г. Киев, пр. Леся Курбаса, 3а
(044) 403-00-21, (050) 614-22-22, (096) 344-62-22

г. Одесса, ул. Днепропетровская дорога, 99 б (068) 525-74-12

  • 096 344 6222
  • 050 614 2222

Системы увлажнения: варианты для центра обработки данных

Системы увлажнения: варианты для центра обработки данных

Долгое время увлажнение воздуха в технологических помещениях осуществлялось двумя методами: либо с помощью отдельной (независимой) системы увлажнения, либо с применением встроенного в приточную систему вентиляции отдельного модуля.

При первом варианте устанавливался традиционный увлажнитель (независимый), к которому подводилось электричество, подавалась вода, и отводился дренаж. Увлажнитель имел собственный встроенный вентилятор, создававший воздушный поток, формирование которого не зависело от работы других имеющихся инженерных систем. Во втором варианте (приточная установка) секция увлажнения встраивалась в зависимости от конструкционной реализации системы вентиляции.

Каждый из перечисленных вариантов имел сильные стороны и характерные недостатки, но постепенно разработчики создали альтернативный вариант. Технологическое совершенствование и унификация климатической техники привело к возможности решить задачу кондиционирования и увлажнения комплексно благодаря симбиозу «увлажнитель + кондиционер». Такая формула особенно характерна для технологических помещений, где требуется установка прецизионных кондиционеров. Например, центры обработки данных (ЦОД), особенно машинные залы, просто не могут стабильно и корректно функционировать без поддержания довольно жестких климатических параметров.

НОРМИРОВАНИЕ ВЛАЖНОСТИ: ОПРЕДЕЛЯЕМ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Наиболее полно требования, которым должны соответствовать системы увлажнения ЦОД, изложены в рекомендациях ASHRAE – американской организации, объединяющей специалистов и инженеров в области кондиционирования, отопления и вентиляции. При этом сами параметры регулярно претерпевают коррекцию, но в целом на сегодняшний день сложились некоторые усредненные критерии, которые и принято брать за основу для расчетов:

  • Температурный диапазон – от +18 до +27 °C
  • Точка росы – от +5,5 до +15°C (от 5,5 до 11 г/кг).
  • Относительная влажность – не превышает 60%.

Впрочем, данные требования немного устаревшие, ведь современное IT-оборудование адаптировано для устойчивой и прогнозируемой работы и при более высоких температурных показателях. Следует отметить и увеличение (незначительное) допустимых значений влажности. И если для некоторых классов вычислительной аппаратуры контроль точности соблюдения температурных показателей в технологических помещениях несколько утратил актуальность, то вопрос, касающийся поддержания уровня влажности, значимости не потерял. При этом всегда стоит помнить и различать «допустимый» и «рекомендуемый» диапазон, которые могут указываться в техпаспортах.

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ВЛАЖНОСТЬ: КРАЙНОСТИ НЕДОПУСТИМЫ

Серверное оборудование в ЦОД крайне восприимчиво (в негативном плане) как к предельно низким, так и к предельно высоким показателям влажности. Превышение рекомендованного диапазона грозит не просто нестабильной работой, а и отказом (поломкой) процессоров, микросхем и других компонентов, входящих в состав вычислительной аппаратуры.

  • Чрезмерная сухость, вызванная низкой влажностью, оборачивается накоплением статического электричества. Отказ и порча ИТ-оборудования может обуславливаться как самим статическим электричеством (при достаточном заряде), так и возникновением электрического пробоя, вызванного взаимодействием соседних зарядов.
  • Чрезмерная влажность может вызвать выпадение (появление) конденсата, особенно – на холодных поверхностях. При организации дата-центра в виде холодных и горячих коридоров существенно увеличивается вероятность образования конденсата в холодном коридоре. Движение воздуха, вызванное принудительной вентиляцией, может осуществить перенос частиц влаги и их оседание на электронных компонентах техники, что чревато коротким замыканием, несущим катастрофические последствия для IT-оборудования.
  • Дополнительный фактор, обязывающий уделить самое полное внимание уровню влажности – это процент пожаров, возникших в ЦОД по причине слишком низкой, а также слишком высокой влажности (то же короткое замыкание может послужить первопричиной появления пламени).

ПАРОУВЛАЖНИТЕЛЬ: ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ

В большинстве случаев прецизионные кондиционеры с функцией увлажнения воздуха комплектуются пароувлажнителем электродного типа. Принцип работы такого устройства относительно прост: в емкость с водой погружают два электрода, подключаемые к сети. Вода, имея большую электропроводность, электричество пропускает, но за счет наличия сопротивления, хоть и небольшого, постепенно нагревается и начинает испаряться.

Поскольку количество парообразования прямо пропорционально величине потребляемого тока, то путем измерения количества использованного тока осуществляется контроль и управление паропроизводительностью. Уровень бака поддерживается за счет открытия/закрытия входного/выходного вентилей соленоидного типа, а за весь процесс отвечает специальный контроллер. Как только уровень воды в баке с электродами достигает критически нижнего значения, контроллер вырабатывает соответствующий сигнал, поступающий на запитывающий клапан. Он открывается, и вода заполняет бак.

Паропроизводительность во многом зависит от химических свойств используемой в увлажнителе воды. К примеру, в воде, обогащенной минеральными солями (с высокой электропроводимостью) электрический ток быстрее вызывает образование пара и вывод пароувлажнителя в рабочий режим. Если концентрация минеральных солей низкая (следовательно, низкая и электропроводность), некоторое рабочее время уходит на испарение «лишней» воды. Так достигается требуемый уровень минерализации, после чего паровой увлажнитель готов к эксплуатации с проектной мощностью. В среднем, весь процесс вывода устройства на готовность происходит за 2 часа.

СИСТЕМА ВОДОСНАБЖЕНИЯ ДЛЯ ПАРОУВЛАЖНИТЕЛЕЙ: ОСОБЕННОСТИ

В исходном положении вода (водопроводная, без всякой предварительной обработки) залита в паровой цилиндр. За счет прохождения электрического тока вода нагревается и достигает температуры, при которой начинается ее испарение. Образовавшийся пар поступает в дроссельную паровую заслонку и вводится в воздушный поток, генерируемый кондиционером.

За счет испарения уровень воды в пароувлажнителе уменьшается, но при снижении объема растет степень минерализации (как следствие – увеличивается электропроводность), ведь растворенные в воде минералы не испаряются. Постоянно понижающийся уровень воды уменьшает взаимодействующую с водой площадь электродов, снижается потребляемый ток. При достижении некоторого минимального уровня тока контроллер подает сигнал, срабатывает впускной клапан, и паровой цилиндр заполняется свежей водой, которая смешивается с высокоминерализованным остатком.

После прохождения нескольких полных циклов испарение/заполнение постепенно возрастающий уровень минерализации приводит к увеличению скорости испарения воды и уменьшению потребляемого тока. При достижении определенного уровня на сливной клапан поступает сигнал, он открывается, и вода с повышенной минерализацией (накопившейся за несколько циклов) полностью сливается. Бак пароувлажнителя заполняется свежей водой с исходным (усредненным) содержанием минералов. Заполнение прерывается автоматически, как только уровень воды, поступившей в паровой датчик, становится достаточным для контакта с электродом датчика.

Проектируя систему дренажа, следует принять во внимание, что расход воды при полном сливе с последующим полным наполнением цилиндра увеличивается примерно в 3 раза. Этот факт должен быть учтен при выборе диаметра трубы подводящего трубопровода, который был бы способен обеспечить своевременную и полную транспортировку воды для заполнения парового цилиндра.

Разрабатывая систему водоснабжения для пароувлажнителей, обычно не предусматривают дополнительную запорную аппаратуру. В технической документации она просто не учитывается, но опыт и удобство эксплуатации (например, отсечь воду при проведении ремонтных работ) подсказывают, что логично установить отсечной кран на вводе трубопровода в прецизионный кондиционер.

СИСТЕМЫ УВЛАЖНЕНИЯ ЦОД: ВАРИАНТЫ ЭКОНОМИИ

Установка прецизионных кондиционеров с пароувлажнителями – это более чем серьезные капитальные затраты, которые в перспективе только будут увеличиваться за счет проведения техобслуживания климатического оборудования. Так что желание заказчиков немного разгрузить строительную смету будет совершенно оправданным. Опыт, подтвержденный теоретическими выкладками инженеров «Джапан Сервис», показывает: чтобы обеспечить оптимальное увлажнение ЦОД, достаточно иметь половину агрегатов с пароувлажнителями.

Для равномерного обеспечения режима влажности необходимо чередовать прецизионные кондиционеры с пароувлажнителями и обыкновенные агрегаты. Чередование разного типа кондиционеров в шахматном порядке дает возможность сократить расходы на систему охлаждения ЦОД на 10%.

Дополнительную экономию можно получить, создав единую контроль-измерительную сеть. Она поможет отслеживать работу аппаратуры, регулируя нагрузку и избегая ситуаций, когда все кондиционеры с пароувлажнителями одновременно войдут в режим слива остатков воды.

Следует учесть, что кондиционер проводит конденсацию влаги из охлаждаемого воздуха, после чего осуществляет его увлажнение. Происходит неоправданный расход электроэнергии на две взаимоисключающие операции – подобный режим крайне неэффективен. Отслеживание и четкое регулирование работы всей системы, занимающейся кондиционированием ЦОД – еще один из методов снижения эксплуатационных расходов.

Тщательный анализ работы системы в целом и каждого кондиционера в отдельности, проведенный специалистами компании «Джапан Сервис», поможет настроить и оптимизировать алгоритм эксплуатации системы, предотвратить неоправданный расход электричества и предупредить возникновение проблемы переувлажнения или сухости воздуха.

НЕДОСТАТКИ ПАРОУВЛАЖНИТЕЛЕЙ: НАСКОЛЬКО ЭТО КРИТИЧНО?

Серьезный недостаток, присущий прецизионным кондиционерам с пароувлажнителями, заключается в том, что полученный пар смешивается с потоком воздуха сразу поле прохождения последним воздухоохладителя. В результате получается, что после прохождения воздухоохладителя при более низкой температуре воздух имеет то же влагосодержание, что и на входе в охладитель. В результате воздух имеет высокие показатели относительной влажности, а значение парциального давления водяного пара будет практически равняться максимуму.

Одновременно к нему подмешивается водяной пар с относительной влажностью около 100%, и его парциальное давление также максимально. Из-за равенства парциальных давлений водяного пара смешиваемых потоков процесс увлажнения существенно замедляется. Усложняется увлажнение и тем, что воздух после воздухоохладителя и так имеет значительный показатель влажности.

Решение вводить пар из пароувлажнителя перед поступлением образующейся смеси в воздухоохладитель неэффективно – резкий рост конденсата на воздухоохладителе полностью нивелирует предшествующий эффект увлажнения воздуха. Причиной этого является превышение значения точки росы охлаждаемой смеси (воздух плюс пар) над температурой поверхности охладителя воздуха.

Рассматривалась возможность замены изотермического увлажнения на адиабатный метод. Недостатки последнего в виде образования капель воды, которые в дальнейшем попадают в технологические помещения и способны вызвать короткое замыкание, существенно превышают возможную получаемую выгоду. Именно поэтому изотермический метод, несмотря на некоторые значительные «минусы», пока не имеет альтернативы, которую можно реализовать в промышленных масштабах.

КАК ВЫБРАТЬ ПАРОУВЛАЖНИТЕЛЬ: ДОВЕРЬТЕСЬ ПРОФЕССИОНАЛАМ

Прецизионные кондиционеры в процессе производства комплектуются штатными пароувлажнителями, имеющими номинальную мощность для каждой отдельной модели. При этом и агрегат, и пароувлажнитель взаимно оптимизируются по мощности, а значит, их согласование не требуется.

Тщательный подход к проектированию позволяет избежать досадных ошибок, которые могут привести к переувлажнению воздуха в ЦОД в несколько раз. При расчете обязательно учитывается основное отличие встроенных пароувлажнителей от тех устройств, которые вмонтированы в обычную систему вентиляции. При разработке проекта следует учитывать не наружный воздух, а уже прошедший рециркуляцию, а значит – имеющий больший показатель относительной влажности. Другими словами, пароувлажнители не проводят полное увлажнение воздуха, а как бы «доувлажняют» его. Пренебрежение этим фактом в расчетах может привести к неоправданному росту мощности пароувлажнителей и невыполнению ими в реальности проектного задания.

verh