Zastosowanie pionowych wielostopniowych pomp odśrodkowych w dużych-cieczy-chłodzonych centrach danych

Podsumowanie decyzji|W przypadku dużych-centrów danych-chłodzonych cieczą wybór pompy nie polega jedynie na zakupie pojedynczych jednostek; jest to decyzja, która równoważy dostępność chłodzenia,-zużycie energii związane z PUE, skalowalność i złożoność operacyjną. Zalety pionowych wielostopniowych pomp odśrodkowych przekładają się na wymierną wartość biznesową tylko wtedy, gdy są poparte odpowiednimi granicami systemu, redundantną architekturą i strategiami sterowania.

Ponieważ klastry-o dużej gęstości obliczeniowej zwiększają obciążenie cieplne na szafę, rozwiązania chłodzenia cieczą-takie jak chłodzenie-płytowe i chłodzenie zanurzeniowe-przenoszą ciepło bardziej bezpośrednio do systemu wodnego-po stronie obiektu. W przypadku klientów korporacyjnych pętla obiegu wody chłodzącej ewoluowała od zwykłego systemu pomocniczego do kamienia węgielnego ciągłości działania; jakakolwiek niestabilność natężenia przepływu lub różnicy ciśnień nie tylko wpływa na poziom komfortu, ale prowadzi do dławienia serwera, alarmów systemu, a nawet przerw w działaniu usług.

Pionowe wielostopniowe pompy odśrodkowewykorzystują wiele wirników, aby uzyskać wysoką wysokość podnoszenia przy niewielkiej powierzchni, co czyni je idealnymi do scenariuszy o ograniczonej powierzchni, dużym oporze instalacji rurowej i wymogu stabilnej różnicy ciśnień. Ich pionowa konfiguracja ułatwia integrację układów, natomiast równoległe układy pomp i sterowanie napędem o zmiennej-częstotliwości (VFD) można łatwo zintegrować w modułowych stacjach chłodniczych. Jednak przydatność nie oznacza zastosowania „jednego-rozmiaru-pasującego-dla wszystkich”: zwykły wybór dużej pompy w oparciu o przepływ szczytowy i maksymalną wysokość podnoszenia może spowodować, że system będzie działał poza swoim zakresem-wysokiej wydajności przez dłuższe okresy w warunkach niskiego-obciążenia, tym samym negując korzyści-z oszczędzania energii wynikające ze strat w dławieniu, częstych cykli rozruchu-zatrzymywania i nieefektywności operacyjnej.

Niezawodność jest najważniejszą kwestią. Projekt układu pomp powinien być zgodny z umową SLA systemu, a nie po prostu oznaczony jako „N+1.”. Konieczna jest dalsza weryfikacja, aby upewnić się, że w przypadku awarii jakiejkolwiek działającej pompy pompa rezerwowa może automatycznie włączyć się w dopuszczalnym terminie; aby wahania ciśnienia podczas przełączenia nie uruchamiały mechanizmów ochronnych po stronie CDU lub serwera; oraz że nie pozostały żadne pojedyncze punkty awarii dotyczące zaworów zwrotnych, napędów o zmiennej częstotliwości (VFD), czujników, zasilaczy sterujących lub wspólnych gniazd. W krytycznych obszarach operacyjnych można zastosować strategie takie jak równoległe konfiguracje pomp, działanie rotacyjne, strefowe zaopatrzenie w wodę lub systemy z dwoma-rozdzielaczami, z symulacjami awarii włączonymi do zintegrowanego procesu uruchomienia i odbioru.

Obciążenie centrów danych zmienia się w ciągu roku. Koszty energii elektrycznej zależą przede wszystkim od łącznej wydajności pomp w różnych zakresach obciążenia oraz zdolności systemu sterowania do utrzymywania punktów pracy w pobliżu-strefy wysokiej wydajności. Oceny zamówień powinny koncentrować się na „rocznym zużyciu energii”, a nie na wydajności w jednym punkcie znamionowym; obejmuje to obliczenie mocy wejściowej w oparciu o typowe profile-godzin obciążenia dla różnych natężeń przepływu, wysokości podnoszenia i liczby pomp równoległych, przy jednoczesnym uwzględnieniu sprawności silnika, strat w napędzie o zmiennej częstotliwości (VFD), strat w przypadku dławienia zaworów i ustawień nadmiernej różnicy ciśnień. Dobrze-zaprojektowana strategia łącząca etapowe sekwencjonowanie pomp z koordynacją VFD zazwyczaj zapewnia większą stabilność niż praca pojedynczej dużej pompy przy niskiej częstotliwości przez dłuższy czas i lepiej dostosowuje się do zmian obciążenia związanych z konstrukcją etapową.

Wielkoskalowe-centra danych-chłodzone cieczą są często dostarczane etapami. Stacje pomp powinny uwzględniać postanowienia dotyczące przyszłych połączeń, wydajności sterowania i rozsądnych marginesów hydraulicznych-nie pozwalając, aby te marginesy powodowały długoterminową-nieefektywność operacyjną. Lepszym podejściem jest podzielenie ostatecznej skali na powtarzalne moduły, przy czym każdy moduł określa projektowe natężenie przepływu, dopuszczalny spadek ciśnienia, liczbę jednostek pompowych i granice sterowania; w miarę uruchamiania nowych hal serwerowych można następnie dodawać dodatkowe moduły lub zespoły pompowe o tej samej specyfikacji. Strategia ta pozwala uniknąć nieefektywności „przewymiarowanego sprzętu do małego obciążenia” w początkowej fazie, jednocześnie ograniczając ryzyko związane z modyfikowaniem głównych rurociągów i przeprowadzaniem wyłączeń systemu podczas kolejnych rozbudów.

Łatwość konserwacji sprzętu ma bezpośredni wpływ na średni czas naprawy (MTTR). Chociaż pionowe pompy wielostopniowe zajmują niewielką powierzchnię, układ miejsca musi uwzględniać prześwit do podnoszenia silnika, ścieżki dostępu w celu wymiany uszczelnienia mechanicznego, przestrzeń do demontażu sprzęgła, drenaż podstawy i środki izolacyjne na potrzeby konserwacji. Punkty monitorowania powinny obejmować co najmniej ciśnienie wlotowe i wylotowe, różnicę ciśnień, natężenie przepływu, prąd silnika, wibracje oraz temperaturę łożysk lub silnika; dane z punktów krytycznych należy zintegrować z BMS lub DCIM. Zamiast po prostu instalować więcej czujników, ważniejsze jest ustalenie progów alarmowych, linii bazowych trendów i protokołów reagowania, umożliwiając personelowi operacyjnemu i konserwacyjnemu rozróżnienie takich problemów, jak zatykanie filtra siatkowego, anomalie zaworów, ryzyko kawitacji i degradacja sprzętu.

W ocenach komercyjnych B2B koszty należy rozbić na sprzęt, instalację i uruchomienie, zużycie energii, planową konserwację, części zamienne, straty spowodowane przestojami oraz zwiększenie wydajności lub modernizację. W przypadku pompowni działających-przez cały rok zużycie energii i ryzyko przestojów często wymagają większej uwagi niż początkowa różnica w cenie. Dlatego też od dostawców należy wymagać przedstawienia krzywych wydajności, dopuszczalnych zakresów roboczych, danych dotyczących wydajności, specyfikacji wibracji i hałasu, szczegółowych informacji na temat materiałów i uszczelnień, list części zamiennych i zobowiązań w zakresie reakcji serwisu, a także jasnego określenia mechanizmów akceptacji i korygowania w przypadkach, gdy wydajność odbiega od gwarantowanych wartości.

Po pierwsze, jasno określ granice projektu.
Parametry wejściowe muszą obejmować co najmniej: bieżące i ostateczne obciążenia IT; temperatury zasilania i powrotu; projektowa różnica temperatur; natężenia przepływu dla każdego odgałęzienia; spadek ciśnienia w najbardziej krytycznym obwodzie; dopuszczalne wartości graniczne ciśnienia dla sprzętu i rurociągów; oraz wymagania dotyczące składu płynów i jakości wody. Natężenie przepływu jest zwykle określane na podstawie obciążenia termicznego i różnicy temperatur, natomiast wysokość podnoszenia pompy należy obliczać na podstawie rzeczywistego oporu rurociągów, zaworów, wymienników ciepła i urządzeń końcowych. Wysokość budynku nie powinna być używana jako prosty wskaźnik zastępczy dla głowy systemu-pętli zamkniętej, ani nie należy mechanicznie agregować niepewności w nadmiernie wysoki współczynnik bezpieczeństwa.

Po drugie, upewnij się, że punkty robocze pokrywają rzeczywisty profil obciążenia.
Zaznacz minimalne, typowe i szczytowe warunki pracy na krzywej pompy; sprawdzić, czy punkty te mieszczą się w dopuszczalnym przez producenta zakresie ciągłego działania; i oceń dodatnią wysokość ssania netto (NPSH). Praca z niską-częstotliwością wymaga zwrócenia uwagi na odprowadzanie ciepła przez silnik, minimalne natężenia przepływu, stabilność sterowania i rezonans mechaniczny. W przypadku konfiguracji pomp równoległych przeanalizuj punkty pracy i wydajność dla scenariuszy z jedną-pompą, podwójną-pompą i wieloma-pompami. Ustawienia przetwornicy częstotliwości (VFD) muszą być zgodne z lokalizacją czujnika różnicy ciśnień; umieszczenie czujnika zbyt blisko pompy może skutkować nadmierną różnicą ciśnień na zaciskach i niepotrzebnym zużyciem energii.

Po trzecie, dostosuj materiały i uszczelnienia do jakości wody.
Części zwilżane ze stali nierdzewnej generalnie zwiększają czystość i odporność na korozję, ale ostateczny wybór musi uwzględniać poziom jonów chlorkowych, stężenie glikolu (etylenu lub propylenu), wartości pH, temperaturę roboczą i metodę wody uzupełniającej. Materiały na uszczelnienia mechaniczne i pierścienie uszczelniające-, a także warunki smarowania muszą być zgodne z płynnym medium. Jeżeli system jest bardzo wrażliwy na cząstki stałe, należy zainstalować odpowiedni filtr przed pompą i monitorować różnicę ciśnień, aby uniknąć błędnego zdiagnozowania problemów z zatykaniem jako niewystarczającej wydajności pompy.

Po czwarte, upewnij się, że strategie kontroli są testowalne.
Zdefiniuj określone tryby pracy, takie jak normalna praca, niskie obciążenie, rozbudowa systemu, awaria pojedynczej-pompy, awaria czujnika, przywrócenie zasilania oraz tryby pożarowe/awaryjne. Logika sterowania powinna obejmować łagodny rozruch, stopniowanie pomp (przełączanie liczby aktywnych pomp), blokowanie-cykli (zapobieganie częstym uruchamianiom/zatrzymywaniom), równoważenie czasu pracy, zabezpieczenie minimalnego przepływu i okresowe-samotestowanie pomp rezerwowych. Weryfikacja po dostawie musi wykraczać poza zwykłe potwierdzenie działania pompy; musi także sprawdzać czasy przywracania różnicy ciśnień, zakresy wahań, raportowanie alarmów i możliwości ręcznego obejścia w różnych scenariuszach.

Błędne przekonanie 1: Porównywanie tylko ceny zakupu. Ignorowanie czynników takich jak zużycie energii, straty spowodowane przestojami i terminy dostaw części zamiennych może sprawić, że tani-sprzęt stanie się kosztownym-zasobem.

Błędne przekonanie 2: Stosowanie nadmiernych marginesów bezpieczeństwa w oparciu o szczytowe warunki pracy. Powoduje to, że punkt pracy stale odbiega od-strefy wysokiej wydajności, co powoduje hałas, wibracje, straty związane z dławieniem i niestabilność sterowania.

Błędne przekonanie 3: utożsamianie „N+1” z wysoką dostępnością. Jeśli komponenty takie jak czujniki, sterowniki, systemy dystrybucji mocy lub wspólne rurociągi pozostają pojedynczymi punktami awarii, nadmiarowość istnieje tylko na papierze.

Błędne przekonanie 4: Zakładając, że przetwornica częstotliwości (VFD) automatycznie zapewnia oszczędność energii. Rzeczywiste oszczędności zależą od charakterystyki rezystancji systemu, wartości zadanych, rozmieszczenia czujników i skoordynowanej pracy wielu jednostek.

Błędne przekonanie 5: Traktowanie akceptacji sprzętu jako akceptacji systemu. Sama pompa spełniająca specyfikacje wydajności nie gwarantuje, że będzie w stanie zaspokoić-potrzeby użytkownika końcowego w rzeczywistej sieci rurociągów lub podczas scenariuszy przełączania awaryjnego.

W przypadku dużych-centrów danych-chłodzonych cieczą podstawowa wartość pionowych wielostopniowych pomp odśrodkowych polega na ich zdolności do zapewniania stabilnej różnicy ciśnień przy niewielkich rozmiarach, przy jednoczesnym dostosowaniu się do wahań obciążenia poprzez równoległe konfiguracje pomp i sterowanie-zmienną częstotliwością. Jednak ostatecznie klienci ze strony B- kupują nie tylko „natężenie przepływu i wysokość podnoszenia”, ale możliwość chłodzenia zapewniającą stałą wydajność przez lata eksploatacji.

Dojrzałe rozwiązanie musi spełniać cztery kluczowe wymagania: utrzymanie chłodzenia obciążeń krytycznych pomimo pojedynczego punktu awarii; utrzymywanie rozsądnej wydajności w rzeczywistych profilach obciążenia; minimalizowanie przestojów związanych z modernizacją podczas stopniowego zwiększania wydajności; oraz umożliwienie szybkiej lokalizacji usterek i przywracania działania w przypadku anomalii. Tylko poprzez włączenie tych celów do specyfikacji projektowych, warunków zamówienia, zintegrowanych protokołów przekazania do eksploatacji oraz założeń obsługi i konserwacji pionowa wielostopniowa pompa odśrodkowa może przekształcić się ze zwykłego urządzenia w niezawodny zasób, który wspiera stały rozwój operacji obliczeniowych.