简体中文
Quản lý nhiệt trung tâm dữ liệu
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí trong trung tâm dữ liệu: Loại bỏ nhiệt mà không tốn tiền nước
Quan điểm kỹ thuật về lý do loại bỏ nhiệt làm mát bằng không khí đang trở thành mặc định cho các trung tâm dữ liệu hiện đại và cách chỉ định nó để mùa hè đầu tiên không làm bạn thất vọng.
Mỗi dự án trung tâm dữ liệu đều đạt đến thời điểm mà việc loại bỏ nhiệt không còn là một vấn đề mang tính học thuật nữa. Trong một cơ sở cỡ trung bình gần đây, nhà máy làm lạnh là loại máy thông thường; cuộc tranh luận hoàn toàn là về phía bình ngưng. Đề án làm mát bằng nước có vẻ thuyết phục về chi phí ban đầu cho đến khi cơ quan cấp nước xác nhận rằng lượng nước bổ sung vào mùa hè không thể được đảm bảo. Thiết kế sửa đổi đã thay thế tháp giải nhiệt bằng bình ngưng làm mát bằng không khí. Chi phí vốn tăng nhẹ, thời gian phê duyệt giảm mạnh và báo cáo phát triển bền vững đạt được một điểm quan trọng: không tiêu thụ nước để loại bỏ nhiệt . Trình tự đó hiện đang lặp lại trong toàn ngành.
Tại sao thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí tiếp tục đi vào trung tâm dữ liệu
Vai trò của bình ngưng làm mát bằng không khí rất đơn giản. Nó nhận hơi môi chất lạnh nóng, áp suất cao từ quá trình xả của máy nén, ngưng tụ thành chất lỏng và thải nhiệt ra không khí xung quanh. Không có tháp giải nhiệt, không có vòng nước làm mát và không có liều lượng hóa chất. Trong hoạt động bình thường, phía thải nhiệt của nhà máy không tiêu thụ nước. Thực tế duy nhất đó làm thay đổi cuộc trò chuyện với các cơ quan quản lý, người cho vay và các nhóm phát triển bền vững.
Sự đánh đổi về mặt kỹ thuật cũng thực tế như việc tiết kiệm nước. Làm mát không khí phản ứng với nhiệt độ bầu khô, vì vậy vào một buổi chiều 40°C, áp suất ngưng tụ tăng lên và công suất máy nén tăng theo. Tháp làm mát bằng nước theo dõi các điều kiện bầu ướt và thường mang lại lực nâng thấp hơn tại thời điểm đó, nhưng việc so sánh hiếm khi mang tính phiến diện như một giờ cao điểm đơn lẻ gợi ý. Vào những ngày nóng ẩm, tòa tháp cũng xuống cấp và khi tính cả năm—đêm, mùa đông và nhiều giờ dưới mức thiết kế xung quanh—nhà máy làm mát bằng không khí sẽ thu hẹp khoảng cách đáng kể. Thêm việc xử lý nước, cấp phép xả thải và bảo trì tháp vào sổ cái và hệ thống làm mát bằng không khí thường xuyên mang lại tổng chi phí sở hữu tốt hơn trong thời gian sử dụng tài sản lâu dài.
| Cân nhắc | Bình ngưng làm mát bằng không khí | Vòng tháp làm mát bằng nước |
|---|---|---|
| Tiêu thụ nước | Zero trong hoạt động bình thường | Trang điểm và xả tóc liên tục |
| Xử lý hóa học | Không bắt buộc | Chất diệt khuẩn và chất ức chế cặn |
| Hiệu suất giờ cao điểm | Giảm vào những ngày cực nóng | Cao hơn ở điều kiện bầu ướt cao điểm |
| Bảo trì hàng năm | Vệ sinh cuộn dây và kiểm tra quạt | Bảo trì nước, đổ đầy, chậu và quạt |
| Cho phép phức tạp | Thấp hơn, không xả nước | Quyền sử dụng nước và giấy phép xả thải |
| Hành vi thời tiết lạnh | Làm mát miễn phí thân thiện | Yêu cầu bảo vệ chống đóng băng |
| Dấu chân cơ sở | Diện tích mở lớn hơn | Nhỏ gọn, có bơm và đường ống |
Các quyết định thiết kế xác định hiệu suất trong thế giới thực
Sau khi chọn tuyến làm mát bằng không khí, hiệu suất thực tế sẽ được xác lập bằng một số quyết định. Đầu tiên là sự phân chia bình ngưng - sự chênh lệch nhiệt độ giữa bình ngưng và bầu khô xung quanh. Việc phân chia chặt chẽ hơn sẽ tiết kiệm công suất máy nén nhưng yêu cầu cuộn dây lớn hơn và nhiều luồng gió hơn của quạt; sự phân chia rộng hơn sẽ thu hẹp phần cứng và tăng hóa đơn năng lượng trong suốt vòng đời của tài sản. Các dự án tốt sẽ đánh giá cả hai yếu tố này dựa trên hồ sơ nhiệt độ thực tế của địa điểm.
Bởi vì các trung tâm dữ liệu hiếm khi chạy hết công suất nên kiến trúc quạt là quyết định thứ hai. Một bình ngưng có quạt chuyển mạch điện tử hoặc bộ điều khiển tốc độ thay đổi điều chỉnh luồng không khí theo giờ. Trong những tháng lạnh, khả năng điều khiển tương tự cho phép các chiến lược làm mát tự do và xi phông nhiệt giúp máy làm lạnh nghỉ ngơi khi không khí xung quanh hoạt động.
Thiết kế cho một phần trăm tồi tệ nhất trong năm có nghĩa là phải trả giá cho nó trong chín mươi chín phần trăm còn lại. Nên chọn thiết bị ngưng tụ của trung tâm dữ liệu từ hồ sơ nhiệt độ hàng năm, không phải từ một buổi chiều cao điểm.
Quyết định thứ ba là vị trí. Tuần hoàn không khí nóng làm giảm hiệu suất: khi không khí nạp đến từ ống xả của thiết bị lân cận, nhiệt độ môi trường hiệu quả tăng lên, công suất giảm và bình ngưng hoạt động nhiều hơn để đạt được ít năng lượng hơn. Sự tách biệt rộng rãi, định hướng chính xác theo hướng gió thịnh hành và sự chú ý đến các bức tường và lan can là những biện pháp thực hiện chứ không phải những chi tiết thẩm mỹ.
Thông tin Công suất quạt là chi phí vận hành lớn nhất ở phía không khí của nhà máy. Khi tải một phần, việc giảm tốc độ quạt xuống 20% sẽ làm giảm công suất quạt xuống khoảng một nửa.
Định cỡ và lựa chọn: Trường hợp dự án thành công hay bị đình trệ
Những sai lầm trong lựa chọn xuất hiện trong mùa nóng đầu tiên và vẫn hiển hiện trong mọi báo cáo năng lượng sau đó. Một quy trình kỷ luật thường tuân theo sáu bước:
- Xây dựng biểu đồ nhiệt độ bầu khô hàng năm. Mức tối đa của thiết kế là vấn đề quan trọng, nhưng số giờ tải từng phần lại chiếm ưu thế trong kết quả năng lượng.
- Thống nhất về nhiệt độ thiết kế của thiết bị ngưng tụ với nhà cung cấp máy làm lạnh, bởi vì mọi lựa chọn thiết bị ngưng tụ đều tương tác với lực nâng của máy nén.
- Xác minh diện tích bề mặt cuộn dây và luồng không khí của quạt ở cả tải thiết kế và tải một phần. Khả năng tắt cũng quan trọng như công suất cao nhất.
- Hãy kết hợp khoảng cách vây với chất lượng không khí địa phương. Các cánh tản nhiệt dày đặc trông hiệu quả trên giấy nhưng sẽ bị tắc sớm hơn trong môi trường bụi bặm.
- Kiểm tra giới hạn âm thanh sớm. Đường kính quạt và tốc độ đầu, không chỉ công suất động cơ, xác định cấu hình tiếng ồn.
- Lập mô hình luồng không khí xung quanh dàn ngưng tụ để ngăn chặn sự tuần hoàn và giữ nhiệt độ nạp ở mức hoặc thấp hơn giá trị thiết kế.
Đối với các nhà máy đóng gói ở dải công suất thấp hơn, hầu hết logic này đã được thiết kế sẵn trong thiết bị. Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí kết hợp dàn máy nén, cuộn dây và quạt trong một khung, giúp rút ngắn thời gian thiết kế và lắp đặt cho các cơ sở biên và phòng CNTT mô-đun.
Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí bằng máy nén bán kín (3HP-25HP) Thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí đóng gói này phù hợp với các cơ sở biên và phòng CNTT mô-đun ở dải công suất thấp hơn, mang đến thiết kế nhỏ gọn, được bảo vệ với nhiều tùy chọn chất làm lạnh và các bộ phận an toàn tích hợp để đơn giản hóa việc bảo trì. Xem sản phẩm → Cảnh báo Lỗi vị trí không thể sửa được khi có nhiều quạt hơn. Giữ khe hở ống hút được khuyến nghị và tránh làm lõm bình ngưng nơi khí thải nổi được hút trở lại thiết bị.
Độ tin cậy, bảo trì và chi phí sở hữu
Câu chuyện bảo trì là nơi hệ thống làm mát bằng không khí giành chiến thắng một cách lặng lẽ. Không có chế độ xử lý nước, không làm sạch lưu vực, không kiểm tra thiết bị khử trôi, không quản lý vi khuẩn Legionella và không có biện pháp bảo vệ chống đóng băng cho đường nước. Thói quen chuyển sang các nguyên tắc đơn giản hơn:
- Làm sạch hoặc kiểm tra vây cuộn theo tỷ lệ bám bẩn cục bộ; chải mềm hoặc rửa áp suất thấp để bảo vệ các cạnh vây.
- Kiểm tra vòng bi quạt, độ căng đai, dòng điện động cơ theo đúng lịch trình; rung động bất ngờ luôn là tín hiệu sớm.
- Giám sát lượng chất làm lạnh thông qua hiệu suất làm mát phụ và bình ngưng; một hệ thống bẩn hoặc được sạc nhẹ sẽ trôi đi rất lâu trước khi nó bị hỏng.
- Kiểm tra các cài đặt điều khiển và cảm biến để các chế độ làm mát tự do và tốc độ thay đổi luôn hoạt động thay vì âm thầm trở về tốc độ không đổi.
Những lợi thế hoạt động sẽ tăng lên theo thời gian. Một nhà máy không có thùng chứa hóa chất, đường xả đáy và đồng hồ đo nước sẽ vận hành đơn giản hơn, an toàn hơn cho kỹ thuật viên và dễ mở rộng hơn khi trung tâm dữ liệu phát triển.
thành công Ở những vùng có khí hậu ôn hòa, một thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí được chỉ định rõ ràng có thể phù hợp với hiệu suất của tháp làm mát bằng nước trong hầu hết các giờ hoạt động—trong khi không tiêu thụ nước trong quá trình hoạt động bình thường.
Sau khi cài đặt, độ tin cậy lâu dài được quyết định bởi kỷ luật thường lệ. Tuân theo nhất quán thực hành bảo trì bình ngưng làm mát bằng không khí —làm sạch cuộn dây, kiểm tra quạt và xác minh điều khiển—mang lại nhiều thời gian hoạt động hơn bất kỳ sơ đồ dự phòng nào được thêm vào sau này.
Nguy hiểm Lỗi cơ bản nằm ở việc xác định kích thước chỉ tính từ thời điểm cao điểm mùa hè. Khi việc phân phối củ khô hàng năm bị bỏ qua, nhà máy sẽ trở nên quá khổ, quá nhỏ hoặc không phù hợp trong hầu hết thời gian trong năm và việc sửa chữa nó sau đó tốn kém gấp nhiều lần so với một phân tích thích hợp.
Kết hợp bình ngưng với toàn bộ nhà máy làm mát
Một thiết bị ngưng tụ làm mát bằng không khí không hoạt động độc lập. Công suất, dàn dựng và logic điều khiển của nó phải phù hợp với sơ đồ vận hành của máy làm lạnh, lượng chất làm lạnh và hồ sơ tải của cơ sở. Trong các dàn nhiều bình ngưng, bộ điều khiển trình tự sẽ phân bổ thời gian chạy đồng đều và chỉ sử dụng các cuộn dây cần thiết khi tải một phần, để mỗi thiết bị hoạt động gần mức tối ưu thay vì mỗi thiết bị quay vòng với một tải nhỏ.
Đối với các dự án vượt ra ngoài phạm vi đóng gói, các nguyên tắc tương tự sẽ mở rộng quy mô lên. Các thiết bị ngưng tụ kiểu trục vít mang triết lý đóng gói đến công suất cao hơn, kèm theo máy nén và loại bỏ nhiệt làm mát bằng không khí cho các cơ sở hợp nhất nhiều phòng CNTT thành một nhà máy trung tâm.
Bộ ngưng tụ kiểu trục vít Đối với các nhà máy trung tâm hợp nhất nhiều phòng CNTT, thiết bị ngưng tụ dạng trục vít này giúp tăng cường khả năng thải nhiệt làm mát bằng không khí lên công suất cao hơn. Nó cung cấp khả năng điều chỉnh năng lượng đa cấp, bộ tiết kiệm tùy chọn và điều khiển thông minh để vận hành đáng tin cậy, không cần nước. Xem sản phẩm → Phán quyết làm mát bằng không khí
Bình ngưng làm mát bằng không khí không phải là giải pháp thay thế phổ biến cho việc loại bỏ nhiệt phía nước và không có đội ngũ kỹ thuật chịu trách nhiệm nào có thể yêu cầu khác. Nhưng tính toán đã thay đổi theo hướng có lợi cho họ. Đối với các trung tâm dữ liệu, nơi thời gian hoạt động, rủi ro về nước và chi phí vận hành là những mối lo ngại hiện hữu, khả năng loại bỏ nhiệt mà không cần cấp nước liên tục là một lợi thế về mặt cấu trúc. Công nghệ đã hoàn thiện, hiệu suất có thể dự đoán được và danh sách cài đặt tham khảo tăng lên hàng năm.
Đối với các nhóm đánh giá một cơ sở mới hoặc mở rộng, điểm khởi đầu rất đơn giản: lập mô hình hồ sơ môi trường xung quanh hàng năm, so sánh tổng chi phí sở hữu trong ít nhất 10 năm và đến thăm một nhà máy tham chiếu đã chạy hệ thống làm mát không khí trong nhiều mùa hè. Câu hỏi không còn là liệu các bình ngưng làm mát bằng không khí có thể đáp ứng được nhiệm vụ của trung tâm dữ liệu hay không; vấn đề là phần còn lại của ngành bắt kịp các nhà khai thác đã thực hiện chuyển đổi nhanh như thế nào. Nếu bạn đang ở giai đoạn đó, hãy so sánh các phương án loại bỏ nhiệt của bạn với nhóm kỹ thuật của chúng tôi và biến bản phân tích thành thông số kỹ thuật.
