ebm papst: Wentylatory EC do wydajnego chłodzenia w centrach danych

Odpowiedni projekt FanGrid

Mobilny internet, przetwarzanie w chmurze oraz coraz większe sieci przemysłowe doprowadziły do masowego zwiększenia ilości danych przetwarzanych w centrach danych. Chłodzenie stanowi klucz do wydajnej pracy. Zużycie energii stanowi główne źródło kosztów, a system chłodzący stanowi istotny aspekt. Obecnie stanowi średnio więcej, niż 37% kosztów energii, a liczba ta przypadku starszych systemów jest wyższa.

Koszty energii: klucz do ekonomicznej pracy

Zatem wszystkie wysiłki zmierzające do obcięcia kosztów pracy zależą od tego czynnika. Obecnie pomysły na wydajne chłodzenie często oparte są o chłodzenie swobodne i wiele z nich nie wymaga wykorzystania sprężarkowych układów chłodniczych. Współczesne instalacje wykorzystują powietrze zewnętrze, często w połączeniu z chłodzeniem adiabatycznym (chłodzenie przez odparowanie), w celu zapewnienia odpowiedniej klimatyzacji w centrach danych. Jednakże, takie koncepcje wymagają dużej ilości powietrza. Rośnie wykorzystanie tzw. urządzeń FanGrid – układu wentylatorów odśrodkowych oraz osiowych pracujących równolegle, w celu zaspokojenia zapotrzebowania na lepszą pracę powietrza (Zdj. nr 1a i 1b).

Wybór trasy przepływu powietrza

Rozróżnia 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. Bezpośrednie chłodzenie swobodne, w przeciwieństwie do niego wciąga zimne powietrze z zewnątrz, filtruje je i wprowadza bezpośrednio do centrum danych. Dodatkowe zewnętrze 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

ebm-papst pomaga klientom zaprojektować idealne urządzenie FanGrid przy wsparciu oprogramowania Product Selector (oczekuje na przyznanie patent). 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 również 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. Jednakże 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. Z ego powodu 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 wyrażony w godzinach na rok. To daje punkty robocze ważone, które odzwierciedlają pracę w ciągu całego roku. Przykład podano na zdj. nr 2. Dzięki tym punktom można obliczyć realne liczby dotyczące spodziewanych kosztów pracy. W tym celu 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.

Punkty robocze ważone pozwalają na o wiele bardziej dokładne obliczenie zużycia energii. Jako przykład, zdj. nr 3 pokazuje obliczenie zużycia energii dla FanGrd z czterema wentylatorami RadiPac. Lewy pasek oznacza zużycie energii 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

Takie oszczędności można osiągnąć dzięki wykorzystaniu wentylatorów EC w urządzeniach FanGrid. Są 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). 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 RadiPac w urządzeniu FanGrid stanowi więc idealne rozwiązanie do oszczędzenia miejsca dla wydajnej pracy w centrach danych.

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.

Straty wynikające z montażu stanowią 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. Jeśli jeden wentylator ulegnie awarii, wówczas prędkość pozostałych zostanie automatycznie zwiększona, by zapewnić najbardziej możliwie wyrównanie straty w pracy powietrza. Jednakże to łączy się następującą konsekwencją: z powodu awarii wentylatora część powietrza wytwarza tzw. przepływ wsteczny. Straty powiązane zależą od punktu roboczego i muszą zostać wzięte pod uwagę na etapie projektowania.

Podsumowując

ebm-papst rozpoczyna pracę od spojrzenia na określoną sytuację, wliczając dostępną przestrzeń montażową, punkty robocze oraz wymagany poziom redundancji, w celu zapewnienia, że chłodzenie swobodne działa z optymalnym projektem FanGrid. Mając na uwadze 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 wówczas można osiągnąć pożądane wykonanie i wydajność. W rezultacie project 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.

Autor:Daniel Lemke, Market Management [Zarząd ds. Rynku] ebm-papst Mulfingen

Ilustracje: ebm-papst