Aplikácia vertikálnych viacstupňových odstredivých čerpadiel vo veľkých{0}}kvapalných{1}}chladených dátových centrách

Zhrnutie rozhodnutia|V prípade veľkých{0}}kvapalín chladených{1}}dátových centier nie je výber čerpadla len záležitosťou obstarávania jednotlivých jednotiek; ide o rozhodnutie, ktoré vyvažuje dostupnosť chladenia, spotrebu energie v súvislosti s PUE-, škálovateľnosť a prevádzkovú zložitosť. Výhody vertikálnych viacstupňových odstredivých čerpadiel sa premietajú do kvantifikovateľnej obchodnej hodnoty len vtedy, keď sú podporované vhodnými systémovými hranicami, redundantnými architektúrami a riadiacimi stratégiami.

Keďže výpočtové klastre s vysokou{0}}hustotou zvyšujú tepelné zaťaženie každého stojana, riešenia kvapalného chladenia-ako je chladenie-doskovým a ponorným chladením-prenášajú teplo priamo do vodného-systému zariadenia. Pre podnikových klientov sa slučka cirkulácie chladiacej vody vyvinula z obyčajného pomocného systému na základný kameň kontinuity podnikania; Akákoľvek nestabilita prietoku alebo rozdielového tlaku neovplyvňuje iba úroveň komfortu, ale vedie k škrteniu servera, systémovým alarmom alebo dokonca k výpadkom služieb.

Vertikálne viacstupňové odstredivé čerpadlávyužívajú viacero obežných kolies na dosiahnutie vysokej dopravnej výšky v rámci kompaktného pôdorysu, vďaka čomu sú ideálne pre scenáre s obmedzeným podlahovým priestorom, vysokým odporom potrubného systému a požiadavkou na stabilný diferenciálny tlak. Ich vertikálna konfigurácia uľahčuje integrované usporiadanie, zatiaľ čo paralelné usporiadanie čerpadiel a ovládanie s variabilným{1}}frekvenčným pohonom (VFD) je možné jednoducho začleniť do modulárnych chladiacich staníc. Vhodnosť však neznamená aplikáciu „jednej{3}}veľkosti{4}}pre-všetkých“: jednoduchý výber veľkého čerpadla na základe špičkového prietoku a maximálnej dopravnej výšky môže spôsobiť, že systém bude pracovať mimo svojho vysoko-rozsahu účinnosti počas dlhších časových období pri nízkom-zaťažení, čím sa zníži spotreba energie-úspory v cykle, časté{8}}úspory pri štartovaní a{8}}úspory pri spustení{8} neefektívnosť.

Spoľahlivosť je prvoradá. Konštrukcia systému čerpadla by mala byť v súlade so systémovou SLA a nie jednoducho označená ako „N+1.“ Vyžaduje sa ďalšie overenie, aby sa zaistilo, že po zlyhaní ktoréhokoľvek fungujúceho čerpadla sa záložné čerpadlo môže automaticky zapnúť v rámci povoleného časového rámca; že kolísanie tlaku počas prepínania nespustí ochranné mechanizmy na strane CDU alebo servera; a že nezostali žiadne jednotlivé body zlyhania týkajúce sa spätných ventilov, frekvenčných meničov (VFD), snímačov, riadiacich zdrojov napájania alebo spoločných zberačov. Pre kritické prevádzkové oblasti možno použiť stratégie, ako sú konfigurácie paralelných čerpadiel, rotačná prevádzka, zónové zásobovanie vodou alebo systémy s dvojitým{3}}hlavičom, pričom do integrovaného procesu uvádzania do prevádzky a akceptácie sú zahrnuté simulácie porúch.

Zaťaženie dátových centier počas roka kolíše. Náklady na elektrickú energiu sú primárne určené súhrnnou účinnosťou čerpadiel v rôznych rozsahoch zaťaženia a schopnosťou riadiaceho systému udržiavať prevádzkové body v blízkosti zóny vysokej-účinnosti. Hodnotenia obstarávania by sa mali zamerať skôr na „ročnú spotrebu energie“ než na účinnosť v jednom menovanom bode; to zahŕňa výpočet vstupného výkonu na základe typických profilov záťaže-hodín naprieč rôznymi prietokmi, dopravnými výškami a počtom paralelných čerpadiel, pričom sa zohľadňuje aj účinnosť motora, straty pohonu s premenlivou frekvenciou (VFD), straty pri škrtení ventilov a nadmerné nastavenia rozdielu tlaku. Dobre{5}}navrhnutá stratégia kombinujúca postupné radenie čerpadiel s koordináciou VFD vo všeobecnosti ponúka väčšiu stabilitu ako prevádzka jedného veľkého čerpadla pri nízkej frekvencii počas dlhších období a lepšie sa prispôsobuje zmenám zaťaženia spojeným s fázovou konštrukciou.

Veľké{0}}kvapalne chladené{1}}dátové centrá sa často dodávajú vo fázach. Čerpacie stanice by mali zahŕňať ustanovenia pre budúce pripojenia, riadiacu kapacitu a primerané hydraulické rezervy-bez toho, aby tieto rezervy viedli k dlhodobej-neefektívnosti prevádzky. Najlepším prístupom je rozdelenie maximálnej stupnice na replikovateľné moduly, pričom každý modul definuje návrhový prietok, povolený pokles tlaku, počet čerpacích jednotiek a hranice riadenia; ďalšie moduly alebo čerpacie jednotky rovnakej špecifikácie môžu byť pridané, keď budú nové serverové haly online. Táto stratégia zabraňuje neefektívnosti „nadrozmerných zariadení pre malé zaťaženie“ počas počiatočnej fázy a zároveň zmierňuje riziká spojené s úpravou hlavného potrubia a vykonávaním prerušenia systému počas nasledujúcich rozširovaní.

Udržiavateľnosť zariadenia priamo ovplyvňuje strednú dobu opravy (MTTR). Hoci vertikálne viacstupňové čerpadlá majú malú pôdorysnú plochu, usporiadanie miesta musí stále počítať so zdvíhacou vzdialenosťou motora, prístupovými cestami pre výmenu mechanického tesnenia, priestorom na demontáž spojky, odvodnením základne a izolačnými opatreniami pre údržbu. Monitorovacie body by mali pokrývať minimálne vstupný a výstupný tlak, diferenčný tlak, prietok, prúd motora, vibrácie a teploty ložísk alebo motora; údaje z kritických bodov by mali byť integrované do BMS alebo DCIM. Namiesto jednoduchej inštalácie viacerých senzorov je dôležitejšie stanoviť prahové hodnoty alarmov, základné línie trendov a protokoly odozvy, čo umožní personálu prevádzky a údržby rozlišovať medzi problémami, ako je upchatie sitka, anomálie ventilov, riziká kavitácie a degradácia zariadenia.

Pri komerčných hodnoteniach B2B by sa náklady mali rozdeliť na vybavenie, inštaláciu a uvedenie do prevádzky, spotrebu energie, plánovanú údržbu, náhradné diely, straty v dôsledku prestojov a rozšírenie kapacity alebo modernizáciu. V prípade čerpacích staníc prevádzkovaných celoročne-spotreba energie a riziko prestojov si často vyžadujú väčšiu pozornosť ako počiatočný cenový rozdiel. Preto by sa od dodávateľov malo vyžadovať, aby poskytli výkonnostné krivky, prípustné prevádzkové rozsahy, údaje o účinnosti, špecifikácie vibrácií a hluku, podrobnosti o materiáloch a tesnení, zoznamy náhradných dielov a záväzky týkajúce sa servisu, ako aj jasne definovali akceptačné a opravné mechanizmy pre prípady, keď sa výkon odchyľuje od garantovaných hodnôt.

Najprv jasne definujte hranice dizajnu.
Vstupné parametre musia zahŕňať minimálne: prúdové a konečné zaťaženie IT; teploty prívodu a spiatočky; návrhový teplotný rozdiel; prietoky pre každú vetvu; pokles tlaku v najkritickejšom okruhu; prípustné tlakové limity pre zariadenia a potrubia; a požiadavky na zloženie tekutín a kvalitu vody. Prietok je zvyčajne určený tepelným zaťažením a teplotným rozdielom, zatiaľ čo výška čerpadla by sa mala vypočítať na základe skutočného odporu potrubí, ventilov, výmenníkov tepla a koncových jednotiek. Výška budovy by sa nemala používať ako jednoduchá náhrada za hlavu uzavretého-systému, ani by sa neistoty nemali mechanicky spájať do príliš vysokého bezpečnostného faktora.

Po druhé, uistite sa, že prevádzkové body pokrývajú skutočný profil zaťaženia.
Označte minimálne, typické a špičkové prevádzkové podmienky na krivke čerpadla; overiť, či tieto body spadajú do prípustného nepretržitého prevádzkového rozsahu výrobcu; a vyhodnotiť čistú pozitívnu saciu hlavu (NPSH). Nízkofrekvenčná prevádzka vyžaduje pozornosť odvádzaniu tepla motora, minimálnym prietokom, stabilite riadenia a mechanickej rezonancii. V prípade konfigurácií paralelných čerpadiel analyzujte prevádzkové body a účinnosť pre scenáre s jedným-čerpadlami, dvoma{4}}čerpadlami a viacerými-čerpadlami. Nastavenia frekvenčného meniča (VFD) musia byť v súlade s umiestnením snímača rozdielu tlaku; umiestnenie snímača príliš blízko k čerpadlu môže mať za následok nadmerný koncový diferenciálny tlak a zbytočnú spotrebu energie.

Po tretie, zarovnajte materiály a tesnenia s kvalitou vody.
Mokré diely z nehrdzavejúcej ocele vo všeobecnosti zvyšujú čistotu a odolnosť proti korózii, ale konečný výber musí brať do úvahy hladiny chloridových iónov, koncentrácie glykolu (etylénu alebo propylénu), hodnoty pH, prevádzkové teploty a metódu úpravy vody. Materiály pre mechanické upchávky a O-krúžky, ako aj podmienky mazania musia byť kompatibilné s tekutým médiom. Ak je systém veľmi citlivý na častice, nainštalujte vhodnú filtráciu pred čerpadlom a monitorujte diferenčný tlak, aby ste predišli nesprávnej diagnostike problémov s upchávaním ako nedostatočnej kapacity čerpadla.

Po štvrté, zabezpečte, aby boli kontrolné stratégie testovateľné.
Definujte konkrétne prevádzkové režimy, ako je normálna prevádzka, nízka záťaž, rozšírenie systému, porucha{0}}jednoho čerpadla, porucha snímača, obnovenie napájania a požiarne/núdzové režimy. Logika ovládania by mala zahŕňať mäkké spustenie, radenie čerpadiel (prepínanie počtu aktívnych čerpadiel), anti-cyklovanie (zabránenie častému spúšťaniu/zastavovaniu), vyrovnávanie doby chodu, ochranu minimálneho prietoku a pravidelné samočinné-testovanie čerpadiel v pohotovostnom režime. Po dodaní musí overenie presahovať rámec jednoduchého potvrdenia chodu čerpadla; musí tiež overiť časy obnovenia diferenčného tlaku, rozsahy kolísania, hlásenie alarmov a možnosti manuálneho ovládania v rôznych scenároch.

Mylná predstava 1: Porovnáva sa len kúpna cena. Ignorovanie faktorov, ako je spotreba energie, straty v dôsledku prestojov a dodacie lehoty náhradných dielov, môže zmeniť nízko{1}}nákladové zariadenie na vysoko{2}}nákladové aktívum.

Mylná predstava 2: Použitie nadmerných bezpečnostných rezerv na základe špičkových prevádzkových podmienok. To spôsobuje, že sa prevádzkový bod neustále odchyľuje od zóny vysokej{1}}účinnosti, čo má za následok hluk, vibrácie, straty pri škrtení a nestabilitu riadenia.

Mylná predstava 3: Prirovnanie „N+1“ k vysokej dostupnosti. Ak komponenty, ako sú snímače, ovládače, rozvody energie alebo spoločné potrubia, zostanú jediným bodom zlyhania, redundancia existuje iba na papieri.

Mylná predstava 4: Za predpokladu, že pohon s premenlivou frekvenciou (VFD) automaticky zabezpečuje úsporu energie. Skutočné úspory závisia od charakteristík odporu systému, nastavených hodnôt, umiestnenia snímača a koordinovanej prevádzky viacerých jednotiek.

Mylná predstava 5: Prijatie zariadenia sa považuje za prijatie systému. Čerpadlo, ktoré spĺňa špecifikácie výkonu samostatne, nezaručuje, že dokáže uspokojiť požiadavky koncového{1}}užívateľa v rámci skutočnej potrubnej siete alebo počas scenárov zlyhania.

V prípade veľkých{0}}kvapalín chladených{1}}dátových centier spočíva základná hodnota vertikálnych viacstupňových odstredivých čerpadiel v ich schopnosti poskytovať stabilný rozdielový tlak s kompaktným pôdorysom a zároveň sa prispôsobovať kolísaniu zaťaženia prostredníctvom paralelných konfigurácií čerpadiel a variabilného{2}}riadenia frekvencie. To, čo zákazníci na strane B-v konečnom dôsledku kupujú, nie je len „prietok a dopravná výška“, ale aj schopnosť chladenia, ktorá poskytuje konzistentný výkon počas rokov prevádzky.

Vyspelé riešenie musí spĺňať štyri kľúčové požiadavky: zachovanie chladenia pre kritické záťaže napriek akémukoľvek jedinému bodu zlyhania; udržanie primeranej účinnosti v rámci skutočných profilov zaťaženia; minimalizácia prestojov pri dodatočnej montáži počas postupného rozširovania kapacity; a umožnenie rýchlej lokalizácie chyby a obnovy počas anomálií. Iba začlenením týchto cieľov do špecifikácií dizajnu, podmienok obstarávania, integrovaných protokolov uvádzania do prevádzky a základných línií O&M sa môže vertikálne viacstupňové odstredivé čerpadlo vyvinúť z obyčajnej časti zariadenia na spoľahlivé aktívum, ktoré podporuje stabilný rast výpočtových operácií.