© 2007 APC-MGE corporation. Охлаждение Михаил Балкаров Инженер Расширенный курс. - презентация

1 © 2007 APC-MGE corporation. Охлаждение Михаил Балкаров Инженер Расширенный курс

2 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Содержание Психометрическая таблица Холодильный цикл Методы отвода тепла Распределение воздуха Обзор продуктов Рекомендации по проектированию

3 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Явная и Скрытая теплота Явная теплота(SH) Изменение температуры [J/kg C], [BTU/LbF] Изменение состояния [J/kg], [BTU/Lb] Скрытая теплота(LH) Твердое Жидкость: Плавления Жидкость Газ: Испарения Газ Жидкость: Конденсации Твердое Газ: Сублимации Коэффициент полезной производительности(SHR )

4 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Влажный воздух – Психометрическая таблица Точка росы Энтальпия DB Temperature WB Temperature % Влажность

5 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Влажный воздух – Психометрическая таблица Явный нагрев - охлаждение Увлажнение Осушка Cooling & Dehum. Испарение

6 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Основы охлаждения Скрытая теплота испарения Хладагенты: Низкая T кипения Испарение поглощение тепла остывание Если P T (Кипения) Труднее испарить Если P T (Кипения) Легче испарить

7 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Цикл охлаждения Цикл охлаждения переносит тепло от IT оборудования во внешнюю среду. Технологии >100 лет Замкнутый цикл: Компоненты: Сжатие Конденсация Расширение Испарение Компрессор Конденсор Расширитель Испаритель

8 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Сжатие Газ вход, газ выход Давление Температура Компрессор Скролл компрессор 1. Сжимает хладагент 2. Проталкивает по контуру

9 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Конденсация Конденсор воздушного охлаждения На улице Конденсация Газ вход, жидкость выход Давление постоянное Нагрев воздуха Пары хладагента Жидкий хладагент Входной воздух Нагретый воздух Альтернативные типы Водяной Гликолевый

10 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Расширение и испарение Расширение Жидкость вход и выход Давление и температура Клапан регулирует поток Испарение Жидкость вход, газ выход Давление и температура постоянные Охлаждение воздуха Пары хладагента Жидкий хладагент Охлажденный воздух Вход теплого воздуха Расширительный клапан Испаритель

11 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Цикл охлаждения Condenser Испаритель Конденсатор Низкое давление Высокое давление ЖидкостьСмесьГаз Нагрев Охлаждение

12 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Методы удаления тепла Четыре основных способа отвода тепла от IT оборудования во внешнюю среду. 1. Воздушное охлаждение 2. Гликолевое охлаждения 3. Водяное охлаждение 4. Чиллерное охлаждение

13 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Четыре основных метода отвода тепла 1.Воздушное охлаждение (2 компонента) Называется DX (Direct Expansion) или сплит-система Тепло прокачивается во внешнюю среду используя хладагент.

14 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Четыре основных метода отвода тепла 1.Воздушное охлаждение (2 компонента) Достоинства: Минимальная общая стоимость, простота обслуживания, существуют моноблоки. Недостатки: Сложность инсталляции, трубопроводы хладагента, небольшая дистанция, много внешних блоков. Типичное использование: Стойки, маленькие и средние помещения.

15 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Четыре основных метода отвода тепла Схема подключения внешнего блока

16 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Четыре основных метода отвода тепла 2.Гликолевое охлаждение Хладагент циркулирует только внутри блока кондиционера Гликолевый контур транспортирует тепло от хладагента во внешнюю среду Гликоль охлаждается во внешнем жидкостном теплообменнике Помпа прокачивает гликоль через контур

17 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Четыре основных метода отвода тепла 2.Гликолевое охлаждение Достоинства: Большие дистанции между блоками, заводская заправка хладагента, простая инсталляция. Недостатки: Более сложное обслуживание, наличие жидкости в помещении. Типичное использование: Маленькие и средние помещения

18 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Четыре основных метода отвода тепла 3.Водяное охлаждение Хладагент циркулирует только внутри блока кондиционера Водяной контур транспортирует тепло от хладагента во внешнюю среду Вода охлаждается в башне или собирается для утилизации тепла В башне вода разбрызгивается и частично испаряется снижая температуру, остаток собирается и снова подается в контур. Помпа прокачивает воду через контур

19 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Четыре основных метода отвода тепла 3.Водяное охлаждение Достоинства: Большие дистанции между блоками, заводская заправка хладагента, конфигурации 1 внешний : N внутренних блоков. Недостатки: Высокая стоимость, сложное обслуживание, наличие жидкости в помещении, проблемы замерзания. Типичное использование: Средние и большие помещения в районах с теплым климатом, системы утилизации тепла здания.

20 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Четыре основных метода отвода тепла 4.Чиллерная вода Чиллерная вода Хладагентt Гликоль

21 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Четыре основных метода отвода тепла 4.Чиллерная вода Хладагент циркулирует внутри чиллера Чиллерная вода прокачивается через блоки кондиционирования и теплообменник чиллера Чиллер в свою очередь может отводить тепло через гликолевый теплообменник –драйкуллер или непосредственно воздухом Достоинства: Большие дистанции между блоками, заводская заправка хладагента, конфигурации M внешних : N внутренних блоков, дешевые внутренние блоки, совместимость с офисным кондиционированием, возможность снимать наибольшие плотности тепла, фрикулинг, расширяемость, простая бесперебойность работы, высокая динамика, широкая регулируемость с сохранением параметров. Недостатки: Высокая начальная стоимость, более сложное обслуживание, наличие боязни жидкости в помещении. Типичное использование: Наиболее предпочтительный для средних и большие помещений и высокой плотности нагрузки, Системы совмещенные с офисным кондиционированием.

22 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Четыре основных метода отвода тепла

23 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Воздушное охлаждение Chilled water Refrigerant Water Glycol Гликолевое Водяное Чиллерное Методы отвода тепла

24 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Фрикулинг Температура Окружающая среда Высота фальшпола Температура воды Нагрузочные характеристики Поверхность теплообменника Поверхность фильтра Технологи вентиляторов Размеры Тип хладагента Размер труб Технология насосов Состояние фильтров Заряд хладагента Распределение воздуха Что влияет на эффективность охлаждения Датацентра? Влажность Число плиток Размер отверстий Размер драйкулера Отказоустойчивость Утечки

25 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Распределение воздуха (1/3) SOURCE: ASHRAE - Datacom Equipment Power Trends and Cooling Applications Подача холодного воздуха через фальшпол Отвод горячего воздуха естественным путем Холодный\горячий коридоры Классическое устройство Риск перемешивания Возможно использовать с нестандартными серверами и стойками 1 плитка на стойку, 600cfm/плитку, 120cfm/kW => 5kW/стойку

26 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Распределение воздуха (2/3) SOURCE: ASHRAE - Datacom Equipment Power Trends and Cooling Applications Подача холодного воздуха через фальшпол Отвод горячего воздуха через фальшпотолок и воздуховоды Холодный\горячий коридоры необязательны Можно увеличить число перфорированных плиток на 1 стойку до 2 2 плитки на стойку, 600cfm/плитку, 120cfm/kW => 10kW/стойку Возможно использовать с нестандартными серверами и стойками

27 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Распределение воздуха (3/3) SOURCE: ASHRAE - Datacom Equipment Power Trends and Cooling Applications Подача холодного воздуха через воздуховоды Отвод горячего воздуха через фальшпотолок и воздуховоды Холодный\горячий коридоры необязательны Возможно использовать с нестандартными серверами и стойками Высокая Дельта T (20°C) с блейд серверами 2000cfm/стойку, 100cfm/kW => 20kW/на стойку

28 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Распределение воздуха

29 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers APC - распределение воздуха Air Distribution Unit Блок распределения воздуха До 3.6 кВт/шкаф ACF002 Сменный фильтр ACF001RF Свойства: 19, высота 2U Два входа, два вентилятора 230Вт, 200 л\с Сменный фильтр, кожух

30 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers APC - распределение воздуха

31 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers APC - распределение воздуха Rack Air Distribution Unit Блок распределения воздуха с боковым направлением воздуха (для сетевого оборудования) ACF202BLK Свойства: 19, высота 2U Два входа, два вентилятора 230Вт, 117 л\с Патент APC Направление выдува воздуха (верх\низ) и сторона (слева\справа) задаются при монтаже

32 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers APC - распределение воздуха ACF400 ACF402 До 16,5 кВт/шкаф, 12кВт N+1 Air Removal Unit для NetShelter SX Свойства: Модели для 19 и 23`` Установка в стойку NetShelter 42/47/48U Два ввода питания (до 2,4 кВт) Мощность 2000CFM (3400 м 3 /ч) LCD-дисплей Управление Web/SNMP/Telnet 3 режима работы (Standard/Mixed/Blade) Опции Набор направляющих воздуховодов ACF126, ACF127 Сигнальный маяк AP9324 Порт температурного датчика AP9335T (до 3-х) Расход (без воздуховодов) Режим работы (мощность теплоотвода) Standart ITMixed ITBlade IT 680 м 3 /час2,5 кВт3,3 кВт5 квт 1360 м 3 /час5,0 кВт6,7 кВт10 кВт 2040 м 3 /час7,5 кВт10 кВт15 кВт 2720 м 3 /час10 кВт13,3 кВт16,5 кВт 3400 м 3 /час12,5 кВт16,5 кВт

33 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers APC - распределение воздуха

34 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers APC - распределение воздуха Внутрирядное охлаждение - Забор горячего воздуха сзади выдув холодного вперед - Может использоваться в рядах со стойками с различной плотностью и резервированием - Расширяемо и преобразуемо - - Эффективность 0.8, до 8кВт на стойку

35 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers APC - распределение воздуха InfraStruXure ® InRow RP InRow RP кондиционеры Горячий воздух выброшенный стойками уходит в кондиционер Тепло забирается и отводится кондиционером Холодный воздух снаружи Фальшпол необязателен

36 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers APC - распределение воздуха Контейнерное охлаждение HACS - Внутрирядное с изоляцией горячего коридора - Патент APC - Расширяемо - Эффективность 0.9, до 20кВт на стойку

37 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers APC - распределение воздуха Контейнерное охлаждение RACS - Внутрирядное с изоляцией стойки\стоек - Расширяемо и конфигурируемо - Эффективность 0.95, до 70кВт на стойку

38 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data CentersCooling Solutions Масштабируемое охлаждение от 1 до 70 кВт на стойку Минимальная занимаемая площадь Ориентированы на IT переменную нагрузку, с большим потоком воздуха и температурой возврата Эффективное распределение воздуха Особенности APC

39 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers InfraStruXure ® InRow SC Предсказуемое решение для непредсказуемогой среды Быстро устанавливаемый рядный кондиционер InfraStruXure® InRow SC До 6.3kW (50Hz) Моноблок обеспечивает Гибкость Датчики давления, сетевая карта, предсказание ошибок горячая замена вентиляторов увеличивают Доступность Рядная установка повышает Предсказуемость

40 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers InRow SC Потоки воздуха Воздух из системы вентиляции Холодный воздух для комнаты Охлаждение конденсора Тепло передается конденсору Отвод тепла в систему вентиляции Испаритель охлаждает воздух Горячий воздух от оборудования в комнате InfraStruXure InRow SC

41 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers SC - Критические требования Температура забираемого воздуха 40 C – Максимально рекомендованая При превышении падает производительность 0 C – Минимально рекомендованная Расход воздуха 850 CFM (1440 m3/hr) Уменьшение потока снижает производительность Стартовый ток 58А max. 100 мсек.

42 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers InRow SC Режимы Режимы Spot - Входной сенсор температуры InRow - Стоечный сенсор температуры RACS - Входной и выходной Управление производительность. Дискретное - Включение выключение, только в режиме Spot Пропорциональное - Упраление байпасом газа и скоростью вентиляторов

43 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Маленькие комнаты Мобильные комплексы Выставки Ангары Летнее доп. охлаждение InRow SC Применение

44 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Что читать Обязательно!!! Рекомендации по применению AN-109Application Guidelines for the SC Condenser AN-112Best Practices for Deploying the InRow SC AN-113Configuration Types and Sequence of Operation AN-114Guidelines for Using RACS with the InRow SC AN-115UPS Power for the InRow SC

45 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers InRow RC - Сетевой интерфейс мониторинга - Групповая работа до 12 устройств по A-Link - MODBUS интерфейс мониторинга - Возможность использования кабельного датчика утечки - Наличие фильтра - Забор горячего воздуха сзади выдув холодного вперед - Может использоваться в рядах со стойками с различной плотностью и резервированием - Номинал 18кВт - Вода реально от 7С – SHR == 1 - Подвод воды сверху или снизу на выбор

46 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Фильтр Удаляет частицы пыли защищая сервера Верхний или нижний подвод труб Выбор на месте Вентиляторы переменной скорости с горячей заменой Энергосбережение, точная регулировка Теплообменник Removes heat using chilled water Удаление конденсата Датчики и насос Встроенный 2- или 3- ходовой клапан Выбор на месте Ролики Упрощают перемещение InfraStruXure ® InRow RC Двойной ввод питания Позволяет использовать в схемах 2N Измеритель расхода воды Позволяет настраивать устройство и определять производительность InRow RC

47 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers InRow RC. CDU - Подключение до 12 устройств RC17 -Стандартный дизайн - Удобный доступ к системе трубопроводов, разъемы, краны и дополнительные клапаны - Распределение 1 ACFD12-B снизу ACFD12-T сверху - Подвод 3 сверху или снизу на выбор, фланцы.

48 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Что читать Рекомендации по применению AN-70InfraStruXure® Manager v.4x Building Management System Integration AN-92Best Practices for Designing Data Centers with the InfraStruXure InRow RC AN-117PEX-AL-PEX Application AN-132In-Row® RC Cooling of HP C-Class Chassis

49 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers RP - развитие концепции Конструктивно 1 стойка SX, Увлажнитель 3кг\ч Воздушная ACRP102 (25кВт) и чиллерная схема ACRP502 (37кВт) Сетевой интерфейс мониторинга Групповая работа до 12 устройств по A-Link MODBUS интерфейс мониторинга Плавный старт

50 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers RP CW Верхний или нижний подвод труб Удаление конденсата Датчики и помпа Радиатор Удаление тепла До 60кВт Вода реально от 7С Электронагреватель Контроль температуры при осушении Пароувлажнитель Управление уровнем влажности Ролики Простое перемещение InfraStruXure ® InRow RP Фильтр воздуха Удаление пыли Вентиляторы переменной скорости вращения Уменьшение электропотребления и шума при малой нагрузке

51 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers RP DX InfraStruXure ® InRow RP Компрессор с переменной скоростью Электронагреватель Контролируемое осушение Вентиляторы переменной скорости вращения Уменьшение энергопотребления Пароувлажнитель Управление влажностью Ролики Возможность перемещения Управление конденсатом Датчики и помпа удаления конденсата Испаритель Отвод тепла до 30кВт Верхний или нижний подвод труб Воздушный фильтр Удаление пыли

52 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Внешние блоки для RP DX InfraStruXure ® InRow RP ACCD75207 До +35С ACCD75208 До +40С ACCD75209 До +46С Все до -35С при полной заправке AN 120 – как использовать конденсоры сторонних производителей

53 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Что читать Рекомендации по применению AN-90Rack Air Containment Configurations with InRow Cooling Units AN-118Practices for Pressure Relief Valve Discharge Piping AN-119InRow RP-CW and InRow RP-DX Environmental Control AN-120ACRP Requirements for Selecting 3rd Party Remote Air-Cooled Condenser and Flooded Receiver AN-121Using MCA and MOP Ratings to Safely Connect Your Field Wired Air Conditioner AN-123ACRP Remote Air-Cooled Condenser Application and Placement AN-128Data Center Humidification Strategies

54 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers InRow SC, RC, RP Управление Powerview дисплей LCD дисплей 4x20 Локальное управление и конфигурирование Карта сетевого управления InfraStruXure Manager Web, Telnet, SNMP Download firmware BMS интерфейс RS485 Modbus

55 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Типичные ДЦ используют ASHRAE Class 1 с температурой на входе в стойки °C Популярные блейд-сервера HP c имеют дельта T 20°C так что возвращаемый воздух может быть °C. HACS рассчитан на 40°C Многие сервера работают до 35°C – экономя энергию Это означает температуру горячего коридора 55°C (IBM Bladecentre позволяет 52°C на выходе) Наши 3-фазные PDU могут работать при такой температуре Перчатки, ограниченный доступ или использование RACS Температура воздуха ДЦ

56 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Снижение температуры + уменьшает расход, уменьшает мощность насосов и диаметр труб, увеличивает производительность кондиционеров, баки накопители на 2 прохода. Снижение температуры - Требует качественной теплоизоляции. Ниже производительность чиллеров и позднее фрикулинг. Повышение температуры + увеличивает производительность чиллеров и фрикулинга. Может исключить конденсацию. Повышение температуры - увеличивает расход воды, диаметры труб и мощность насосов, баки накопители на 1 проход. Если требуется несколько температур или их перепадов используются теплообменники и\или трехходовые клапаны Выбор температуры воды

57 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Чиллеры Данные для проектирования Тепловая нагрузка Температуры жидкости Тип жидкости Погодные условия Строительный план Размер баков накопителей Падение давления

58 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Чиллеры 1. Тип хладагента 2. Надежность и ремонтопригодность 3. Тип чиллера и метод отвода тепла 4. Расход и перепад температур жидкости соответствует требуемому 5. Соответствие климатическим условиям

59 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Чиллеры 6. Шум и вибрации при работе 7. Оптимальная работа с частичной нагрузкой 8. Требуемое количество отводимого тепла 9. Информация о подключении 10. Не забыть уменьшение производительности при использовании гликоля

60 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Чиллеры 11. Весовые характеристики для места установки 12. Место вокруг внешних блоков для подачи и отвода воздуха 13. Проверка работоспособности при выведенных из работы чиллерах. Обратные или отсечные клапана 14. Стартовые характеристики системы относительно нагрузки 15. Система дистанционного управления и мониторинга

61 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Чиллеры 20. Мониторинг давления хладагента по контурам 21. Наличие предохранительных устройств – датчик малого расхода и низкой температуры воды итд 22. Мониторинг утечки хладагента 23. Стартовые токи и токи потребления 24. Требуемый уровень резервирования 25. Отдельные цепи для запитывания электроники и насосов

62 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Чиллеры 26. Доступ для обслуживания включая замену труб 27. Доступ для инсталляции и замены 28. Возможность расширения системы 29. Расчет стоимости владения 30. Фрикулинг - прямой или косвенный.

63 © 2007 APC-MGE corporation. InfraStruXure for Data Centers Вопрос ??