Branża centrów danych nieustannie buduje coraz większe obiekty, aby sprostać zapotrzebowaniu na przepustowość, a jednocześnie podejmuje działania mające na celu znaczne ograniczenie wpływu centrów danych na środowisko.
Firmy takie jak Vertiv projektują z myślą o zrównoważonym rozwoju, tworząc rozwiązania dla centrów danych, które pomagają zaspokajać obecne potrzeby bez ograniczania możliwości przyszłych pokoleń w zaspokajaniu ich własnych potrzeb. Systemy wody lodowej mogą odgrywać ważną rolę w tej ewolucji. Umożliwiają one właścicielom i operatorom tworzenie nowych centrów danych, które skutecznie ograniczają zarówno emisje bezpośrednie, jak i pośrednie, uwzględniane w wskaźniku całkowitego równoważnego wpływu na ocieplenie (TEWI).
Zrozumienie działania systemu wody lodowej
W systemie wody lodowej agregaty chłodnicze (urządzenia klimatyzacyjne do serwerowni – CRAH) są podłączone do agregatu chłodniczego znajdującego się poza centrum danych, który dostarcza wodę lodową wykorzystywaną przez te agregaty. Ciepła woda z agregatów chłodniczych jest pompowana z powrotem do agregatu chłodniczego, gdzie ciepło jest odprowadzane z wody przez system chłodniczy, a następnie zimna woda wraca do centrali wentylacyjno-klimatyzacyjnej.
1. Vertiv™ Liebert® AFC – Screw i Inverter Screw z czynnikiem chłodniczym o niskim współczynniku GWP
Firma Vertiv zaprojektowała swoje systemy chłodzenia centrów danych z wykorzystaniem wody lodowej do zastosowań wewnętrznych tak, aby wyznaczyć nowe standardy wydajności oraz zapewnić ciągłość chłodzenia dla obciążeń o znaczeniu krytycznym.
Rozwiązania w zakresie chłodzenia obwodowego pozwalają również sprostać wymaganiom w przypadku zastosowań bez podłogi podniesionej, uwzględniając czynniki biznesowe i techniczne, takie jak ograniczona powierzchnia, zapewnienie odpowiedniej temperatury i warunków pracy, poprawa bezpieczeństwa, zwiększenie wydajności oraz uproszczenie wdrożenia.
Ponadto systemy kontroli instalacji chłodniczych pozwalają zmaksymalizować wydajność systemu wody lodowej, optymalizując jego działanie jako całości poprzez koordynację pracy jednostek zewnętrznych z jednostkami wewnętrznymi.
Wymienniki ciepła w tylnych drzwiach to dojrzała technologia, która stanowi realne rozwiązanie zarządzania gęstościami powyżej 20 kW. Systemy te mogą stanowić podstawę hybrydowego podejścia do chłodzenia centrów danych, w którym działają systemy chłodzenia cieczą i powietrzem.
Kolejnym etapem tej ewolucji jest przejście na bezpośrednie chłodzenie cieczą, które dostarcza wysokiej jakości płyn do szaf, precyzyjnie kontrolując temperaturę, ciśnienie i natężenie przepływu w celu maksymalizacji wydajności i zaspokojenia zapotrzebowania na chłodzenie.
Modułowe centra przetwarzania danych to prefabrykowane i znormalizowane budynki wyposażone w systemy zasilania i chłodzenia, w których znajdują się serwery i urządzenia sieciowe. Do rodzajów modułowych centrów danych zaliczają się centra danych w kontenerach, prefabrykowane hale serwerowe oraz prefabrykowane moduły zasilania i chłodzenia. Nasza rodzina produktów SmartMod™ obejmuje właśnie takie modułowe centra danych, które mogą mieć postać rozwiązania z jednym modułem – o mocy 100 kW dla infrastruktury IT i 12 szaf serwerowych – aż po rozwiązanie z dwoma modułami, oferujące moc do 210 kW oraz chłodzenie za pomocą systemu DX lub wody lodowej.
Vertiv™ SmartMod™ Max CW rozszerza możliwości istniejącej już platformy SmartMod™ na większe wdrożenia. Możesz szybko osiągnąć swoje cele, nie przekraczając budżetu ani nie budując nadmiernych mocy w oparciu o niepewne przyszłe potrzeby. SmartMod™ Max CW to dwumodułowe, typu „wszystko w jednym” centrum danych, które najlepiej pasuje do wdrożeń IT o mocy do 210kW i do 24 szaf IT. W konfiguracji obejmującej dwa rzędy szaf system wykorzystuje systemy izolacji gorących korytarzy w celu zapewnienia optymalnej wydajności oraz wodę chłodzoną jako system zarządzania temperaturą.
Analyzing the environmental impact of chilled water systems
Sustainability has become one of the most important strategies for businesses and government organizations and will be a major force shaping the future. Chilled Water systems can play a major role in improving the carbon profile of data centers considering, in many facilities, approximately 25-35% of data center energy consumption can be attributed to air conditioning.
What are Direct Emissions
Direct emissions are related to a direct release into the atmosphere due, for example, to a leakage of a refrigerant fluid that can have a significant greenhouse effect, thus increasing the average global temperature.
Why chilled water systems are effective at reducing direct emissions?
-
Limited overall refrigerant charge per kilowatt (kW) of cooling. In some cases, the refrigerant may not even be required with data centers located in cold climates where heat is released through drycoolers or cooling towers.
-
The refrigerant is stored in the chiller units located outside the datacenter. The refrigerant circuit is also typically tested in the factory to exclude leakages, and further tested on-site after installation. This minimizes the potential risk of refrigerant losses.
-
Use of a range of refrigerants to limit the impact on the atmosphere, including hydrofluoro-olefin (HFO) and HFO-blended refrigerants that have a much lower GWP than traditional refrigerants.
What are Indirect Emissions
Indirect emissions take into account the production of electricity used by the system during its operation.
The more efficiently a unit operates, the less energy is required and the lower is its impact on indirect emissions.
Why chilled water systems are effective at reducing indirect emissions?
-
Inverter-driven compressors: to achieve higher efficiency levels, especially at partial loads cutting down electricity consumption.
-
Freecooling technology: it allows the cooling of the system without activation of the compressor.
-
Adiabatic technology: it additionally improves the efficiency as the ambient air is cooled down by passing through wet pads. It is then delivered at a lower temperature, achieving a higher freecooling capacity of the chiller and a more efficient operation of the compressor.
-
Onboard unit controller: it enables the use of water whenever strictly needed preventing water from being wasted.
-
Chilled plant manager control technology coordinates the operation of all the units and their main components allowing the integration and the coordination of the working mode between units and the main components.
Metrics: How to calculate the impact of chilled water solutions
With effective use of low-GWP refrigerants, minimal risk of leaking, and a low pPUE and WUE, chilled water systems provide low impact thermal management both for raised floor and non-raised floor data centers.
The combination of low TEWI and low WUE makes chilled water systems one of the most sustainable choices for data center thermal management in terms of energy and water efficiency.
pPUE
pPUE - Partial Power Usage Effectiveness is ratio between the sum of energy used by the IT load and the cooling system divided by the energy used by the IT load. The lower the value, the more efficient the cooling system.
A pPUE of 1 would represent a data center in which every watt of energy is being used by IT equipment and the cooling system uses no energy.
Today’s Vertiv chilled water systems have the potential to support pPUE values lower than 1.1.
WUE
WUE – is the ratio between the annual site water usage in liters divided by the IT equipment energy usage in kilowatt-hours (kWh).
This metric is particularly valuable for those operating in a high stress water region.
Vertiv chilled water solutions use onboard controllers to enable the use of water strictly when needed based on redundancy, efficiency, or cooling demand. The controller’s primary job is to prevent water from being wasted, reducing the WUE of the data center.
TEWI
TEWI is the algebraic sum defined under the Montreal Protocol, which represents the direct and indirect effects of the total carbon emissions of a cooling technology through its operating cycle.
It serves as a valuable metric in evaluating how well a particular cooling system can support the move to carbon neutrality because it encompasses both the role of refrigerants and the energy consumed by the system.
Legend:
GWP = Global warming potential (CO2 eq. kg)
L = Leakage rate per year (kg/year)
n = System operating time (years)
m = Refrigerant charge (kg)
αrecovery = Recycling factor
Eannual = Energy consumption per year (kWh)
β = CO2 emission per kWh
Optymalizacja systemów wody lodowej
Poniżej przedstawiono strategie optymalizacji, które pomagają systemom wody lodowej osiągnąć doskonałą wydajność
Wzrost temperatury powietrza i wody
Przejdź od agregatów chłodniczych do bardziej zaawansowanych agregatów z freecoolingiem.
W ciągu zaledwie kilku lat temperatura powietrza wlotowego i wody znacznie wzrosła. Pozwala to na zwiększenie wykorzystania technologii free-coolingu, które mogą wykorzystywać zimne temperatury powietrza zewnętrznego jako główne źródło chłodzenia, ograniczając wykorzystanie sprężarki do pokrycia szczytów występujących w najgorętszych okresach roku.
Optymalizacja sterowania systemem wody lodowej jako całości
Korzystaj z zaawansowanego oprogramowania do monitorowania i sterowania temperaturą, takiego jak Vertiv™ Liebert® iCOM™-S.
Aby zmaksymalizować wydajność systemu wody lodowej, ważne jest, aby rozważyć system jako całość poprzez koordynację pracy jednostek. Zastosowanie systemu zarządzania wodą lodową, takiego jak Vertiv™ Liebert® iCOM™-S, umożliwia koordynację pracy wszystkich jednostek:
- zmniejszenie zużycia pomp
- zwiększenie temperatury powrotu płynu do agregatów chłodniczych
- optymalizacja temperatury roboczej wody.
Ulepszona technologia kompresorowa
Stosowanie sprężarek z falownikiem.
W centrum danych znajdującym się w łagodnym klimacie duża część całkowitego pochłaniania energii jest spowodowana przez sprężarkę agregatu chłodniczego. Zastosowanie innowacyjnych i wydajnych technologii sprężarek z inwerterem może zatem pomóc w osiągnięciu poprawy wydajności sprężarki. Agregaty wody lodowej z freecoolingiem, które wykorzystują sprężarki śrubowe napędzane inwerterem, zwiększają wydajność energetyczną systemów wody lodowej, a w konsekwencji zmniejszają zużycie energii elektrycznej.
Układ odzysku ciepła
Wychwytywanie i ponowne wykorzystywanie ciepła odpadowego oddawanego przez sprzęt IT i systemy chłodzenia.
Odzysk ciepła może zwiększyć wydajność systemu wody lodowej, umożliwiając ponowne wykorzystanie ciepła wychwytywanego z centrum danych do innych celów. Zamiast jedynie chłodzić obciążenie cieplne, ciepło jest skutecznie przechwytywane przez system, aby spełnić potrzeby cieplne innych części obiektu, sąsiednich budynków czy sieci ciepłowniczej.
Chłodzenie i przechowywanie
Dodaj zbiorniki zimnej wody.
Zbiorniki do magazynowania zimnej wody stanowią skuteczny sposób na zmniejszenie zużycia energii, ponieważ pełnią one funkcję magazynów energii cieplnej (TES), co pomaga odciążyć elektrownie w okresach szczytowego zapotrzebowania. Zakłady zwiększają w nocy wydajność swoich systemów chłodniczych w celu wytwarzania zimnej wody, korzystając z niższych stawek za energię elektryczną obowiązujących w nocy. Te zakłady wykorzystują zmagazynowaną moc chłodniczą do chłodzenia w ciągu dnia.
