Vylepšená metodologie distribuce vodního chlazení pro datová střediska

Vylepšená metodologie distribuce vodního chlazení pro datová střediska White Paper 131 Revise 1

Autorka: Isabel Rochow

> Resumé Chlazená voda zůstává oblíbeným chladícím médiem, avšak netěsnosti v potrubním systému mohou ohrozit dostupnost systému. Vysoce kompaktní výpočetní zařízení přinášejí potřebu přivádět chlazenou vodu k počítačovým systémům blíže než kdykoli předtím, s důrazem na vysokou spolehlivost rozvodných metod. Tento dokument popisuje nové přístupy vedení potrubí, které mohou výrazně snížit riziko prosakování a umožní instalace s vysokou hustotou výkonu. Jsou zde popsány alternativní přístupy vedení potrubí a výhody proti tradičním systémům.

Obsah klepnutím přeskočíte na požadovanou část

Úvod

2

Charakteristiky tradičních metod vedení pevného potrubí

2

Pružné potrubí

5

Porovnání pevného a pružného potrubí

8

Závěry

13

Zdroje

14

Vylepšená metodologie distribuce vodního chlazení pro datová střediska

Úvod

V datových střediscích bývají ke směrování a větvení potrubí ke klimatizačním jednotkám tradičně používány měděné nebo ocelové trubky se svařenými, pájenými nebo šroubovanými dílci. Protože každý spoj na trase zvyšuje možnost prosakování, bývá obvykle potrubí vedeno pod zvýšenou podlahou, kde jsou někdy pod potrubím vybudovány kanálky nebo žlábky, které by zachytily vodu v případě úniků nebo protržení. Tento přístup bylo možné použít ve statických datových střediscích, kde nebylo zapotřebí přemisťovat nebo přidávat klimatizační jednotky. Vlivem současného trendu vyšší hustoty výkonu v počítačových systémech a díky častějším přesunům, přidávání zařízení a dalším změnám, musí být někdy přidány další klimatizační jednotky, takže použití pevně osazeného potrubí je problematické. Tato doplnění vyžadují instalaci nového potrubí, prodlužují dobu potřebnou k implementaci zařízení a zvyšují riziko výpadku spojeného s instalací. Výsledkem je požadavek na vznik flexibilnějšího modulárního systému potrubí, který by se lépe přizpůsobil měnícím se požadavkům. Novým trendem jsou datová střediska, ve kterých není použita zvýšená podlaha. Tato prostředí s pevnou podlahou vznikají díky novějším chladícím technologiím a strukturám, které nevyžadují zvýšenou podlahu pro distribuci vzduchu. Toto poskytne mnoha uživatelům flexibilitu v rozmístění datových center a výpočetních sálů. Díky tomuto trendu je potrubí ve stropním prostoru stále častějším jevem. Úniky z potrubí ve stropním prostoru mohou zvyšovat riziko výpadku systému a vzniku škod, než u potrubí umístěného pod podlahou. Proto vznikla poptávka po potrubních systémech s vysokou odolností proti únikům.

Zdroje

APC White Paper 130 The Advantages of Row and Rack-Oriented Cooling Architectures for Data Centers

Dalším trendem v návrzích datových středisek je implementace chlazení zařízení IT na úrovni řad nebo dokonce jednotlivých stojanů namísto chlazení na úrovni místnosti. To má umožnit vyšší hustotu výkonu a lepší využití elektrické energie. Tento přístup je blíže popsán v dokumentu White Paper 130 The Advantages of Row and Rack-Oriented Cooling Architectures for Data Center. Tento typ implementace způsobuje, že musí být chladící jednotky a potrubí umístěny blíže k zařízení IT. Tato situace opět vyžaduje spolehlivější, modulární a škálovatelný systém potrubí. Využití flexibilního systému potrubí bez spojů eliminuje nutnost použití vložených dílů, čímž snižuje riziko úniků, a snižuje dobu implementace.Tento dokument objasňuje novou technologii potrubí a její aplikaci v datových střediscích příští generace.

Charakteristiky tradičních metod vedení pevného potrubí

Tradičním přístupem v datových střediscích je použití pevných měděných nebo ocelových trubek. Nejpoužívanější je potrubí z uhlíkové oceli, typ 40, a měděné potrubí typu L nebo M. Pevné potrubí vyžaduje použití závitových či drážkových spojů, svařování nebo pájení u každého ohybu, ventilu, odbočky k další klimatizační jednotce a také spoj každých 1,8 nebo 6 metrů v závislosti na dostupné délce trubek. Běžně je na potrubním vedení od zdroje chlazené vody do klimatizační jednotky umístěno větší množství spojů

Možná selhání pevného potrubí Každý závitový nebo svařovaný spoj představuje potenciální nebezpečí průsaku z vodního systému. Jedním z běžných důvodů prosakování vody je samotný proces spojování potrubí, který jej ztenčí o 50 % nebo více již na počátku a oslabí tak místo spoje. Dalším důvodem selhání a průsaku vody je galvanická koroze vznikající v místě, kde se setkává potrubí z uhlíkové oceli s mosaznými ventily, nebo ve spoji s měděným potrubím. Galvanická koroze probíhá při kontaktu dvou různých kovů za přítomnosti vody a napadá

APC by Schneider Electric

White Paper 131

Revize 1

2

Vylepšená metodologie distribuce vodního chlazení pro datová střediska ocelové potrubí v síle, která je určitým způsobem závislá na existujících korozních podmínkách. V pozdějším stádiu je možné korozi identifikovat pouhým pohledem podle potahu na spoji dvou kovů, kde probíhá mikroskopické prosakování. V tomto okamžiku však již je poškození rozsáhlé a je nutná výměna potrubí, jinak by se míra prosakování s postupující korozí zvětšovala. Ve většině potrubních systémů jsou používány pro spojení dvou rozdílných kovů elektricky izolované spoje zvané dielektrika. Dielektrické spoje jsou doporučovány většinou návrhářů a konzultantů, ale není zvláštností objevit instalace, ve kterých nebyly použity vůbec nebo byly použity nesprávně. V klasické instalaci s chlazenou vodou je běžným jevem hlavní potrubí z uhlíkové oceli použité pro dodávku či návrat vody s odbočkami ke klimatizačním jednotkám z měděných trubek. Pokud je v místnosti umístěno více jednotek CRAC, musí tedy být použito větší množství dielektrických spojů. Další méně běžné důvody zahrnují zastarání těsnicího materiálu, špatnou kvalitu spojů, zhoršující se těsnění drážkových spojů a špatnou kvalitu trubek nebo spojů, vibrace, zatížení, nesprávné sestavení nebo nadměrné provozní tlaky přesahující projektované zatížení. V systémech s pevným potrubím se na vnitřních stěnách zachytávají minerály a způsobují zmenšení průměru,oxidaci mědi a případný vznik otvorů a průsaků. Zarůstání potrubí časem působí pokles tlaku ve vodním rozvodu, zvláště vyskytne-li se v ohybech a spojích. Aby se tomuto problému zabránilo, musí být voda pravidelně testována a upravována na správnou hladinu PH. Voda je většinou upravována při spuštění systému a během pravidelné údržby. I když výskyt mikroskopických děr v uzavřené smyčce s chlazenou vodou není častým jevem, byl jejich výskyt zaznamenán v instalacích, ve kterých nebyla prováděna řádná údržba. Dalším problémem v systému s chlazenou vodou je kondenzace. Aby se zabránilo kondenzaci na povrchu trubek, je potrubí se studenou vodou obvykle izolováno. Nicméně je častým jevem výskyt vlhkosti na spojích potrubí s více zatáčkami a spoji, jako jsou ventily, filtry a měřáky, které neumožňují efektivní izolaci. Jakékoli přerušení nebo špatné provedení izolace představuje potenciální nebezpečí úniku vody a stává se vstupním bodem pro vlhkost pronikající pod izolaci a šířící se po povrchu potrubí do značné vzdálenosti. Přítomnost kondenzátu na vnější stěně potrubí v nechlazených prostorách také vede ke korozi. Vnější koroze nastává ve mnohem větší míře, pokud se potrubí nachází v prostředí s vysokou vlhkostí. V extrémních případech dospěje kondenzace do stavu, kdy je celá izolace nasycena vodou. Díky řízení vlhkosti prostředí nenastává většinou v datových střediscích vnější koroze potrubí. Pro případ výskytu kondenzace nebo úniku vody v datovém středisku požadují někteří manažeři IT a návrháři přídavnou ochranu a elektrických zařízení. Nicméně tato opatření většinou nejsou použita, dokud se v datovém středisku neobjeví problém s výskytem vody. V některých případech je riziko ztráty chlazení, kterou by způsobil únik vody, tak velké, že se manažeři IT rozhodnou nainstalovat kompletně redundantní vedení, které zdvojnásobí náklady na instalaci potrubního systému. Nebo se rozhodnou nainstalovat jako zálohu jednotky CRAC s chladicím médiem, které také potřebuje další potrubí pro chladicí médium.

Instalace pevného potrubí pod podlahu Způsob rozvodu chlazené vody závisí na velikosti místnosti a počtu klimatizačních jednotek. Pro malé prostory se většinou používá jedné hlavní trubky pro přívod i odvod chlazené vody.


White Paper 131

Revize 1

3

Vylepšená metodologie distribuce vodního chlazení pro datová střediska Ta bývá vyrobena z uhlíkové oceli nebo mědi. Pro větší prostory bývá použito více velkých rozvětvených trubek z uhlíkové oceli. Každý z přívodů je spojen měděným potrubím s klimatizační jednotkou. Obrázek 1 zobrazuje pevné potrubí pod podlahou s implementací mnoha spojů. Pro tuto metodologii, kdy se vlastník obává vody pod podlahou, bývá vybudován systém příkopů a čerpadel, aby se zabránilo průniku vody do elektrické instalace. Dalším způsobem je vybudování drenážní jámy pod každým vedením potrubí, do které se sesbírají případné úniky vody či kondenzátu ze systému. Hloubka a šířka drenáže je určena v závislosti na průměru a množství vodního potrubí v daném místě. Navíc musí být vybudovány kontrolní šachty pro účely oprav trubek v příkopu v případě úniku vody. Ve středním až velkém datové středisku není výjimkou výskyt příkopů hlubokých až 1,5 metru, do kterých se musí vejít veškeré vodní potrubí, ventily a ještě musí zbýt místo pro opravy. Protože je vzdálenost chladicí jednotky a klimatizačních jednotek různá, spuštění systému s chlazenou vodou vyžaduje nastavit každou chladicí jednotku tak, aby poskytovala správné množství chlazené vody každé klimatizační jednotce. Vyvážení systému je dosaženo použitím izolačních a vyvažovacích ventilů, které jsou obvykle umístěny v odbočkách potrubí pod zvýšenou podlahou, zatímco ovládací ventily jsou zpravidla umístěny v klimatizačních jednotkách. Protože jsou vyvažovací a isolační ventily umístěny pod podlahou, trvá vyvažování systému déle, neboť přístup k ventilům není snadný. Tyto systémy vyžadují jeden odborný zásah při nastavování a poté obvykle zůstávají statické, protože je obtížné napojovat další potrubí do hotového a aktivního systému. Pokud se vyskytne únik kapaliny v hlavním rozvodu, čas potřebný pro opravu MTTR roste, protože všechny jednotky CRAC napájené z hlavního rozvodu ztratí zdroj chlazené vody. To způsobí značný nárůst teploty v místnosti a následné selhání vybavení IT nebo jeho nucené odstavení.

Obrázek 1 Tradiční rozvod studené vody pod podlahou s odbočkami k různým klimatizačním jednotkám s použitím více rozměrů potrubí

Instalace pevného potrubí do stropu Tento přístup také využívá hlavní rozvodní potrubí připojené ke každé klimatizační jednotce, dokud nedosáhne na poslední z nich. Izolační a vyvažovací ventily jsou obvykle umístěny v odbočkách potrubí vně či uvnitř datového střediska nebo přímo nad klimatizačními jednotkami.


White Paper 131

Revize 1

4

Vylepšená metodologie distribuce vodního chlazení pro datová střediska Protože umístění u stropu představuje potenciální riziko kondenzace nebo průsaku přímo na zařízení IT, je použita drenážní nádoba vždy, když potrubí kříží elektrické nebo IT zařízení. V některých případech operátor umístí drenážní nádoby pod celé potrubní vedení chlazené vody. Pro tyto případy je umístěna velká sběrná nádoba pod hlavní sběrnou komoru a menší nádoby pod odbočkami. Tato metoda se používá z důvodu možných selhání, prosakování či kondenzace, které je možné u všech spojů potrubí, a jako preventivní opatření z důvodu zajištění ochrany napájení a zařízení IT pod potrubím. Obrázek 2 zobrazuje příklad tradiční instalace potrubí pod stropem s drenážními nádobami na sběr uniklé tekutiny.

Obrázek 2 Potrubí pod stropem s drenážními nádobami nad stojany.

S ventily umístěnými ve stropě nebo vně datového střediska není vyvážení chlazení lehkým úkolem. Důsledkem je prodloužení doby potřebné ke spuštění a vyvážení každé jednotky. V případě úniku kapaliny do instalace ve stropě musí být oprava provedena nad zařízením instalovaným na podlaze datového střediska, což zvyšuje riziko výskytu vody na podlaze nebo, ještě hůře, v zařízení. Systémy potrubí s dvojitou stěnou poskytující záložní protihavarijní plášť jsou používány velmi zřídka. Jsou nejvíce používány tam, kde to nařizují místní předpisy nebo pokud to majitel či projektant výslovně určí. Systém potrubí s dvojitou stěnou se skládá z vnějšího pláště, který kompletně obepíná vnitřní dopravní potrubí za účelem zachycení jakýchkoli průsaků, které mohou vzniknout, a umožňuje jejich detekci. Procedury a požadavky na instalaci potrubí s dvojitými stěnami činí tuto metodu extrémně nákladnou. Je však efektivnější než pouhé použití drenážních nádob umístěných pod potrubím. Obrázek 3 ukazuje boční a čelní řez potrubím s dvojitými stěnami.

Obrázek 3 řez potrubím s dvojitými stěnami

Pružné potrubí

Poslední výzkumy v technologii pružných potrubí umožňují vést chlazenou vodu datovými středisky mnohem bezpečněji a vysoce omezují možnost prosakování. Tato potrubí jsou založena na technologii, která je používána v Evropě více než 30 let pro potrubní systémy


White Paper 131

Revize 1

5

Vylepšená metodologie distribuce vodního chlazení pro datová střediska vytápění, ventilace a klimatizace (HVAC - Heat, Ventilation, Air Conditioning). Pružné potrubí je vícevrstvé kombinované potrubí, které se skládá z hliníkového pláště vloženého mezi vnitřní a vnější plášť ze sítěného polyethylenu. To dává potrubí pružnost pro vedení datovým střediskem se současným zachováním tvaru, která zaručuje, že potrubí zůstane na určeném místě. Síťovaný polyethylen (PEX) nabízí i výbornou ochranu proti korozi a hladké vnitřní stěny a chemické vlastnosti ho činí odolným proti minerálním usazeninám z tvrdé i měkké vody, čímž zabraňuje nebezpečí vzniku děr v potrubí. 1

Vyšší spolehlivost oproti pevnému potrubí Použití pružného potrubí umožňuje systému implementaci bez použití kolen a jakýchkoli pomocných spojek na cestě od zdroje chlazené vody k jednotce CRAC. Pokud je použito více jednotek CRAC, umožňuje centrální distribuční systém vícenásobné spojení k hlavnímu distribučnímu kanálu instalovanému v utěsněné komoře nebo vně místnosti. Hlavní komora poskytuje samostatnou izolaci a vyvážení a připojení ke každé klimatizační jednotce v místnosti s použitím individuálního pružného a bezespojkového přívodního a vratného potrubí. Tato metoda nahrazuje všechny spoje potrubí v datovém středisku na pouhé dva spoje na každém vedení - první u hlavní komory a druhý u jednotky CRAC. Tradiční systém pevného potrubí obsahuje 10 až 20 spojů na každém přívodním a vratném potrubí do každé klimatizační jednotky v závislosti na trase vedení, zatímco systém pružného potrubí obsahuje na každé trase pouze dvě, čím snižuje pravděpodobnost průsaku na 10 až 20 % oproti pevnému potrubí. Odstraněním jakýchkoli spojů a ventilů na cestě a menší termální vodivostí než u měděného nebo ocelového potrubí omezuje pružné potrubí značně také kondenzační rizika v datovém středisku. To proto, že kondenzace většinou probíhá na spojích, přechodech a ventilech z důvodu jejich obtížné efektivní izolace. Centralizovaný rozvod používaný u pružného potrubí značně omezuje problémy s vedením potrubí blízko zařízení IT a vedením potrubí ve stropě. Instalace centralizovaného systému pro rozvod vody do utěsněné komory umožňuje instalaci všech vyvažovacích a izolačních ventilů na jedno místo a tím snižuje čas potřebný k vyvážení celého systému s chlazenou vodou. Dynamická datová střediska z tohoto přístupu profitují, neboť pružné potrubí umožňuje přemístění klimatizačních jednotek natažením pružného potrubí na nové místo. V aplikacích s vysokou hustotou výkonu je přidání dalších jednotek CRAC řešeno pouhým natažením nového potrubí k nové klimatizační jednotce, při kterém není ovlivněn zbytek systému vedení chlazené vody. Reálné snížení míry pravděpodobnosti poruchy proti pevnému potrubí je skutečně markantní. Následující citace pochází od jednoho z vedoucích výrobců tohoto potrubního systému 2: „Tento systém se používá v Evropě po více než 30 let. Bylo nataženo přes 1,2 miliardy metrů potrubí, které pracuje bez jediného výskytu poruchy. Jen na Severní Ameriku z toho připadá 150 milionů metrů. Vzorky potrubí jsou vystaveny od roky 1973 vysokým tlakům a teplotám, aniž by jevily známky opotřebení a sníženého výkonu. Testy prováděné společností Wirsbo a dalšími nezávislými zdroji ukazují, že potrubí PEX společnosti Wirsbo by mělo mít životnost přesahující 100 let.“

1

Plastics Pipe Institute™ - High Temperature Division, „The Facts of Cross-Linked Polyethylene (PEX) Pipe Systems“, 12/3/04

2

Shelter Technology, http://www.sheltertech.com/wirsbo_pex_tubing.htm (15. února 2006).


White Paper 131

Revize 1

6


Obrázek 4 Rozmístění datového střediska s pružným potrubím vedeným ve stropě

Instalace pružného potrubí do stropu Při vedení chlazené vody stropem je flexibilní potrubí vedeno uličkami z distribuční komory ke klimatizačním jednotkám a drenážní nádoby jsou použity pouze tam, kde potrubí vede nad zařízením IT nebo elektrickým vybavením. Na trhu jsou také dostupná příslušenství, která vedou více sdružených pružných potrubí a minimalizují prostor pro vedení potrubí ve stropě. Obrázek 4 ukazuje použití pružného potrubí vedeného ve stropě.

Zdroje

APC White Paper 132 Comparison of In-Row vs. Overhead Cooling

Pružné potrubí značně omezuje možnosti vzniku problémů prosakování a kondenzace, které má většina uživatelů stropního vedení potrubí. Pokud se zvolí pro datové středisko vedení kabeláže ve stropě a chlazení ve stropě nebo v řadách, odpadá potřeba vybudování zvýšené podlahy a s ní spojené náklady. Více informací o chlazení v řadách a ve stropě se dozvíte v dokumentu APC White Paper 132, Comparison of In-Row vs. Overhead Cooling.

Instalace pružného potrubí pod podlahu Použití pružného potrubí ve zvýšené podlaze poskytuje výhody přímé cesty z distribuční komory k jednotkám CRAC. Zkrátí se tak délka vedení, neboť potrubí vede přímo ke klimatizačním jednotkám. Pružné potrubí může vést pod podlahou zvýšenou o pouhých 30 cm, a protože obvykle kříží pouze napájecí kabely a kabely IT, není nutné používat pro přímé vedení ke klimatizačním jednotkám drenážní nádoby. V porovnání s tradičním vedením pevného potrubí jsou náklady na instalaci a doba implementace tohoto systému značně nižší. Obrázek 5 ukazuje použití pružného potrubí vedeného pod podlahou.


White Paper 131

Revize 1

7


Figure 5 Instalace pružného potrubí s odbočkami k různým klimatizačním jednotkám pod podlahu

Porovnání pevného a pružného potrubí

Následující části se zabývají porovnáním pevného a pružného potrubí na základě mnoha vlastností včetně vlastností mechanických, fyzikálních, flexibility, dostupnosti, celkových nákladů na vlastnictví (TCO) a chybových režimů.

Mechanické a fyzikální vlastnosti pevného a pružného potrubí Tabulka 1 poskytuje seznam hlavních mechanických a fyzikálních vlastností pevného a pružného potrubí používaného pro vedení chlazené vody.


White Paper 131

Revize 1

8


Tabulka 1 Fyzikální vlastnosti pevného a pružného potrubí

Fyzikální vlastnost

Uhlíková ocel – Schedule 40

Měděné potrubí typu L

Pružné potrubí PEX

Váha potrubí (kg/běžný metr) (nominální průměr 1 coul bez vody)

2.49

0.975

0.324

Váha potrubí (lb/běžnou stopu) (nominální průměr 1 coul bez vody)

1.67

0.655

0.218

Teplotní podmínky

Až 399 °C

Až 204 °C

Až 93 °C

19,7 MPa při 38 °C

3,41 MPa při 38 °C

1,38 MPa při 23 °C

19,7 MPa při 93 °C

2,79 MPa při 93 °C

0,689 MPa při 93 °C

Provozní vnitřní tlak (MPa)

2857 psi při 100 °F

494 psi při 100 °F

200 psi při 73 °F

2857 psi při 200 °F

404 psi při 200 °F

100 psi při 200 °F

Typ spojů

Svařované, pájené, drážkové nebo závitové spoje

Tmelené, pájené, drážkové nebo závitové spoje

Vícetlaké závitové nebo lisované spoje

Rozsah velikostí

3,2 až 660 mm (1/8„ až 26“)

6,4 až 305 mm (L„ až 12“)

Ukončovací spoj

Svařovaný, pájený nebo závitový spoj

Tmelený, pájený nebo závitový spoj

Vícetlaký závitový nebo lisovaný spoj

Odolnost proti korozi

Omezená, závislá na relativní vlhkosti prostředí a kyselosti vody (PH)

Velmi dobrá

Vynikající

Termální vodivost

Vysoká

Vysoká

Střední až nízká

Provozní vnitřní tlak (psi)

2,7 až 5,08 mm (˝„ až 2”) pro Severní Ameriku 12,7 až 609 mm („ až 24”) pro Evropu 3

Flexibilita a dostupnost pevného a pružného potrubí Nové technologie jako jsou servery blade vytváří zátěže IT, které vysoce přesahují jmenovitou kapacitu chladicího systému, což vede v datových střediscích k potřebě přídavného chlazení. Pevné potrubí neposkytuje flexibilitu z hlediska budoucího rozšíření. Aby byly existující klimatizační jednotky funkční, je obyčejně vedeno z chladicího zařízení do dalších jednotek CRAC nové potrubí. Náklady na instalaci a doba implementace jsou vysoké, protože vedení

3

„PEX piping for Plumbing“ - prezentováno na konferenci 40th ASPE convention, 2004, Shelter

Techonlogy, http://www.plasticpipe.org/media/PEX_ASPE_2004.pdf#search='wirsbo%20pex%20pipe%20size s (accessed Feb 18th, 2006).


White Paper 131

Revize 1

9

Vylepšená metodologie distribuce vodního chlazení pro datová střediska potrubí budovou, ve které již je stávající systém vodního chlazení, je obtížné a také je obtížné šroubovat či pájet nové spoje v existujícím datovém středisku. Dokonce i při pouhém přesunu klimatizační jednotky musí být natažena nová pevná trubka z hlavního kanálu na nové umístění, což opět znamená další závitové nebo pájené spoje. Pružné potrubí poskytuje flexibilitu a dostupnost pro přidávání a přesunech zařízení. Pružné potrubí je instalováno z hlavní komory až k jednotce CRAC bez potřeby závitových či pájených spojů. Protože jsou vyrovnávací a izolační ventily přímo u hlavní komory a hlavní přívod vody z chladicí jednotky do hlavní komory je již připojen, nedochází k žádnému výpadku v existujícím systému s chlazenou vodou a doba implementace se zkracuje vlivem jednoduchosti instalace potrubí. Porucha či prosakování pevného potrubí zajišťujícího hlavní dodávku nebo návrat chlazené vody z chladicí jednotky do datového střediska by vyžadovalo pro opravu poruchy odstavení všech klimatizačních jednotek na dobu několika hodin až dnů. To samé by nastalo při použití distribuční komory, neboť pro vedení z chladicí jednotky do této komory je použito také pevné potrubí. Pokud by došlo k poruše tohoto potrubí, všechny jednotky CRAC podporované touto rozvodnou komorou by také musely být na dobu opravy odstaveny. Pokud dojde k průsaku či poruše pevného potrubí na jedné z odboček hlavního kanálu, ztratí přísun chlazené vody pouze klimatizační jednotky připojené k této odbočce. Zbývající systém pevného potrubí bude vyžadovat izolaci a přerušení chlazení všech jednotek CRAC připojených k tomuto rozvodu a většinou je nahrazen prosakující díl nebo je znovu svařen spoj v místě průsaku. S pružným potrubím je při výskytu průsaku na potrubí od distribuční komory ke klimatizační jednotce odpojena po dobu opravy jen tato jediná jednotka a chlazení ostatních jednotek zůstává funkční. Pokud dojde k poruše na spoji u distribuční komory či u jednotky CRAC, je nahrazen pouze tento spoj. Pokud dojde k průsaku uprostřed vedení pružného potrubí, znamená oprava nahrazení celého dotyčného vedení potrubí. Nové potrubí je nahrazeno tak, že je v centrálním distribučním systému a v klimatizační jednotce toto vedení izolováno. Dojde k přerušení chlazení jediné jednotky CRAC bez přerušení chlazení jakékoli jiné klimatizační jednotky.

Celkové náklady na vlastnictví pevného a pružného potrubí Celkové náklady na vlastnictví při použití pružného potrubí a centrální distribuční komory jsou ve srovnání se systémem pájeného potrubí nižší. Datové středisko s příkonem 200 kW s novým systémem chlazení urychlí implementaci nejméně o 40 % a sníží náklady na instalaci přibližně o 20 %, pokud je použit systém pružného potrubí a centrální distribuční komory. Toto snížení nákladů na instalaci je výsledkem absence potřeby dodatečné práce s pájením spojů a instalací ventilů uprostřed potrubí a také zkrácením doby potřebné na vyvážení systému s chlazenou vodou. V existujícím datovém středisku se snižují náklady na připojení přídavné chladicí jednotky k distribuční komoře s použitím pružného potrubí o nejméně 50 % a doba implementace o 60 % v porovnání s tradičním systémem pájeného potrubí. Údržba chladicího systému s pružným potrubím je jednodušší a rychlejší, protože inspekce veškerého potrubí může být provedena z jednoho místa, zatímco při instalaci pod podlahu jsou tyto ventily rozmístěny v různých částech datového střediska. V datových střediscích, ve kterých je použita zvýšená podlaha pouze pro vedení vodního chlazení, zrušení zvýšené podlahy ještě více sníží náklady na instalaci při použití systému potrubí ve stropě. Tabulka 2 porovnání pevného a pružného potrubí podle výhod, které uživatele označili za nejdůležitější pro systém potrubí s vodním chlazením.


White Paper 131

Revize 1

10


Tabulka 2 Porovnání pevného a pružného potrubí

Pevné potrubí Flexibilita

Pružné potrubí

Malá rychlost implementace vlivem potřeby velkého množství pájených spojů.

Rychlost implementace vyšší o 40 %.

Vyvažování systému není snadné díky špatně přístupným ventilům pod podlahou/za stropními deskami.

Škálovatelné, umožňuje přesuny, přidání nových zařízení, změny a budoucí expanzi bez odstavování ostatních jednotek.

Vyvažování systému je možné provádět z jednoho místa.

Rozšíření nebo přesuny vyžadují jednorázové ošetření a odstavení příslušných jednotek. Dostupnost

Potenciální průsaky okolo každého spoje snižují spolehlivost systému.

Eliminace nadbytečných spojů na dráze potrubí významně snižuje nebezpečí průsaku a zvyšuje spolehlivost systému.

Střední doba oprav (MTTR)

Pokud se vyskytne porucha na hlavním vedení, oprava může trvat hodiny až dny v závislosti na závažnosti poruchy.

Pokud se vyskytne porucha na vedení od chladicí jednotky do centralizovaní distribuční komory, oprava může trvat hodiny až dny v závislosti na závažnosti poruchy.

Vyskytne-li se porucha na vedlejším vedení, oprava může trvat několik hodin, po které nebudou některé jednotky funkční.

Instalace

Vyskytne-li se porucha na vedlejším vedení, může být nataženo nové pružné potrubí a oprava může trvat několik hodin, po které nebude funkční pouze jediná jednotka.

Vyšší náklady na instalaci. Vyvažování systému vyžaduje více času a tím i vyšší náklady na spuštění.

Nižší náklady na instalaci. Spuštění a vyvažování systému s centrálním distribučním systémem je méně komplexní.

Jsou použita pájená, závitová a mechanická spojení a jsou vyžadována spojení na vedení a vyvažování systému.

Nejsou nutné žádné pájené spoje ani spoje či ventily na vedení.

Možnost ohybu

S použitím kolenových spojek umožňuje větší úhel ohybu.

Minimální úhel ohybu je 5 - 7násobek vnějšího průměru potrubí.

Možnosti správy

Vizuální kontrola průsaků a kondenzace u každého spoje a ventilu a vizuální kontrola bodů koroze. Měření a kontrola koncentrací vody a glykolu.

Kratší doba strávená vizuálními kontrolami průsaků a kondenzace pouze na ventilech centralizované distribuční komory (všechny ventily jsou na jednom místě). Měření a kontrola koncentrací vody a glykolu, rutinní údržba.

Pokles tlaku

Použití kolenových spojek v zatáčkách a usazování minerálů způsobují dodatečný pokles tlaku.

Hladké vnitřní stěny a vyšší úhly ohybu bez spojek snižují pokles tlaku pro typická potrubní vedení.

Nároky na prostor

Potrubí je vedeno pod podlahou či ve stropě, neexistují žádné další nároky na prostor.

V místnosti je zapotřebí určitý prostor pro umístění centrální distribuční komory.

Vzdálenosti

Při spojení několika trubek lze pevného potrubí vést do značných vzdáleností.

Vzhledem ke složitosti implementace delších vzdáleností je maximální doporučená délka potrubí od distribuční komory do klimatizačních jednotek 46 metrů.

Náklady na implementaci (instalace a materiál)

Cena pevného potrubí je nižší, ale celkové náklady na instalaci jsou vyšší vlivem dodatečné práce při pájení a spojování potrubí. Také vyvažování systému vyžaduje delší dobu a zvyšuje cenu spuštění.

Cena potrubí PEX je vyšší, nicméně celková cena instalace může být nižší vlivem eliminace pájených a dalších spojů. Vyvažování a spouštění systému je díky centrálnímu distribučnímu systému méně komplexní.

Umístění potrubí

Pevné potrubí může být umístěno venku a vystaveno slunečnímu záření.

Potrubí PEX nesmí být uloženo či instalováno v prostředích s vlivem přímého ani nepřímého slunečního záření.

Poznámka: Modré stínování označuje nejlepší výkon pro danou charakteristiku.


White Paper 131

Revize 1

11


Porovnání možností selhání pevného a pružného potrubí

Tabulka 3

V systému s chlazenou vodou může nastat celá řada poruch v závislosti na umístění potrubí, druhu instalace a použité metodě spojování potrubí. Tabulka 3 shrnuje možné příčiny poruch pro každý typ potrubí. Nejlepší výsledky jsou zvýrazněny modře.

Porovnání možností selhání pevného a pružného potrubí

Pevné potrubí

Pružné potrubí

Proražení

Méně náchylné k proražení ostrým předmětem.

Více náchylné k proražení ostrým předmětem.

Selhání v jednom bodu

Selhání mimo hlavní vedení způsobí ztrátu chlazení všech jednotek CRAC připojených k dané odbočce.

Selhání vedení způsobí ztrátu chlazení pouze jediné připojené jednotky CRAC.

Tekoucí spoje

Velký počet spojů potrubí zvyšuje nebezpečí prosakování vlivem galvanické koroze, zastarání těsnicího materiálu, špatnou kvalitu spojů, zhoršující se těsnění drážkových spojů a špatnou kvalitu závitových spojů.

Menší počet spojů - pouze dva na každém vedení ke každé jednotce CRAC. Vícetlaké závitové spoje na potrubí PEX-AL-PEX vytváří silnější spojení, než u závitového či těsněného spoje.

Zemětřesení / vibrace

Pohyb při vibracích či zemětřesení může způsobit průsaky na netěsnících spojích.

Méně náchylné na poškození či prosakování při výskytu vibrací a zemětřesení.

Sešlápnutí

Může poškodit pájený či závitový spoj a způsobit prosakování.

Díky pružnosti potrubí méně náchylné na poškození.

Odkapávající vysrážená voda z datového střediska

Více možností pro kondenzaci vlivem obtížné izolace spojů, filtrů a ventilů. Malá přerušení nebo mezery v izolaci mohou vést ke kondenzaci.

Méně možností kondenzace díky eliminaci ventilů a spojů na přímém vedení od distribučního systému do jednotky CRAC.

Odření / proříznutí

Odolné vůči odírání a proříznutí.

Méně odolné vůči odírání. Řez může poškodit povrch potrubí PEX.

Otvory a zarůstání

Náchylné na vznik otvorů a průsaků díky zarůstání minerály, pokud není voda pravidelně upravována.

Díky chemickému složení a hladkým stěnám velmi odolné vůči zarůstání minerály.

Poznámka: Modré stínování označuje nejlepší výkon pro danou charakteristiku.


White Paper 131

Revize 1

12


Závěry

I když je pro chladicí systémy často používán tradiční systém pevného potrubí, použití centralizované distribuční komory s jednotlivými pružnými spoji ke každé klimatizační jednotce znatelně zvyšuje spolehlivost systému, neboť značně snižuje možnosti prosakování chladicí kapaliny. Navíc porucha v systému pružného potrubí vyžaduje odpojení pouze jediné jednotky CRAC, zatímco zbylé jednotky mohou chladit zátěž. Oproti tomu porucha v systému pevného potrubí může vyžadovat odpojení několika jednotek CRAC, je-li porucha v jedné z odboček, a ohrozit tak nedostatečnou kapacitou chlazení zátěže celkovou dostupnost datového střediska. Obavy z výskytu vody v datovém středisku jsou také sníženy, pokud je použit systém pružného potrubí, a to ze tří důvodů:

1. Celková míra poruchovosti systému potrubí je výrazně snížena vlivem značného omezení počtu spojů.

2. Základní spolehlivost samotného potrubí je vyšší. 3. Pravděpodobnost výskytu kondenzace je snížena absencí spojů a ventilů na vedení, které jsou hlavním místem srážení vody v systému vodního chlazení. Systém pružného potrubí je technologií umožňující instalaci datových středisek s pevnou podlahou a chladicích systémů na úrovni řad a stojanů s vysokou hustotou. Postup k vyšší hustotě výkonu a instalacím na pevnou podlahu přirozeně povede k častějšímu použití systému pružného potrubí v datových střediscích příští generace.

Informace o autorovi: Isabel Rochow pracuje ve společnosti American Power Conversion (APC) na pozici Manažer produktů pro řešení chlazení na úrovni místností. Je strojní inženýrkou, má deset let zkušeností v oboru chladicích a klimatizačních systémů pro průmyslový a komerční trh. Isabel Rochow je členkou organizace ASHRAE a zúčastnila se různých prezentací pro lokálních pobočky této organizace.


White Paper 131

Revize 1

13


Zdroje The Advantages of Row and Rack-Oriented Cooling Architectures for Data Centers APC White Paper 130

Comparison of In-Row vs. Overhead Cooling APC White Paper 132

Procházet všechny dokumenty APC White Paper whitepapers.apc.com

Procházet všechny nástroje APC TradeOff tools.apc.com

Kontaktujte nás Názory a komentáře týkající se obsahu tohoto dokumentu White Paper Data Center Science Center, APC by Schneider Electric [email protected] Jste-li zákazník a máte-li dotazy týkající se projektu datového střediska Kontaktujte zástupce APC by Schneider Electric


White Paper 131

Revize 1

14

Vylepšená metodologie distribuce vodního chlazení pro datová střediska

Recommend Documents