Rambler's Top100
Статьи ИКС № 12 2012
Михаил БАЛКАРОВ  11 декабря 2012

Легенды и мифы прецизионного кондиционирования - 2

Типичных ошибок в проектировании прецизионного кондиционирования для технологических целей, в частности для охлаждения компьютерного оборудования, больше, чем мы насчитали в предыдущей статье. В этот раз предмет нашего рассмотрения – заблуждения относительно систем охлаждения в целом.

Михаил БАЛКАРОВ, технический эксперт, Emerson Network Power, ATD, CDCDPМиф 1. Свободное охлаждение невозможно в теплом климате

Практика показывает, что классические системы с чиллерным фрикулингом вполне эффективны даже в Греции и Испании. Наиболее важный параметр для использования свободного охлаждения – стоимость электроэнергии, а не климат. Как это ни парадоксально, гораздо сложнее обеспечить фрикулинг в сильные морозы.

Кстати, набирающее популярность адиабатическое охлаждение, основанное на испарении воды, вообще практически не зависит от температуры наружного воздуха. Для него важны только влажность и наличие дешевой воды.

Миф 2. Концентрация гликоля подбирается для предотвращения замерзания

Этим правилом можно руководствоваться в теплом климате. Но в сильные холода, такие, как на большей части территории нашей страны, мы сразу попадаем в среду действия мифа. Проблема в том, что при снижении температуры у растворов гликоля значительно возрастает вязкость. Раствор не замерзает, но его становится практически невозможно прокачивать.

Единственное реально работающее решение – обеспечивать относительно высокую температуру теплоносителя. Поэтому все теплообменники должны работать одновременно и должна присутствовать тепловая нагрузка.

В нештатной ситуации система может замерзнуть, но без повреждения труб и теплообменников. В некоторых системах имеет смысл специально замораживать часть теплообменников для уменьшения интенсивности отдачи тепла в сильные морозы.

В справочнике ASHRAE (ASHRAE Handbook Fundamentals. American Society of Heating, Refrigerating и Air-Conditioning Engineers. 2009) даются четкие рекомендации: «В периоды простоя в холодную погоду для предотвращения повреждения оборудования (например, для подготовки к зиме теплообменника в системе HVAC) достаточно 30%-ного (по объему) раствора этиленгликоля или 35%-ного (по объему же) раствора пропиленгликоля».

Миф 3. Система охлаждения подбирается только по производительности

На самом деле в первую очередь должна проверяться способность системы подать нужное количество воздуха.

Для охлаждения серверного оборудования воздуха нужно много – до 1 м3/с на 12 кВт тепловыделения, если допустимый перепад температур задан в 10°. Перепад температур на входе и выходе сервера – величина паспортная. В современных моделях блейд-серверов он может достигать 30°. Это, с одной стороны, хорошо, поскольку воздуха требуется подавать в три раза меньше, с другой стороны, температура на выходе становится на эти же 30° выше, что может приводить к другим проблемам.

Миф 4. Производительность оборудования можно подобрать по каталогам

Изготовители кондиционеров зачастую не указывают явную производительность, поэтому нельзя просто ориентироваться на номинал, не глядя в документацию. Кроме того, производительность зависит от состояния воздуха – чем теплей и суше воздух на входе в кондиционер, тем коэффициент явной производительности ближе к 1, тем большая часть холодильной мощности расходуется с пользой, а не на ненужное осушение воздуха. Тем более что убыль воды из воздуха приходится восполнять, затрачивая на это дополнительное количество энергии и ресурс увлажнителей.

У моделей нижнего ценового диапазона производительность может заметно отличаться от заявленной, причем обычно в меньшую сторону. Даже сертификация Eurovent для продуктов высшего класса допускает отклонения ±7%.

Кроме того, номинал указывается для определенной температуры на улице, следовательно, с ростом температуры производительность падает, даже при увеличенных внешних блоках.

Оптимальный способ подбора оборудования – это специализированная программа от производителя.

Миф 5. Теплый воздух поднимается к верху стойки

При нагреве воздуха его плотность уменьшается. В теории это приводит к тому, что более теплый воздух поднимается вверх (рис. 1). Оценим этот процесс количественно.

Пусть воздух с 18°C и 60% RH нагревается до 30°C и 25% RH. Его плотность при этом уменьшится с 1,2 кг до 1,15 кг на 1 м3. На этот кубометр из-за разности в весе (0,05 кг) действует сила Архимеда, равная 0,5 Н, что приводит к его подъему с ускорением 0,43 м/с2 (a = F/m). То есть на высоту стойки (2 м) воздух с пола поднимется примерно за 3 с (t = √2s/a).

Но рассчитывать на естественную циркуляцию теп-лого воздуха можно только в случае низкой плотности мощности в стойке. Горизонтальные скорости воздуха, который гонят вентиляторы серверов, намного превосходят скорость конвективного подъема даже в нашем идеальном случае. Пусть стойка по горизонтали занимает 0,4 м ширины горячего коридора. Воздух будет успевать подняться до ее верха только при горизонтальной скорости не более 0,15 м/с (v = s/t). В этом случае стойка сечением 1,2 м2 (600 мм × 2000 мм) потребляет воздуха не больше 0,16 м3/с. Если исходить из того, что на отвод 1 кВт тепла требуется 0,075 м3/с воздуха (старое оборудование), то тепловыделение стойки не должно превышать 2 кВт.

На практике же подъем горячего воздуха еще меньше. Во-первых, при мало-мальски разумной расстановке оборудования горячий воздух выбрасывается не в зону холодного воздуха, а в такой же горячий, что уменьшает разницу плотностей и соответственно подъемную силу. Во-вторых, в реальности конвективный подъем значительно замедляется из-за возникающих сил трения. Так что его скорость меньше примерно на порядок.

Миф 6. Сопротивление решеток фальшпола должно быть минимальным

На самом деле перфорированные плитки – эффективный механизм регулировки подачи воздуха. Характеристики плиток с разным уровнем перфорации, рассчитанные по формуле из книги И.Е. Идельчика (И.Е. Идельчик. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. 3-е изд. М.: «Машиностроение», 1992), приведены на рис. 2.

Сопротивление плиток при классическом варианте фальшпольного охлаждения должно выбираться таким образом, чтобы, с одной стороны, была обеспечена необходимая подача воздуха, а с другой стороны, падение давления на них было бы больше, чем остальные изменения давления, как статические, так и динамические. Ведь элемент с наибольшим сопротивлением оказывает наибольшее влияние на процесс.

В случае применения контейнеризации роль такого демпфирующего элемента переходит к замкнутому пространству контейнера, поэтому решетки действительно имеет смысл выбирать с максимально открытым (живым) сечением.

Миф 7. Сопротивление подфальшпольного пространства вызывает проблемы

Идеи насчет важности сопротивления трения пропагандируются некоторыми производителями активных вентиляторных плиток. Разумеется, размещать лотки, трубы и кабели поперек потока воздуха – это дурная практика. Тем не менее основные проблемы возникают вовсе не из-за сопротивления трения. Сильнее всего на неравномерность подачи влияет именно динамическое падение давления, приводя к уменьшению подачи и даже подсосу воздуха в фальшпол рядом с кондиционерами. Оно же приводит к значительным колебаниям подачи при переключении между разнесенными в пространстве кондиционерами.

Миф 8. Серверная требует трехкратного воздухообмена

Серверная – это не то место, где постоянно находится персонал. Поэтому вентиляцию можно и нужно сводить к минимуму, достаточному для поддержания небольшого избыточного давления. Происхождение данного заблуждения – бессмысленные и беспощадные требования действующей Инструкции по проектированию зданий и помещений для электронно-вычислительных машин (СН 512-78). Учитывая скорость прогресса вычислительной техники, очевидно, что этот документ устарел еще в момент написания.

К счастью, в проекте можно указать следующее: «Согласно п. 1.1 инструкции, ее нормы не распространяются на здания и помещения для электронно-вычислительных машин, устанавливаемых в соответствии со специальными требованиями». Поэтому далее ее положения используются в качестве рекомендательных, а не обязательных.

Миф 9. Для проекта берутся параметры А или Б из СНиП по климатологии

Увы, с годами нормативные документы иногда становятся хуже. В старом СНиП был параметр В – абсолютные максимумы. Именно эта величина и должна использоваться при проектировании критических задач. Вряд ли заказчик одобрит работоспособность системы на уровне 0,98 в течение года. Замечу, что, согласно п. 5.12 СНиП 41-01-2003 «Отопление, вентиляция и кондиционирование», в задании на проектирование допускается принимать более низкую температуру наружного воздуха в холодный период года и более высокую температуру наружного воздуха в теплый период.

Надеюсь, этот краткий анализ мифов поможет избежать типичных ошибок или пригодится при обосновании выбираемых решений.  
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!
Поделиться: