Wentylatory EC do wydajnego chłodzenia w centrach danych

Rozwój teleinformatyczny w postaci mobilnego internetu, przetwarzania w chmurze jak również coraz większe sieci przemysłowe doprowadziły do masowego zwiększania ilości danych jakie są przetwarzane w centrach danych. Ich odpowiednie chłodzenie stanowi klucz od wydajnej pracy. Głównym źródłem kosztów jest zużycie energii, a system chłodzący jest jego istotnym aspektem. Obecnie jest to średnio więcej, niż 37% kosztów energii, a w przypadku starszych systemów liczba ta jest wyższa.

Koszty energii: klucz do ekonomicznej pracy

Wszystkie wysiłki zmierzające do obcięcia kosztów pracy zależą zatem od tego czynnika. Obecnie pomysły na wydajne chłodzenie są często oparte o chłodzenie swobodne i wiele z nich nie wymaga wykorzystania sprężarkowych układów chłodniczych. Współczesne instalacje wykorzystują powietrze zewnętrzne, często w połączeniu z chłodzeniem adiabatycznym (chłodzenie przez odparowanie), w celu zapewnienia odpowiedniej klimatyzacji w centrach danych. Jednak, takie rozwiązania wymagają dużej ilości powietrza. Rośnie więc wykorzystanie tzw. urządzeń FanGrid - układu wentylatorów odśrodkowych oraz osiowych oraz osiowych pracujących równolegle, w celu zaspokojenia zapotrzebowania na lepszą pracę powietrza.
 

Zdj. 1a: FanGrid sporządzony z wentylatorów odśrodkowych RadiPac wygiętych do tyłu	Zdj. 1b: FanGrid z wentylatorami osiowymi

Wybór trasy przepływu powietrza

Wyróżnia się pośrednie i bezpośrednie swobodne systemy chłodzące. Pośrednie chłodzenie swobodne wykorzystuje dwa oddzielne systemy chłodzenia. Chłodne powietrze na zewnątrz nie jest wprowadzane bezpośrednio do centrum danych, lecz jest wykorzystywane do chłodzenia obiegowego przepływu powietrza w centrum danych za pomocą wymiennika ciepła. Z kolei bezpośrednie chłodzenie swobodne, w przeciwieństwie do niego wciąga zimne powietrze z zewnątrz, filtruje je i wprowadza bezpośrednio do centrum danych. Dodatkowe zewnętrzne filtry powietrza w tym przypadku są wymagane do zapewnienia jakości i czystości powietrza. Ostatecznie zastosowana reguła zależy od wymagań, położenia oraz rozmiaru centrum danych, w którym ma zostać zastosowana. 

Zindywidualizowany FanGrid

Firma ebm-papst pomaga swoim klientom zaprojektować idealne urządzenie FanGrid przy wsparciu oprogramowania Product Selector (oczekuje na przyznanie patentu). Ten najbardziej ekonomiczny system został opracowany w oparciu o parametry takie, jak dostępna przestrzeń montażowa, wymagane punkty robocze oraz pożądany poziom redundancji. Oprogramowanie bierze pod uwagę także łączne koszty od wyprodukowania do wycofania z eksploatacji, czyli innymi słowy cenę kupna oraz koszty pracy w danym okresie.

Dawniej punkt roboczy o największym przepływie powietrza (maksymalny punkt roboczy) często formował podstawę projektu FanGrid. Jednak rzadko jest on osiągany - zazwyczaj jedynie, jeśli centrum danych pracuje na pełnej mocy, latem, przy wysokich temperaturach na zewnątrz. Przez większość czasu centrum danych pracuje przy obciążeniu częściowym. Dlatego też oprogramowanie projektowe od ebm-papst pozwala na określenie do pięciu różnych stanów działania (punktów roboczych). Dla każdego z tych stanów działania przechowuje się odpowiedni czas pracy, który jest wyrażony w godzinach na rok. Daje to punkty robocze ważone, które odzwierciedlają pracę w ciągu całego roku. Przykład został podany na zdj. nr 2. Dzięki tym punktom można obliczyć realne liczby dotyczące spodziewanych koszów pracy. Aby to osiągnąć oprogramowanie konfiguruje wszelkie możliwe kombinacje FanGrid (rodzaj, rozmiar oraz liczbę wentylatorów) oraz opracowuje najbardziej energooszczędną możliwość. Dokonując przeglądu w ciągu roku całkiem możliwe jest, że połączenie z najwyższą wydajnością przy maksymalnym punkcie roboczym nie koniecznie wykaże najlepsze liczby dotyczące zużycia, na podstawie punktów roboczych ważonych.
 

Zdj. nr 2: Niebieskie kropki symbolizują różne punkty robocze. Rozmiar kropki odzwierciedla liczbę godzin pracy przy danym punkcie roboczym

Dzięki punktom roboczym ważonym możliwe jest o wiele bardziej dokładne obliczenie zużycia energii. Jako przykład, zdj. nr 3 pokazuje obliczenie zużycia energii dla FanGrid z czterema wentylatorami RadiPac. Lewy pasek oznacza zużycie energii jakie jest obliczone na podstawie maksymalnego punktu zużycia (ok. 70 000 kWh). Prawy pasek (ok. 50 000 kWh) pokazuje bieżące zużycie energii przez FanGrid, obliczony przy wykorzystaniu realistycznych punktów roboczych ważonych. 
 

Zdj. nr 3: Jeśli roczne zużycie energii przez FanGrid jest obliczane na podstawie punktów roboczych ważonych, w przeciwieństwie do maksymalnego punktu roboczego, rzeczywiste zużycie energii będzie o 20,000 kWh niższa, jak wskazuje przykład obliczenia dla FanGrid z czterema wentylatorami odśrodkowymi RadiPac

Najnowsza technologia

Oszczędności tego rzędu można osiągnąć dzięki wykorzystaniu wentylatorów EC w urządzeniach FanGrid. Są one wysoce wydajne i zawsze można je regulować, by osiągnąć wymagany punkt roboczy. Nowy wentylator odśrodkowy RadiPac EC dla technologii wentylacyjnej istnieje na rynku od 2015 roku.

Zdj. nr 4: Przy nowym RadiPac zwrócono szczególną uwagę na wlot powietrza w wirniku, ustawienie zewnętrznego silnika wirnika oraz profil łopatki wirników.

Wentylatory te nie tylko są o 13% bardziej wydajne od swoich poprzedników, ale i poziom hałasu został również zmniejszony o ponad 3 dB (A). Funkcje optymalizowania odpływu zapewniają najlepszą możliwą kontrolę przepływu nawet, gdy nie ma zbyt wiele miejsca.

Zdj. nr 5: Nowy wentylator odśrodkowy RadiPac EC jest nie tylko o 13% bardziej wydajny od swojego poprzednika, ale również pracuje o 3 dB (A) ciszej. Funkcje optymalizowania odpływu zapewniają najlepszą możliwą kontrolę przepływu nawet, gdy nie ma zbyt wiele miejsca.

Nowy RadiPac w urządzeniu FanGrid stanowi idealne rozwiązanie do oszczędzania miejsca dla wydajnej pracy w centrach danych. Straty wynikające z montażu to kolejny czynnik, który zdaje się być pomijany w praktyce. Jeżeli wentylatory zostaną zamontowane zbyt blisko siebie, wówczas będą wpływać na siebie nawzajem. Z reguły, im większa ilość powietrza ma zostać przeniesiona, tym wentylatory powinny być dalej od siebie. Oprogramowanie projektowe ebm-papst automatycznie pozwala na możliwe straty wynikające z montażu.

Wentylatory pracują razem

Urządzenia FanGrid często cechują się wbudowaną redundancją. W przypadku gdy jeden wentylator ulegnie awarii, wówczas prędkość pozostałych zostanie automatycznie zwiększona, by zapewnić najbardziej możliwe wyrównanie straty w pracy powietrza. Ma to jednak swoje konsekwencje: z powodu awarii wentylatora część powietrza wytwarza tzw. przepływ wsteczny. Straty powiązane są zależne od punktu roboczego i muszą zostać wzięte pod uwagę na etapie projektowania.

Podsumowując

Firma ebm-papst rozpoczyna pracę od spojrzenia na określoną sytuację, wliczając dostępną przestrzeń montażową, punkty robocze jak również wymagany poziom redundancji, w celu zapewnienia, że chłodzenie swobodne działa z optymalnym projektem FanGrid. Biorąc pod uwagę łączne koszty od wyprodukowania do wycofania z eksploatacji, najbardziej dogodny układ zostanie zatem zdefiniowany w zakresie rodzaju, rozmiaru oraz liczby wentylatorów niezbędnych do wykorzystania. Rozmieszczenie oraz układ są kolejnymi ważnymi czynnikami branymi pod uwagę podczas projektowania urządzeń FanGrid. Z reguły, im większa ilość powietrza tym większa przestrzeń między wentylatorami. Jedynie wtedy można osiągnąć pożądane wykonanie i wydajność. W rezultacie projekt systemu nie jest oparty o maksymalny punkt roboczy, jak to często ma miejsce, ale jest dostosowany do indywidualnych wymagań klienta. W połączeniu z punktami roboczymi ważonymi możliwe są również symulacje różnorodnych scenariuszy pracy takie, jak stały przepływ powietrza lub stałe ciśnienie - czyniąc projekt FanGrid bardziej wydajnym i ograniczając koszty pracy. Oferując zaawansowaną technologię EC oraz bogate doświadczenie, ebm-papst może pomóc klientom odnaleźć optymalne rozwiązanie dla ich koncepcji chłodzenia.