Opravdanost i isplativost free cooling-a
Free cooling je rešenje koje za odvođenje toplote iz data centra koristi nisku temperaturu spoljašnjeg vazduha, a u zavisnosti od lokalnih klimatskih uslova, može se koristiti tokom cele godine ili samo u hladnijim zimskim periodima. Pomoću ovog principa maksimalno se smanjuje potrošnja električne energije za rad sistema klimatizacije jer se koristi već hladan spoljašnji vazduh.
Free cooling je ekonomični metod korišćenja temperature spoljašnjeg vazduha, u asistenciji s hlađenjem vode. Kada spoljna temperatura postigne vrednost koja je niža u odnosu na normativnu vrednost temperature, ovaj sistem koristi spoljašnji vazduh kao rashladni izvor. Pomoću ovog principa maksimalno se smanjuje potrošnja električne energije za rad sistema klimatizacije jer se koristi već hladan spoljašnji vazduh. To znači da ovakvo rešenje, kada se koristi na lokacijama s niskim do umerenim ambijentalnim temperaturama, može da postigne potrebnu rashladnu snagu veoma energetski efikasno i ekonomično, jer se automatski koristi indirektni free cooling kada su spoljašnje temperature niske. Upotreba free cooling-a izuzetno smanjuje operativne troškove.
Rittal koncepti kontrole klime visoke efikasnosti
Nemačka kompanija Rittal GmbH & Co. koja se bavi celokupnom proizvodnjom, izradom, konsaltingom i instalacijom data centara, između ostaloga, bavi se i savremenim rešenjima klimatizacije data centara.
Rittal-ov koncept klima kontrole usmerava hladni vazduh direktno do opreme preko fizički formirane hladne zone. Hladni vazduh je usmeren na celoj visini rek ormara, osiguravajući da nema vrućih tačaka, a vrući vazduh se izvlači iz sistema. Zbog hladne zone koja je fizički odvojena od tople zone, topli izduvni vazduh se ne može pomešati sa hladnim ulaznim vazduhom, pa dolazi do povećanja efikasnosti sistema. Optimalna temperatura unutar hladne zone je između 22° C i 25° C. Izuzetna energetska efikasnost Rittal-ovog koncepta hladne zone ima jednostavno i verodostojno objašnjenje:
- Ulazni hladan vazduh i otpadni vruć vazduh se ne mogu mešati.
- Sistemom se može upravljati na mnogo većem temperaturnom nivou.
- Kao rezultat povećane razlike temperature između usisnog i otpadnog vazduha, klima uređaji rade na optimalnoj toplotnoj razlici.
Na primerima može se uočiti razlika koncepta kontrole standardnih klima uređaja i Rittal-ovih klima uređaja. Na slici 2. je prikazan standardni koncept klimatizacije data centara gde se vrši izvlačenje vrućeg vazduha pomoću sistema kanala:
- Složen i skup sistem kanala.
- Veći zahtevi za površinom i visinom prostorije.
- Ograničenje visine podignutog poda.
- Nema ravnomernog dovoda vazduha za hlađenje u prostoriju.
- Upravljanje kablovima je otežano.
- Izuzetno visok gubitak pritiska sa vazdušne strane, što dovodi do povećane potrošnje energije ventilatora.
sa podignutim podom
Na slici 3. je prikazan Rittal-ov koncept klima uređaja sa fizički formiranom hladnom zonom i podignutim podom:
- Upotreba standardnih jeftinih jedinica za cirkulaciju hladnog vazduha. Pozicioniranje izvan područja servera.
- Nesmetana i ujednačena raspodela protoka vazduha za hlađenje u hladnoj zoni garantuje visoku efikasnost
- Povoljni uslovi rada u hladnoj zoni zbog uslova niske temperature, protoka i buke.
- Rek ormari koji nisu fizički povezani sa kućištem klima uređaja ne smanjuju efikasnost hlađenja hladne zone.
- Visina prostorije igra minimalnu ulogu jer je formirana hladna zona data centra.
Na slici 4. je prikazan Rittal-ov koncept klima uređaja sa fizički formiranom hladnom zonom i bez podignutog poda:
- Direktno povezivanje LCP-ova (Liquid Cooling Package) na spoljni dovod hladne vode.
- Jednostavno polaganje cevovoda u postolje/podnožje reka.
- Homogena raspodela vazduha za hlađenje u hladnoj zoni garantuje visok nivo efikasnosti
- Povoljni uslovi rada u hladnoj zoni zbog uslova niske temperature, protoka i buke.
- Rek ormari koji nisu fizički povezani sa kućištem klima uređaja ne smanjuju efikasnost hlađenja hladne zone.
- Visina prostorije igra minimalnu ulogu.
Iz navedenog se može zaključiti da uvođenje vertikalnih izmenjivača isključuje korišćenje prostora ispod podignutog poda za strujanje vazduha. Postojeće ploče sa prostrujnim rešetkama se zamenjuju punim pločama. Redundansa se postiže ugradnjom dovoljnog broja LCP jedinica u pogodnom rasporedu.
Izmenjivači se instaliraju između rekova. Izduvavanje hladnog vazduha je spreda, a povratak toplog vazduha sa zadnje strane uređaja. Uređaji imaju redundante ventilatore koji su jedini deo koji se eventualno može pokvariti. Zamena je brza i jednostavna, bez prekida i ugrožavanja funkcionisanja uređaja.
Uvođenje free cooling režima rada
Free cooling predstavlja korišćenje spoljašnjeg vazduha za hlađenje rashladnog fluida u periodima niskih spoljnih temperatura. Kada je temperatura dovoljno niska, smanjuje se ili isključuje hlađenje kompresorima a fluid se prebacuje u tzv. FC konturu gde se hladi okolnim vazduhom. Umesto potrošnje električne energije u kompresorima, rade samo ventilatori daleko manje snage. Efikasnost free cooling-a zavisi od sledećih parametara:
Klimatski uslovi, odnosno dijagram srednjih vrednosti temperatura tokom dana, u toku godine. Što su temperature niže, veće je iskorišćenje ovog režima. Kvalitet i efikasnost sistema, odnosno sposobnost FC konture da efikasno hladi već pri malim razlikama između temperature fluida i okolnog vazduha.
Značaj implementiranja free cooling-a se može uočiti na slici 5.
Free cooling režim rada se u chiller-ima može javiti u sledećim oblicima:
- Integrisan ili kao eksterni hladnjak (dry cooler) za individualne chiller-e
- Eksterni hladnjak povezan na dva chiller-a
- Eksterni hladnjak povezan na tri chiller-a
U svim chiller-ima, u kojima nije fabrički integrisan free cooling sistem, isti se može naknadno ugraditi bez potrebe za zamenom sistema za podešavanje, već samo primenom hidrauličkog sistema. U jednom sistemu se može povezati maksimalno osam chiller-a. U Rittal-ovoj ponudi standardno postoje spoljne chiller jedinice rashladne snage od 15 do 481 kW, a po potrebi i snažnije.
Oprema koja je implementirana u chiller-ima je sledeća:
- Pumpa sa regulacijom brzine ili konstantna
- Rezervne pumpe
- Hidraulični moduli
- Free cooling (opciono)
- SNMP/Modbus monitoring
- Zimska oprema (opciono)
- Oprema merenja efikasnosti rada (opciono)
Sve zavisi od snage data centra
Angažovana snaga ICT opreme unutar data centara je unapred određena i ne može se mnogo uticati na nju. Iz ovog razloga sistemi uštede energije koji se primenjuju u industriji, optimizacija potrošnje selektivnim isključivanjem pojedinih potrošača i korigovanje dnevnog dijagrama potrošnje nisu primenjivi. ICT oprema mora da radi neprestano i bez kompromisa.
Zbog toga, mogućnosti za uštedu energije u data centru svode se na uštedama u potrošnji energije prateće opreme i merama za njeno efikasno iskorišćenje. Smanjivanje tzv. PUE faktora (Power Usage Effectiveness) je ključni zadatak. PUE se može smanjiti na različite načine, koji su određeni konkretnim uslovima u data centrima i mogućnostima primene efikasnijih i „štedljivijih“ sistema fizičke IT infrastrukture.
Glavni potrošač u server salama, ako se izuzme ICT oprema, su sistemi klimatizacije. Upravo najveća ušteda električne energije nalazi se u unapređenju ovog sistema
Glavni potrošač u server salama, ako se izuzme ICT oprema, su sistemi klimatizacije. Upravo najveća ušteda električne energije nalazi se u unapređenju ovog sistema. Dizajn i sistem upravljanja linije Rittal TopTherm LCP čine ga posebno energetski efikasnim. Efikasno hlađenja postiže se čak i pri visokim spoljnim temperaturama. Ovo omogućava povećanje udela indirektnog besplatnog hlađenja (free cooling), što zauzvrat značajno smanjuje potrošnju energije, povećava energetsku efikasnost i pomaže u zaštiti životne sredine.
Uštede postignute ovom vrstom rada su ogromne, a efikasnost hlađenja je značajno poboljšana. LCP-ovi koji se koristi zajedno sa chiller-ima imaju znatno veći odnos energetske efikasnost (Energy Efficiency Ratio – EER). EER je odnos između uložene snage, u obliku potrošnje električne energije i izlazne snage, u obliku rashladne energije.
