Осторожно, новинки!

ИКС № 11 2014

Василий КАЗАКОВ  Петр РОНЖИН

Ежегодно компании – производители оборудования и поставщики комплексных решений выбрасывают на ИТ-рынок множество новых продуктов и решений, преподнося их как прорыв в области, позволяющий реализовать ЦОД с рекордно низким значением коэффициента энергоэффективности (PUE). Так ли это?

К сожалению, очень часто пристальное изучение «новой технологии» показывает, что это либо хорошо забытое старое решение, предложенное публике в красивой маркетинговой упаковке, либо продукт, в котором искусственно расставлены акценты на улучшенных характеристиках за счет умалчивания о возможном ухудшении других показателей. Кроме того, нередко в презентациях новинок фигурируют разного рода расчетные показатели повышения энергоэффективности, КПД, снижения эксплуатационных затрат и т.д., но на практике повторяется примерно та же история, что и с автомобилями, когда владелец никогда не получает заявленные цифры по расходу топлива.

Расточительные экономайзеры

Предлагаем разобраться в новинках нескольких прошедших лет, которые активно продвигались поставщиками механических систем для ЦОДов. Начнем, пожалуй, с воздушных экономайзеров. Видимо, когда иностранное слово «фрикулинг» стало обыденным и повсеместным, решили внедрить термин «экономайзер». От самого названия веет экономией, а это тренд, на котором можно делать деньги.

В довольно короткий срок на рынке появилось множество систем охлаждения с воздушными экономайзерами: APC EcoBreez, Menerga Adcoolair, Kyoto Cooling, Ayaks Cooling, Stulz Cybercon и Cyberhandler, AST Modular, Blade Room, Munters и т.п. Принципы работы этих систем основаны на использовании прямого и косвенного фрикулинга и известны специалистам по вентиляции и кондиционированию уже десятки лет, но в ИТ-области эти понятия появились совсем недавно, когда ЦОДы вышли из небольших серверных комнат в большие дата-центры и операторы дата-центров начали считать расходы на электроэнергию.

Не будем в очередной раз описывать достоинства применения подобных систем. Мы хотели бы поделиться соображениями об их особенностях, на которые заказчики и операторы ЦОДов зачастую не обращают внимания. В отличие от традиционных систем, в экономайзерах для дополнительного снижения температуры наружного воздуха применяют адиабатические охладители-увлажнители. Эти устройства потребляют значительно больше воды, нежели традиционные системы. И если в обычных системах отказ увлажнителей не приводит к снижению производительности охлаждения, то при использовании адиабатических охладителей прекращение подачи воды в соответствующих погодных условиях может привести к значительному снижению холодопроизводительности и, как следствие, невозможности работы ЦОДа со 100%-ной ИТ-нагрузкой. В связи с этим при проектировании системы охлаждения с экономайзерами необходимо будет основательно прорабатывать систему водоснабжения, определяя нормы надежности и резервирования, обеспечивающие бесперебойность работы, аналогичную системам традиционного холодоснабжения.

Помимо этого, применение экономайзерных систем в ретрофитных ЦОДах чревато дополнительными строительными рисками, поскольку такие системы и их обвязка (воздуховоды) имеют значительные размеры, из-за чего могут возникнуть трудности при размещении и компоновке инженерных систем, а также в большинстве случаев потребуются мероприятия по изменению и усилению силового каркаса здания. Таким образом, при всем уважении к экономайзерам мы настоятельно не рекомендуем их использование на несоответствующих этому технологическому решению площадках.

Вопросы к кондиционерам

Производители классических систем охлаждения тоже стараются идти в ногу со временем, продвигая на рынке шкафные прецизионные кондиционеры с энергосберегающими технологиями. Концептуально в простой конструкции кондиционера ничего не меняется: в корпусе размещаются вентиляторы и теплообменник. Изменения вносятся постепенно, обычно оптимизации подвергается тот или иной элемент, к примеру вентиляторы: изначально в кондиционерах применялись вентиляторы с ременным приводом и постоянной скоростью вращения, затем они были заменены на вентиляторы с прямым приводом, те, в свою очередь, – на вентиляторы с переменной частотой вращения, ну а сегодня повсеместно используются электронно-коммутируемые вентиляторы. Подобные эволюционные изменения можно наблюдать и на других агрегатах охлаждающего блока: совершенствуются контроллеры управления, снижается гидравлическое сопротивление теплообменников, трехходовые клапаны заменяются двухходовыми и т.п.

Бывают и новые концептуальные решения: к примеру, кондиционеры с установкой вентиляторов под фальшполом. У такого решения несомненно есть плюсы, которые заключаются в увеличенной площади теплообменного аппарата, меньшем сопротивлении прохождению воздуха, возможности размещения на одной и той же площади кондиционера с большей производительностью.

Но всегда есть и обратная сторона медали. Вентиляторы, расположенные под фальшполом, занимают очень много места, которое с обычным кондиционером могло бы использоваться для размещения трубных узлов подключения. Поэтому при замене обычных кондиционеров на кондиционеры с размещением вентиляторов под фальшполом следует обращать внимание на то, где расположены узлы подключения. При достаточно плотной компоновке современных ЦОДов узлы придется куда-то смещать и уплотнять, что может привести к возникновению определенных трудностей как при выполнении монтажных работ, так и при дальнейшей эксплуатации и техническом обслуживании. Да и с магистральными трубопроводами холодоносителя не все так просто, особенно если система холодоснабжения проектируется под требования Tier III с кольцевыми коллекторами. Коллекторы приходится размещать либо перед вентиляторами (а это создает дополнительное сопротивление потоку воздуха), либо за ними (но тогда можно столкнуться с трудностями при эксплуатации). Другим негативным аспектом является то, что зачастую вентиляторный и теплообменный блоки поставляются не единым целым (как в случае с обычными кондиционерами), а разрозненно. Поэтому приходится уделять особое внимание объединению этих блоков на объекте: ведь в случае неправильных действий монтажников возрастает риск по некорректному взаимному расположению блоков (могут развернуть не той стороной), отсутствию питания на вентиляторах (забыли подключить) и проч. Мы привели здесь не выдуманные гипотетические примеры – к сожалению, это случаи из нашей практики.

Зиму спишем в убытки?

Какими же новинками заманивают нас вендоры, специализирующиеся на производстве холодильных машин (чиллеров)? Как и в кондиционерах, принципиально в них ничего не меняется: в основе работы холодильных машин лежит обратный цикл Карно, или абсорбционный процесс. Но так же, как и в кондиционерах, в них несколько видоизменятся начинка: вентиляторы меняются с обычных на частотно-регулируемые, а далее – на электронно-коммутируемые; компрессоры меняются с нерегулируемых на дискретно регулируемые, далее – на компрессоры с плавной регулировкой; теплообменники с медно-алюминиевых на цельноалюминиевые. Тем не менее все это преподносится как новый виток развития и очередной прорыв.

Разберемся с нюансами. Безусловно, применение электронно-коммутируемых вентиляторов в чиллерах дает выигрыш в энергоэффективности. Но как обстоят дела с другими аспектами? Как известно, подавляющее большинство холодильных машин производится в регионах, расположенных гораздо южнее Москвы, и предназначены они в основном для европейского рынка, где на проблему суровых холодов смотрят не так пристально, как вынуждены делать это мы. В EC-вентиляторах контроллеры, управляющие скоростью вращения, расположены непосредственно внутри самих устройств. При температурах ниже 0°C работа этих контроллеров несколько ухудшается. Поэтому производители EC-вентиляторов обычно гарантируют исправную работу своих вентиляторов примерно до –30°C. В большинстве регионов России абсолютная минимальная температура, взятая из соответствующих климатических справочников, может опускаться ниже этой точки. Зарубежные стандарты и здравый смысл предписывают нам подбирать для использования в инженерных системах ЦОДа только то оборудование, которое на 100% работоспособно во всем возможном диапазоне температур, характерных для выбранного региона. Проблема до сих пор не решена, правда, производители ЕС-вентиляторов анонсируют в скором времени выпуск оборудования, способного работать до температуры –45°C. В принципе, трудности зимней работы вентиляторов относятся и к градирням, и к воздушным конденсаторам. С точки зрения надежности работы чиллеры с обычными вентиляторами в российских условиях предпочтительнее.

Проблема работы при низких температурах окружающей среды характерна и для новых высокоэффективных центробежных компрессоров с магнитными подшипниками. Как вы понимаете, без серьезной системы автоматического управления такой компрессор работать не будет, а блок управления находится на корпусе компрессора. Конечно, компрессор – это не вентилятор, и работать зимой ему не требуется, но переход на полный фрикулинг происходит у таких чиллеров обычно при температурах ниже нуля. При таких режимах возможны сбои электроники. На практике приходилось ставить в компрессорные боксы электрические подогреватели с термостатами. Кроме того, стоит обратить внимание на температуру хранения компрессоров, т.к. при низких температурах оболочки кабелей, пластмассовые детали становятся хрупкими, небольшие вибрации или смещения могут привести к повреждениям.

Расчет не в пользу потребителя

Еще один тренд последних лет – замена медно-алюминиевых теплообменников на полностью алюминиевые, так называемые микроканальные теплообменники. Вендоры оборудования наперебой рассказывают, что микроканальные теплообменники легче и компактнее, эффективнее, а сопротивление по воздуху у них меньше.

Однако в реальности не все так гладко. Когда для одного из проектов мы составляли матрицу для выбора холодильных машин, то включили в нее как чиллеры с медно-алюминиевыми теплообменниками, так и машины с микроканальными алюминиевыми теплообменниками. Каково было наше удивление, когда мы увидели, что в ряде случаев обычные чиллеры были компактнее, чем чиллеры с микроканальными теплообменниками. Объясняется это тем, что коэффициент теплопроводности меди вдвое выше, чем у алюминия, поэтому для отведения одного и того же количества тепла требуется разная площадь теплообмена. Развивая эту площадь за счет микроканалов, не всегда удается уменьшить габариты изделия.

На наш взгляд, хваленая эффективность микроканальных теплообменников немного приукрашена. Скорее всего, переход на алюминий произошел из-за роста цен на медь в последние годы, а не из-за того, что теплообменники лучше. Из плюсов – они дешевле, легче и технологичнее. Но все эти достоинства, скорее, на руку производителю, а не потребителю.

А вот недостаток у микроканальных теплообменников, использующих гофрированные ламели, существенный: с течением времени каналы забиваются пылью и грязью, что снижает их способность передавать нужное количество тепла. Если обычный теплообменник с гладкими ламелями любая служба эксплуатации может легко промыть, то с гофрированными ламелями микроканальных теплообменников мойка будет представлять собой достаточно сложную процедуру с использованием химии.

Ну и напоследок несколько слов об использовании адиабатических предохладителей на холодильных машинах. Действительно они позволяют значительно снизить давление конденсации и энергопотребление холодильной машины в жаркий период. Но нужно либо предусмотреть резервирование системы водоснабжения предохладителя, либо осуществить подбор холодильной машины на работу без этого адиабатического охладителя (на случай отказа системы водоснабжения чиллер сохранит 100%-ную производительность).

  

Конечно же, возникающие вопросы и проблемы не должны заставлять нас отказаться от передовых технологий, но прежде, чем их применять, всегда необходимо взвесить все за и против, попытаться заглянуть за глянцевую маркетинговую упаковку, предусмотреть необходимые компенсационные мероприятия для исключения дальнейших нештатных ситуаций. Ну а когда вам станут понятны все технические нюансы использования новых технологий, узнайте у продавца цену и посчитайте совокупную стоимость владения. Если после этого у вас осталось желание приобрести новое оборудование – вы сделали правильный выбор! ИКС