Санкт-Петербург: +7 (812) 363-11-93
Москва: +7 (495) 661-75-74
spb@h-ts.ru
Отправить запрос
Stulz в России: 8 800 700 52 68 Обратная связь

Применение прямого Freecooling (Freshcooling) на базе прецизионного кондиционирования STULZ

Freecooling в последнее время все чаще вызывает интерес, так как применение данной схемы позволяет значительно повысить энергоэффективность ЦОДа. Технический директор компании СМАРТЛЮФТ Руслан Астафьев рассказывает об особенностях применения прямого Freecooling (Freshcooling) на базе прецизионного кондиционирования STULZ, а также делится опытом реализации совместных с HTS проектов.

Почему Freecooling (Freshcooling) – это важно

Одним из важнейших показателей ЦОДа является PUE – отношение суммарно потребляемой энергии ЦОДа к энергии, потраченной на ИТ-оборудование. Чем меньше его значение, тем ЦОД является более энергоэффективным, так что все стремятся снизить этот показатель. И сейчас по всему миру уже существует ряд объектов, где значение PUE достигает значения 1,1-1,2.

Существует 2 основных вида фрикулинга: косвенный и прямой. Косвенный не предполагает прямого контакта холодной среды со средой охлаждаемого воздуха, например, чиллер с фрикулингом или приточно-вытяжная установка с промежуточным рекуператором воздуха.

Мы же поговорим о прямом фрикулинге, иногда его еще называют фрешкулинг, потому что охлаждение происходит за счет холодного воздуха с улицы, который подается непосредственно в помещение дата-центра. Именно фрешкулинг позволяет достичь таких значений PUE, о которых говорилось выше.

Само применение фрешкулинга стало возможным с развитием технологий ИТ-оборудования: расширились допуски согласно стандарту ASHRAE, предъявляемые к нему, поэтому стало возможным подавать воздух непосредственно в помещение ЦОДа.

Упираемся в габариты

Почему интересна тема реализации системы охлаждения на базе прецизионного кондиционера с применением фрешкулинга?

Одно из очевидных преимуществ – это габариты, особенно если речь идет о небольших серверных или дата-центрах, где основная площадь занята серверными стойками. У системы с прецизионным кондиционером компактный размер и очень маленькая сервисная зона: она всего с одной (фронтальной) стороны и занимает порядка 1200 мм. Что касается систем центрального кондиционирования на базе приточно-вытяжных установок, то они очень габаритные и требуют специальные площадки и конструкции для их установки. Кроме того, приточная система занимает большую сервисную зону равную 1,3 от ширины установки – при проектировании это приходится учитывать.

Также системы фрешкулинга на базе прецизионного кондиционера STULZ примечательны тем, что скорость на испарителе всегда менее 2,9 м/с, и испаритель стоит под наклоном по отношению к движению воздуха. Это позволяет избежать срыва капель, следовательно, не нужен каплеотделитель, и это конструктивно реализовано в прецизионном кондиционере.

Еще обратим внимание на то, за счет чего достигается прецизионность поддержания параметров у кондиционеров STULZ. К примеру, рассмотрим технические данные прецизионного кондиционера CyberAir 3 ASR 1082 А. Температура кипения в заданном режиме – 16,3°С, а температура выхода из кондиционера в холодный коридор – всего 18°С. То есть дельта между охлаждающей поверхностью и подачей составляет менее 2°С. Это говорит о том, что у испарителя очень большая теплообменная поверхность – за счет этого и достигается прецизионность параметров охлаждения. При расчете подобных систем на базе приточно-вытяжных установок, используется температура кипения как правило в диапазоне от 5 до 10 °С, т.е. поверхность испарителя в решениях с применением приточно-вытяжных будет всегда меньше по сравнению с решением на базе с прецизионным кондиционером STULZ.

Если говорить о составе системы фрешкулинга на базе прецизионного кондиционера, то в нее входят: сам прецизионный кондиционер, вентгруппа и камера смешения с фильтрами и группой клапанов.

Подводя итог вышесказанному, для наглядности рассмотрим в качестве примера один из текущих проектов. У заказчика есть ЦОД всего 430 кВт с заданной температурой горячего коридора 31°С и холодного коридора 18°С.


На иллюстрации выше видно, насколько компактной получилась система. Если же сделать такую систему на базе центрального кондиционирования, то тогда вентустановки придется вынести за контур ЦОДа: их длина составит почти 5 метров, высота – столько же. Кроме того, потребуется большая сервисная зона, а также дополнительный фундамент, так как придется поднять их как минимум на высоту снежного покрова. При этом эффективность охлаждения и точность поддержания температуры будут одинаковы.

Как уже упоминали, применение таких решений стало возможным благодаря тому, что расширился диапазон по поддержанию температуры в холодном коридоре. Сейчас согласно стандарту 2008 ASHRAE Environmental Guidelines for Datacom Equipment допускается забор воздуха серверами при температуре от 18 до 27°С. При этом влажность нормируется не выше 60%. Поэтому мы можем использовать систему фрешкулинга до 20°С без дополнительного охлаждения.

Как работает система фрешкулинга на базе прецизионного оборудования?

Есть несколько режимов в зависимости от температуры воздуха. К примеру, в горячем коридоре нужно поддерживать не более 25°С, а в холодном коридоре 17°С.


Если температура уличного воздуха выше 25°С, то система работает в режиме 100% рециркуляции и охлаждение происходит контуром DX, когда холодильная машина работает на 100%.

В диапазоне 19-24°С происходит 100% воздухообмен. Воздух забирается с улицы и нагнетается в ЦОД. Доохлаждение происходит контуром DX. Таким образом происходит вытеснение тепла из ЦОДа либо через переточные решетки с клапанами, либо, чтобы занизить выбросные отверстия, ставятся вытяжные вентиляторы.

При температуре от 0 до 17°С происходит подмес воздуха в камере смешения – мы держим точку смеси в камере на уровне подачи в холодный коридор. Таким образом доля выбрасываемого воздуха уменьшается, т.к. и количество воздуха, забираемого с улицы, тоже снижается.


При температуре ниже -1°С наступает вероятность обмерзания первого фильтра при смешении. Чтобы ее исключить, предусмотрена установка дополнительного (третьего) клапана, который называется клапаном оттайки фильтра.


И при -1°С этот клапан открывается, таким образом происходит первая ступень подмеса горячего воздуха к холодному, и на фильтр уже поступает более теплый воздух. И далее, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление, дальнейшее смешение воздуха происходит после двух кассет фильтра.

Основной вопрос, который возникает в подобных проектах, касается поддержания относительной влажности.

Дело в том, что параметр относительной влажности напрямую зависит от температуры, поэтому очень важно, где именно хочет нормировать влажность заказчик: в горячем либо холодном коридоре. Рекомендованный уровень влажности должен находиться в пределах 30%-60%, а допустимый - 20-80%.

На наш взгляд, нужно ориентироваться на допустимый диапазон и поддерживать влажность на выходе из горячего коридора по минимальному значению. Таким образом, мы всегда поддерживаем требуемую влажность на входе в холодный коридор.

Так как мы работаем с большим количеством свежего воздуха, а зимой он сухой, его приходится увлажнять. Существует несколько типов увлажнителей для этой задачи: пароувлажнители и увлажнители испарительного типа (адиабатические).


Пароувлажнители можно применять, но у них большой уровень электропотребления, поэтому для ЦОДов становятся все более популярны увлажнители второго типа. У них низкое энергопотребление, потому что вода испаряется за счет теплого воздуха, и при этом воздух дополнительно охлаждается.

В совместный проектах СМАРТЛЮФТ и HTS все чаще применяются именно увлажнители испарительного типа.

Так как многое упирается в габариты, заказчик часто просит разработать специальную циркуляционную камеру с функцией поддержания влажности. Поэтому мы разработали конструктив, который позволяет решить эти задачи, и интегрировали увлажнитель испарительного типа непосредственно в саму камеру смешения.

Что из себя представляет камера смешения? Это фильтр-бокс, в котором установлена группа клапанов и несколько ступеней фильтров. В базовом исполнении камера оснащается теплоизоляционными панелями с плотностью тепловаты 100 кг/м3. Это негорючий материал.

Профили алюминиевые, а сама стенка сделала из оцинкованной стали. При этом по желанию заказчика она может быть окрашена, возможно применение клапанов с электроподогревом (для холодных регионов), возможны различные комбинации фильтров, и главное – она может быть любой, но геометрически правильной формы.

Если заказчик не хочет устанавливать увлажнитель в камеру, мы можем установить его непосредственно под фальшпол – система так или иначе получится замкнутой. Или же можно установить отдельно стоящий увлажнитель в горячем коридоре с собственным вентилятором, который будет обеспечивать поддержание заданной влажности в горячем коридоре.

Пандемия показала, что люди начали задумываться не только о задачах поддержания влажности, но и о том, как бороться с вирусами. Поэтому появился ряд запросов по модернизации уже существующих проектов – они доукомплектовывались, например, фильтрами HEPA или УФ-лампой.


Подробности о компаниях:

СМАРТЛЮФТ – это дистрибьютор оборудования таких марок, как OC IMP Klima в Словении (приточные установки, распределительные клапаны), Fisair в Испании (установки для увлажнения и осушения воздуха) и завод по производству воздухораспределительных устройств Lindab. Уже на протяжении 25 лет компания СМАРТЛЮФТ является дистрибьютором европейского оборудования.

Компании HTS и СМАРТЛЮФТ являются давними партнерами и имеют ряд реализованных совместных проектов.