Инженерная инфраструктура центров обработки данных (ЦОД)

Выступает Алексей Морозов, начальник коммерческого отдела группы компании «Термокул» на форуме МИР ЦОД 2011. Я сегодня хотел бы представить вашему вниманию презентацию, немного отличающуюся от тех, что вы привыкли видеть на конференциях данного уровня. Смотрите видео.

Немного о компании «Термокул»

Группа компаний «Термокул» существует с 1998 года, занимается системами холодоснабжения и кондиционирования воздуха. Холод и климат – наш конек, мы работаем по этому направлению очень давно и только ближайшие 2-3 года пытаемся сотрудничать с компаниями, которые занимаются строительством центров обработки данных. Опыт у нас есть, и есть большой опыт у наших партнеров – как российских, так и иностранных.

Сравниваем холодильные машины на примере дата центра на 6,6 мВт

Я хотел бы рассказать вам о некоторых холодильных машинах и представить их отличия. Это представление будет основано на одном из проектов, который мы в настоящее время прорабатываем с одним из наших партнеров на стратегическом рынке – дата центр с тепловыделением 6,6 мВт. Есть несколько методов отвода тепла. Господин Гаврилов за несколько презентаций до меня озвучил, что применение воды для ЦОД более целесообразно, чем обдув, и я его поддерживаю.

     В данном случае мы пытаемся сравнить следующие системы. В системе № 1, так же, как и в системе № 2 будут использоваться шкафы (прецизионные кондиционеры) – производства компании «HiRef», с которой мы поддерживаем постоянные партнерские отношения. В системе № 1 мы будем применять чилеры нашего собственного производства: опыт у нас уже большой, мы уже в течение 10 лет производим чилеры. Во втором случае это будут чилеры компании «COFELY»: нашего стратегического европейского партнера, который, может быть, малоизвестен на российском рынке, но очень широко известен в Германии. Первые системы более типичны для применения на крупных объектах. Это чилеры со встроенными водяными конденсаторами и драйкулеры. В системе № 2 это чилеры «COFELY» с водяным конденсатором и с оросителями-градирнями. Если кто-то их не видел, – это та технология которая применялась довольно давно, еще в Советском союзе.

     Мы взяли ЦОД на 6,6 мВт. Не беру планировку самого ЦОДа: например, какие шкафы будут точно в нем применяться. Я взял для анализа шкафы серии АО 140 кВт. Приблизительно на 6,6 мВт их необходимо 47 штук. Включаем резерв из шести шкафов по стандарту TIA-942, то есть на каждые 8 шкафов добавляем девятый, чтобы была система N+1. Соответственно, потребляемая мощность каждого шкафа составляет 6,5 кВт, а суммарное потребление — 306 кВт. Стоимость данного комплекта оборудования будет составлять 900 тысяч евро.

Первый вариант – чиллеры на базе винтовых компрессоров

В первой системе будут применяться чилеры нашего производства на базе винтовых компрессоров компании Битцер. В каждом чилере будет находиться 4 компрессора, то есть в каждом чилере существуют 4 независимых друг от друга контура. Суммарно под них нам надо для снятия тепла поставить 16 драйкулеров – сухих охладителей. Суммарная потребляемая мощность каждого чилера будет составлять 2,2 мВт, потребляемая мощность драйкулеров – 510 кВт. То есть суммарное потребление данной системы холодоснабжения при стопроцентной нагрузке будет составлять 2,7 мВт. Все это сделано по схеме N + 1, то есть три чилера рабочих, один – резервный. То же самое и с драйкулерами. Цена данного комплекта ориентировочно будет составлять 2 млн 100 тысч евро.

Вариант 2 — холодильные машины «COFELY»

В системе № 2 мы представим те же шкафные кондиционеры Hiref, что и в первой — они ничем не отличаются. Но для системы холодоснабжения системы № 2 мы будем применять чилеры производства компании «COFELY» на базе компрессоров высокой эффективности. Они отличаются от обычных винтовых компрессоров более высокой эффективностью. По конструкции я не буду вдаваться в подробности: в них находится магнитный подшипник и все остальное. Вы можете ознакомиться с этой информацией в Интернете – она доступна. Отличие в том, что в стандарт данных компрессоров уже входит частотный регулятор. По тем вопросам, которые приходят по системе холодоснабжения ЦОДов, можно судить, что мало кто задумывается об отводе тепла от машин холодоснабжения. Все привыкли ставить или просто воздушные конденсаторы, или драйкулеры. И пытаются при помощи таких охладителей организовать free-cooling. Это не очень правильно, потому что теряется эффективность.

Использование оросительных градирен

Данный проект рассчитывается на температуру окружающей среды +37˚. То есть, приблизительная температура конденсации рабочего хладагента будет составлять примерно 52˚. Если мы начинаем работать не на сухих охладителях воздушных конденсаторов, а переходим на оросительные градирни, — вода с конденсатора попадает в градирню, падает вниз и за счет соприкосновения с воздухом происходит отток тепла. Мы начинаем работать при температуре конденсации фреона в районе 36-37˚. То есть, она равняется температуре окружающей среды. Каждый градус – это приблизительно 2-3% экономии электроэнергии. То есть, мы видим разницу в районе 15˚, а это, по немецким расчетам и стандартам, реально 45% экономии электроэнергии. Наши партнеры – компания «COFELY» — 90% своих холодильных машин выпускают под оросительные градирни. То есть, при больших мощностях в Германии, а также в Швеции, Норвегии, да и во всей Европе используются оросительные градирни. И поэтому потребление рабочих чилеров составляет не как в первом случае – два с лишним мегаватта, — а всего 1140 кВт. А рабочая потребляемая мощность всех вентиляторов градирен – всего 90 кВт. Итого суммарная мощность — 1230 кВт. Цена комплекта будет дороже – 2,7 млн. евро.

Как будет работать free-cooling

Теперь посмотрим, как у нас будет работать free cooling систем 1 и 2. В системе № 1, когда мы используем классический метод применения винтовых компрессоров и драйкулеров, у нас температура старта free cooling будет всего +2˚ С, и это мы берем самый бюджетный, дешевый вариант. В системе № 2 при окружающей температуре +5˚ и влажности 30% (а в первом случае влажность никак не влияет) у нас free cooling будет включаться на стопроцентной мощности. Мы здесь рассматриваем вариант, когда при +5˚ уже имеем free cooling 100%. При системе № 1 работа чилеров будет составлять 5311,5 часа в год, а free cooling будет работать всего 3448,5 часа. Это наши данные, которые имеются в свободном доступе. Просчитав это, мы видим, что в первой системе чилеры работают 220 дней, а free cooling – всего 144 дня. А система № 2 у нас получается 50×50: 183 дня с открытой орошаемой градирней мы работаем на free cooling, 180 дней – на чилере.

Расчетs free cooling

Хотелось бы немного отклониться от темы и привести наши последние расчеты, сделанные совместно с немецкими коллегами. Одна из компаний запросила у нас расчет free cooling. В первом случае мы рассматривали free cooling при температуре воды, которая уходит на шкафы. Получилось 10, а обратно – 15 градусов. Здесь вода — как бы третья система, — 18-12. То есть, используя открытые градирни при равных температурах, мы free cooling начинаем включать уже при температуре окружающей среды +17˚. То есть, мы его не включаем – мы на него выходим на 100%. Если мы будем работать на воде 18-12˚ и в горячем коридоре температура будет более 30˚, то мы будем использовать чилер всего 74 дня в год. А остальное время – 291 день в году – работать на стопроцентном free cooling.

Технико-экономическое обоснование на систему холодоснабжения

Это то технико-экономическое обоснование, которое мы представляем каждый раз, если у нас его запрашивают. Сейчас я остановлюсь на нем более подробно. Сравниваем первую и вторую системы. Посмотрите холодопроизводительность системы и значение при частичной нагрузке. Холодопроизводительность понижается. Если вы используете винтовые компрессоры, то энергопотребление будет приблизительно пропорционально снижаться. В данном расчете энергопотребление – это затраты на холодильное оборудование, сухие охладители и на шкафы. То есть, на средний коэффициент NPLV у нас уходит 2,25. 5000 часов мы работаем без free cooling, используя только чилеры, и 3500 часов в год используем free cooling. Вводим показатель «процентная нагрузка профиля» и получаем, что 3% в году мы с вами работаем на 100%, 33% времени в году – на 75%. Подытожив все эти показатели, выходим на годовой объем потребления энергии по данному ЦОДу в районе 10 млн. кВт. Инвестиционные затраты на закупку шкафов и систем холодоснабжения составляют 3 млн. евро.

Энергопотребление снижается за счет применения частотных регуляторов и снижения температуры конденсации

Если мы смотрим систему № 2, где используются оросительные градирни, то видим, что энергопотребление у нас снижается за счет применения частотных регуляторов на компрессорах и за использование снижения температуры конденсации. Показатель NPLV будет составлять 6,1. Сравнивая параметры по рабочим часам в год с free cooling и без free cooling, выходим на годовой объем потребляемой энергии всего 3 млн. кВт. Получается разница более чем в три раза. Инвестиционные затраты – 3,6 млн. евро. Попробуем просуммировать, что наш клиент получит и потратит за определенные промежутки времени. На первоначальном этапе мы вводим инвестиционные расходы, вводим показатель по обслуживанию оборудования, который рассчитан нами и который мы используем при расчете работ на холодильных машинах.

     Продолжение смотрите по ссылке http://www.youtube.com/watch?v=qml139AcAIg