Как сравнить чиллеры для центров обработки данных?

21 августа 2017
Каждый проектировщик/консультант или клиент знаком с этой проблемой. После того, как было принято решение о покупке системы, начинается процесс торгов, и вы сталкиваетесь с задачей выбора,- какой продукт наиболее подходит для этого проекта.

В данной статье рассматривается вопрос о том, какие технические данные можно использовать для сравнения оборудования, и как мы можем относительно легко подвергнуть сомнению или подтвердить достоверность этих данных.

Прежде чем мы начнем, сначала нужно четко уяснить, в чем основной вопрос. Каковы наиболее важные факторы для моего проекта? Сосредоточено ли основное внимание на капитальных расходах (CapEx), операционных расходах (OpEx), уровнях шума или на самой простой интеграции в существующую систему? Сравнение капитальных затрат является относительно простым. Однако очень важно обеспечить, чтобы обе машины имели одно и то же оснащение. Предлагает ли стандартная версия чиллера что-то, что доступно только в качестве дополнительной опции в другой модели?

В случае интеграции, ключевым аспектом является сотрудничество с производителем и насколько оно гибкое. Здесь сравнения уже усложняются. Однако, ясно, что некоторые производители являются более гибкими, чем другие. В этом контексте гибкость означает гораздо больше, чем просто добавление к стандартному диапазону опций: она может включать в себя более крупный компрессор с одинаковой площадью основания, адаптацию точек входа нагрузки, особые электрические требования и многое другое.

После того, как мы собрали документацию для одной и той же базовой конфигурации от двух или более производителей, может начаться большое сравнение технических данных. Определенные KPI (ключевые показатели производительности), такие как EER и ESEER, являются популярным средством сравнения. Но насколько они значимы? Чтобы получить большую ясность, давайте сначала определим, что эти две величины означают на самом деле. Прежде всего, здесь объясняется, как они рассчитываются:

Коэффициент энергоэффективности (Energy Efficiency Ratio, EER) =
= Мощность охлаждения/Потребляемая мощность

EER — это отношение мощности охлаждения к потребляемой мощности. Это значение должно быть как можно выше (т.е. чтобы для получения желаемой охлаждающей способности требовалось не так много энергии).

Преимущества Недостатки
Сравнение возможно с той же рабочей точкой. Рассматривается только одна рабочая точка.
Не учитывается эффективность в течение года.
Неточно, потому что не все производители используют одни и те же потребители для своих расчетов (например, насос).

Европейский сезонный коэффициент энергоэффективности (European Seasonal Energy Efficiency Ratio, ESEER) = 0,03•EER1+0,33•EER2+0,41•EER3+0,23•EER4
где значения EER1 — EER4 должны быть измерены при параметрах из нижеприведенной таблицы с весовым коэффициентом, показывающим длительность периода работы при соответствующей нагрузке:

Нагрузка, % Весовой коэффициент EER Внешняя температура
100,00% 0.03 35 °C
75,00% 0.33 30 °C
50,00% 0.41 25 °C
25,00% 0.23 20 °C

Оба этих KPI предоставляют только ограниченную информацию об эффективности чиллера в дата-центре. Одним из вариантов было бы сравнение эксплуатационных расходов за год в целом, включая все данные, относящиеся к конкретным проектам. Этот метод основан на профиле погоды в соответствующем месте, поэтому он учитывает поведение в широком температурном диапазоне и во всех режимах работы (DX, MIX, FC). При сравнении эксплуатационных расходов важно обеспечить, чтобы расчеты основывались на одном и том же температурном профиле. В противном случае могут возникнуть значительные расхождения. Длительная работа при низких температурах значительно улучшает статистику.

Могу ли я полагаться на технические данные, или я могу пролить больше света на них? Иногда нам приходится подвергать сомнению технические данные. Более внимательный взгляд имеет смысл, когда разница в цене значительна и технические данные очень похожи.

Какие компоненты установлены?

Прежде всего, нам нужно проверить, какие компоненты и от каких производителей были установлены. Будет много перекрытий. Но даже здесь это стоит поставить под микроскоп. Зачем? Потому что чиллер — сложная система, а не один компонент. Поэтому важно гармоничное взаимодействие между отдельными компонентами. Возьмите компрессор, например: даже если в обоих чиллерах будет установлен один и тот же компрессор, важным является его окружение. В каждом чиллере, наряду с компрессором, также есть испаритель и конденсатор.

Так в чем же разница? Температура испарения и температура конденсации являются опорными переменными для потребления энергии и рабочих характеристик компрессора. Таким образом, вы можете видеть, что есть прямое влияние. Температура испарения должна быть как можно выше, а температура конденсации должна быть как можно ниже. Разница между температурой испарения и конденсации — это путь, так сказать, который хладагент должен пройти с помощью компрессора. Каждый кельвин, который можно сохранить здесь, означает для компрессора экономию энергии на 3-5%. Но как можно получить низкую температуру конденсации и высокую температуру испарения? Обе характеристики зависят от дизайна и материала. Как для испарителя, так и для конденсатора,

Q = A • k •ΔT
где A площадь поверхности в м2,
k коэффициент теплопередачи
ΔT — это разница выходной и входной температур охлажденной воды.

Эта формула демонстрирует, что и материал, и размер/площадь являются решающими факторами. В этом случае размер имеет значение. Следовательно, взгляд на технический чертеж чиллера уже может помочь нам определить, являются ли данные правдоподобными. Может ли чиллер с меньшей площадью поверхности конденсатора иметь более низкую температуру конденсации и лучшую энергоэффективность? Как правило, ответ НЕТ.

Это же правило применимо к Free Cooling. Чем больше моя свободная охлаждающая поверхность, т.е. теплообменник Свободного Охлаждения, тем скорее система может переключиться в режим свободного охлаждения. Здесь также имеет значение размер, и правдоподобие можно проверить, просто взглянув на рисунок.

Падение давления

Таблицы содержат еще одну характеристику, которую часто не просто сравнивать: падение давления. Падение давления определяет, насколько большим должен быть насос охлажденной воды. Если общее падение давления намного выше, возможно, насос охлажденной воды должен быть больше. Даже если насос вносит приблизительно 10% затрат на энергию в системе охлажденной воды, с учетом всего жизненного цикла может быть достигнута большая экономия. Почему эти характеристики часто трудно сравнивать? Потому что не все производители рассчитывают свои данные на той же основе. Например, производитель А может указывать только перепады давления на испарителе, в то время как производитель В определяет общее падение давления во всем чиллере, включая трубопроводы охлажденной воды. Здесь следует проявлять осторожность.

В дополнение к энергоэффективности, тема шума также становится все более актуальной (см. также сообщение в блоге о охлаждении центра обработки данных с низким уровнем шума).

Здесь также простое сравнение может показать, являются ли данные правильными. Производитель A и производитель B предоставляют разные данные о шуме. Какое значение они сравнивают? Звуковое давление или уровень звуковой мощности? Какая разница? Звуковое давление в значительной степени зависит от акустических свойств окружающей среды. Кроме того, это ставит вопрос о том, как и при каких условиях эти измерения имели место. Как мы видим, подлинное сравнение на этой основе невозможно. Поскольку уровень звуковой мощности не зависит от акустических свойств окружающей среды, он характерен для рассматриваемого оборудования и поэтому является единственным допустимым значением, которое должно использоваться для серьезного сравнения.

Если сравнивать эти значения, относительно просто проверить, являются ли данные реалистичными. Для чиллеров в большинстве случаев преобладает шум вентилятора. Поэтому нам нужно более внимательно рассмотреть вентилятор и связанные с ним данные. Каков диаметр вентилятора? И сколько оборотов в минуту требуется для создания данного воздушного потока? Меньший вентилятор вряд ли сможет обеспечить тот же поток воздуха с меньшим потреблением энергии и меньшим шумом.

Является ли вентилятор AC или EC-моделью? Если это вентилятор EC, мы должны спросить, какова его скорость в рабочей точке. Если он работает при полной нагрузке, он не дает никаких преимуществ перед вентилятором переменного тока, так как он обеспечивает максимальную экономию в режиме частичной нагрузки.

Последнее, но не менее важное …

Также необходимо учитывать интеграцию чиллера в системе. Как упоминалось выше, здесь учитывается гибкость производителя. Тем не менее, дополнительные опции и ограничения могут также играть определенную роль. Если требуется слишком много электрических принадлежностей, часто требуется внешний распределительный шкаф. Это жизненно важно, потому что это также увеличивает как CapEx (которые напрямую не связаны с чиллером), так и занимаемое пространство, поскольку необходимо найти пространство под этот внешний шкаф. Если все помещается внутри распределительного шкафа чиллера, установка значительно упрощается.

Другим аспектом в этой связи является поведение чиллера во время и сразу после отключения электроэнергии — наихудший сценарий для каждого оператора ЦОД! Как быстро чиллер сможет вернуться к 100%-ной холодопроизводительности? Насколько гибко это происходит при переключении между двумя сетями? Как быстро его можно переключить? Насколько высока может быть температура воды для его перезапуска без проблем? Каковы рабочие ограничения? Можно ли экономить расход буферного резервуара с помощью широкого спектра приложений? В лучшем случае резервуар может быть меньше, потому что чиллер может стартовать без проблем, несмотря на высокие температуры воды.

Так что же делать?

Чтобы сравнить эффективность использования энергии, используйте эксплуатационные расходы, основанные на одном и том же профиле погоды.
Проверьте правильность технических данных.
Просматривайте рисунки и проконсультируйтесь с ними для сравнения.
Всегда учитывайте систему в целом и все различные влияющие факторы.

http://www.ejarn.com/news.aspx?ID=46583