauj iekārtu darbināt ar ļoti mazu elektroenerģijas patēriņu;

- Siltuma nodošanas procesā minimāla saistība ar āra gaisu. Iespējami mazi āra gaisa daudzumi,  kas ļauj    samazināt enerģijas patēriņu;

- No svaigā gaisa normu viedokļa nepieciešams neliels āra gaisa daudzums. Neskatoties uz to tiek izmantota  netiešā „brīvā dzesēšana”  enerģijas patēriņa samazināšanai;

- Īpaši energoefektīva darbība arī daļējas noslodzes gadījumā;

- Iekārta ir kompakta. Iespējama iekārtas izvietošana ventkamerā vai tehniskā telpā. Nav nepieciešami ārējie  dzesēšanas bloki (torņi);

- Pēc elektroapgādes neplānota pārtraukuma iekārtas darbības atsākšana max 15 sek laikā.