Различные типы систем кондиционирования воздуха для сред ИТ

Введение

           Отвод тепла представляет собой один из важнейших, но хуже всего осмысленных критических процессов в среде ИТ. На выбор наиболее подходящей конфигурации системы охлаждения для конкретного объекта влияют существующая инфраструктура площадки, общий уровень мощности объекта, географическое расположение и физические характеристики здания. В данной статье описываются 5 фундаментальных методов передачи охлаждения, которые в сочетании с двумя фундаментальными вариантами физического расположения образуют 10 базовых конфигураций. Предлагается подход к выбору оптимальной конфигурации для конкретного объекта.

Системы с воздушным охлаждением (2-компонентные)

          Используются для компьютерных залов любого размера и также называются DX- или сплит-системами. Термин DX (direct expansion прямое расширение) часто применяется к системам воздушного охлаждения, но в действительности так можно назвать любую систему с использованием хладагента и испарительного змеевика. Половина компонентов холодильного цикла размещена в кондиционере воздуха зала (называется также блоком CRAC computer room air conditioner), а остальные вне помещения в блоке конденсатора воздушного охлаждения (рис. 1). Хладагент циркулирует между внутренним и наружным блоком по трубопроводам, которые называют линиями хладагента. Посредством циркуляции хладагента тепло и откачивается во внешнюю среду.

Преимущества
•Минимальные общие затраты.
•Наибольшая легкость обслуживания.
Недостатки
•Трубопроводы хладагента необходимо устанавливать на месте. Надежную работу обеспечат только правильно спроектированные системы трубопроводов, точно учитывающие расстояние и перепад высот между внутренним и внешним блоком.
•Надежно и экономично проложить линии хладагента на большие расстояния нельзя.
•К одному конденсатору воздушного охлаждения нельзя подключить несколько блоков кондиционера воздуха компьютерного зала.
Обычное применение
•Коммутационные зоны, компьютерные залы и ЦОД малого и среднего размера с умеренными требованиями к готовности.

Замкнутые системы с воздушным охлаждением (1-компонентные)

             Все компоненты холодильного цикла находятся в одном корпусе, который обычно устанавливается в помещении ИТ. Тепло выводится в виде потока горячего воздуха (около 49C), называемого выхлопным. Его необходимо направить на открытый воздух или в некондиционируемое помещение (рис. 2). Если система установлена над подвесным потолком, а входные и выходные воздуховоды конденсатора не используются, то горячий выхлопной воздух из конденсаторного змеевика можно выбрасывать непосредственно в пространство подвесного потолка. Но в этом случае система кондиционирования воздуха в здании должна обладать достаточной мощностью, чтобы справиться с дополнительной тепловой нагрузкой. Воздух, который просасывается через конденсаторный змеевик, также должен поступать извне компьютерного зала. Это предотвращает возникновение в помещении разрежения, которое бы позволило проникнуть в него более теплому некондиционированному воздуху. 
Такие системы обычно ограничены по мощности до 15 кВт, поскольку размещение всех компонентов холодильного цикла требует дополнительного пространства, а для отвода выхлопного воздуха необходимы большие воздуховоды. При установке снаружи на крыше здания ее мощность может быть гораздо больше, однако для прецизионного охлаждения такие системы обычно не применяются.

Преимущества
•Минимальная стоимость установки. На крыше или снаружи здания не нужно устанавливать никаких компонентов.
•Все компоненты холодильного цикла находятся внутри одного блока, который герметизируется и тестируется на заводе.
Недостатки
•Меньшая мощность теплоотвода на одно устройство по сравнению с другими конфигурациями.
•Для подачи проходящего через конденсаторный змеевик воздуха обычно требуется установка воздуховодов и/или подвесных потолков.
Обычное применение
•Коммутационные зоны, лабораторные помещения и компьютерные залы с умеренными требованиями к готовности. Иногда применяется для устранения локального перегрева в ЦОД.

Системы с гликолевым охлаждением

             В системах этого типа все компоненты холодильного цикла размещены в одном корпусе (как в замкнутой системе), однако громоздкий конденсаторный змеевик заменяется более компактным теплообменником (рис. 3). Теплообменник использует поток гликоля (смесь воды и этиленгликоля, аналогичная автомобильному антифризу) для сбора тепла от хладагента и его переноса. Теплообменники и трубопроводы для гликоля всегда меньше, чем конденсаторные змеевики и воздуховоды, потому что гликолевая смесь собирает и переносит тепло гораздо лучше, чем воздух. Поток гликоля поступает по трубопроводам в установленное снаружи устройство, называемое жидкостным охладителем. Тепло отводится во внешнюю атмосферу благодаря продувке наружного воздуха с помощью вентиляторов через заполненный теплым гликолем змеевик жидкостного охладителя. Насосный блок (насос, мотор и защитный корпус) обеспечивает циркуляцию гликоля в контуре от кондиционера воздуха компьютерного зала к жидкостному охладителю и обратно.

Преимущества
•Все компоненты холодильного цикла находятся внутри блока кондиционера воздуха, который герметизируется и тестируется на заводе.
•Трубопроводы для гликоля можно прокладывать на значительно большие расстояния, чем линии хладагента, а один жидкостный охладитель и насосный блок может обслуживать блоки кондиционеров воздуха из нескольких залов.
•В холодную погоду гликоль в жидкостном охладителе может охлаждаться настолько сильно (ниже 10C), что его поток можно направить в обход теплообменника блока CRAC прямо в змеевик экономайзера. В этом случае холодильный цикл отключается, что снижает эксплуатационные расходы.
Недостатки
•Необходимость в дополнительных компонентах (насосный блок, клапаны) повышает капитальные затраты и стоимость установки по сравнению с DX-системами воздушного охлаждения.
•Требуется поддерживать объем и качество гликоля в системе.
•В среде ИТ появляется дополнительный источник жидкости.
Обычное применение
•Компьютерные залы и ЦОД небольшого и среднего размера с умеренными требованиями к готовности.

Системы с водяным охлаждением

             Похожи на системы с гликолевым охлаждением тем, что все компоненты холодильного цикла размещены внутри кондиционера воздуха компьютерного зала. Два важных отличия:
Вместо гликоля применяется вода (т.н. конденсаторная).
Тепло выводится во внешнюю атмосферу с помощью охладительной башни, а не жидкостного охладителя.