Εφαρμογή κάθετων πολυβάθμιων φυγόκεντρων αντλιών σε μεγάλης κλίμακας-υγρό-ψυκτικά κέντρα δεδομένων

Περίληψη απόφασης|Για κέντρα δεδομένων μεγάλης κλίμακας-με υγρή-ψύξη, η επιλογή αντλίας δεν είναι απλώς θέμα προμήθειας μεμονωμένων μονάδων. Είναι μια απόφαση που εξισορροπεί τη διαθεσιμότητα ψύξης, την κατανάλωση ενέργειας που σχετίζεται με το PUE-, την επεκτασιμότητα και τη λειτουργική πολυπλοκότητα. Τα πλεονεκτήματα των κάθετων φυγόκεντρων αντλιών πολλαπλών σταδίων μεταφράζονται σε μετρήσιμη επιχειρηματική αξία μόνο όταν υποστηρίζονται από κατάλληλα όρια συστήματος, περιττές αρχιτεκτονικές και στρατηγικές ελέγχου.

Καθώς τα συμπλέγματα υπολογιστών υψηλής-πυκνότητας αυξάνουν τα θερμικά φορτία ανά ράφι, οι λύσεις υγρής ψύξης-όπως η ψυχρή-ψύξη πλάκας και η ψύξη εμβάπτισης-μεταφέρουν τη θερμότητα πιο άμεσα στο πλευρικό σύστημα νερού της εγκατάστασης-. Για τους εταιρικούς πελάτες, ο βρόχος κυκλοφορίας του νερού ψύξης έχει εξελιχθεί από ένα απλό βοηθητικό σύστημα σε ακρογωνιαίο λίθο της επιχειρηματικής συνέχειας. Οποιαδήποτε αστάθεια στον ρυθμό ροής ή τη διαφορική πίεση δεν επηρεάζει απλώς τα επίπεδα άνεσης, αλλά οδηγεί σε στραγγαλισμό του διακομιστή, συναγερμούς συστήματος ή ακόμα και διακοπές λειτουργίας.

Κάθετες πολυβάθμιες φυγόκεντρες αντλίεςΧρησιμοποιήστε πολλαπλές πτερωτές για να επιτύχετε υψηλή κεφαλή μέσα σε ένα συμπαγές αποτύπωμα, καθιστώντας τις ιδανικές για σενάρια με περιορισμένο χώρο δαπέδου, υψηλή αντίσταση συστήματος σωληνώσεων και απαίτηση για σταθερή διαφορική πίεση. Η κατακόρυφη διαμόρφωσή τους διευκολύνει τις ενσωματωμένες διατάξεις, ενώ οι παράλληλες διατάξεις αντλιών και τα χειριστήρια μεταβλητής{1}}μετακίνησης συχνότητας (VFD) ενσωματώνονται εύκολα σε αρθρωτούς σταθμούς ψύξης. Ωστόσο, η καταλληλότητα δεν συνεπάγεται μια εφαρμογή "ενός μεγέθους-για όλους": η απλή επιλογή μιας μεγάλης αντλίας με βάση τη μέγιστη ροή και τη μέγιστη κεφαλή μπορεί να κάνει το σύστημα να λειτουργεί εκτός του εύρους υψηλής-απόδοσής του για εκτεταμένες περιόδους σε συνθήκες χαμηλού-φορτίου, ακυρώνοντας έτσι τα πλεονεκτήματα εξοικονόμησης ενέργειας. κύκλους και λειτουργική αναποτελεσματικότητα.

Η αξιοπιστία είναι το πρωταρχικό μέλημα. Ο σχεδιασμός του συστήματος αντλίας θα πρέπει να είναι ευθυγραμμισμένος με το σύστημα SLA και όχι απλώς με την ένδειξη "N+1.". Απαιτείται περαιτέρω επαλήθευση για να διασφαλιστεί ότι, μετά από αστοχία οποιασδήποτε αντλίας λειτουργίας, η αντλία αναμονής μπορεί να εμπλακεί αυτόματα εντός του επιτρεπόμενου χρονικού πλαισίου. ότι οι διακυμάνσεις της πίεσης κατά τη μετάβαση δεν ενεργοποιούν μηχανισμούς προστασίας από την πλευρά του CDU ή του διακομιστή. και ότι δεν παραμένουν μεμονωμένα σημεία αστοχίας όσον αφορά τις βαλβίδες αντεπιστροφής, τις μονάδες μεταβλητής συχνότητας (VFD), τους αισθητήρες, τα τροφοδοτικά ελέγχου ή τις κοινές κεφαλίδες. Για κρίσιμες επιχειρησιακές περιοχές, μπορούν να χρησιμοποιηθούν στρατηγικές όπως διαμορφώσεις παράλληλων αντλιών, περιστροφική λειτουργία, παροχή νερού σε ζώνη ή συστήματα διπλής-κεφαλίδας, με προσομοιώσεις αστοχίας ενσωματωμένες στην ολοκληρωμένη διαδικασία θέσης σε λειτουργία και αποδοχής.

Τα φορτία των κέντρων δεδομένων κυμαίνονται κατά τη διάρκεια του έτους. Το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας καθορίζεται κυρίως από τη συνολική απόδοση των αντλιών σε διάφορες περιοχές φορτίου και από την ικανότητα του συστήματος ελέγχου να διατηρεί τα σημεία λειτουργίας κοντά στη ζώνη υψηλής-απόδοσης. Οι αξιολογήσεις των προμηθειών θα πρέπει να επικεντρώνονται στην "ετήσια κατανάλωση ενέργειας" και όχι στην απόδοση σε ένα μόνο ονομαστικό σημείο. Αυτό περιλαμβάνει τον υπολογισμό της ισχύος εισόδου με βάση τυπικά προφίλ φορτίου-ωρών σε ποικίλους ρυθμούς ροής, κεφαλές και αριθμούς παράλληλων αντλιών, ενώ λαμβάνει επίσης υπόψη την απόδοση του κινητήρα, τις απώλειες μετάδοσης μεταβλητής συχνότητας (VFD), τις απώλειες στραγγαλισμού βαλβίδων και τις υπερβολικές ρυθμίσεις διαφορικής πίεσης. Μια καλά σχεδιασμένη-στρατηγική που συνδυάζει τη σταδιακή αλληλουχία αντλιών με τον συντονισμό VFD γενικά προσφέρει μεγαλύτερη σταθερότητα από τη λειτουργία μιας μεμονωμένης μεγάλης αντλίας σε χαμηλή συχνότητα για εκτεταμένες περιόδους και αντιμετωπίζει καλύτερα τις διακυμάνσεις φορτίου που σχετίζονται με τη σταδιακή κατασκευή.

Τα κέντρα δεδομένων-με υγρή-ψύξη μεγάλης κλίμακας συχνά παραδίδονται σε φάσεις. Τα αντλιοστάσια θα πρέπει να ενσωματώνουν διατάξεις για μελλοντικές συνδέσεις, χωρητικότητα ελέγχου και εύλογα υδραυλικά περιθώρια-χωρίς να επιτρέπουν αυτά τα περιθώρια να οδηγούν σε μακροπρόθεσμη-αποτελεσματικότητα λειτουργίας. Μια ανώτερη προσέγγιση είναι η διάσπαση της τελικής κλίμακας σε αναπαραγόμενες μονάδες, με κάθε μονάδα να ορίζει τον ρυθμό ροής σχεδιασμού, την επιτρεπόμενη πτώση πίεσης, τον αριθμό των μονάδων αντλίας και τα όρια ελέγχου. Στη συνέχεια, μπορούν να προστεθούν πρόσθετες μονάδες ή μονάδες αντλιών της ίδιας προδιαγραφής καθώς οι νέες αίθουσες διακομιστών έρχονται στο διαδίκτυο. Αυτή η στρατηγική αποφεύγει την αναποτελεσματικότητα του "υπερμεγέθους εξοπλισμού για μικρό φορτίο" κατά την αρχική φάση, ενώ μετριάζει τους κινδύνους που σχετίζονται με την τροποποίηση των κύριων σωληνώσεων και την εκτέλεση αποκοπών του συστήματος κατά τις επόμενες επεκτάσεις.

Η δυνατότητα συντήρησης του εξοπλισμού επηρεάζει άμεσα τον μέσο χρόνο επισκευής (MTTR). Αν και οι κατακόρυφες αντλίες πολλαπλών σταδίων έχουν μικρό αποτύπωμα, η διάταξη του χώρου πρέπει να λαμβάνει υπόψη το διάκενο ανύψωσης του κινητήρα, τις διαδρομές πρόσβασης για την αντικατάσταση μηχανικής στεγανοποίησης, τον χώρο για την αποσυναρμολόγηση της ζεύξης, την αποστράγγιση βάσης και τις διατάξεις απομόνωσης για συντήρηση. Τα σημεία παρακολούθησης πρέπει να καλύπτουν ελάχιστα την πίεση εισόδου και εξόδου, τη διαφορική πίεση, το ρυθμό ροής, το ρεύμα κινητήρα, τους κραδασμούς και τις θερμοκρασίες έδρασης ή κινητήρα. δεδομένα από κρίσιμα σημεία θα πρέπει να ενσωματωθούν στο BMS ή στο DCIM. Αντί να εγκαταστήσετε απλώς περισσότερους αισθητήρες, είναι πιο σημαντικό να ορίσετε κατώφλια συναγερμού, γραμμές βάσης τάσεων και πρωτόκολλα απόκρισης, επιτρέποντας στο προσωπικό λειτουργίας και συντήρησης να διακρίνει ζητήματα όπως φράξιμο φίλτρου, ανωμαλίες βαλβίδων, κίνδυνοι σπηλαίωσης και υποβάθμιση του εξοπλισμού.

Στις εμπορικές αξιολογήσεις B2B, το κόστος θα πρέπει να αναλυθεί σε εξοπλισμό, εγκατάσταση και θέση σε λειτουργία, κατανάλωση ρεύματος, προγραμματισμένη συντήρηση, ανταλλακτικά, απώλειες λόγω διακοπής λειτουργίας και επέκταση χωρητικότητας ή μετασκευή. Για αντλιοστάσια που λειτουργούν- όλο το χρόνο, η κατανάλωση ενέργειας και ο κίνδυνος διακοπής λειτουργίας συχνά απαιτούν μεγαλύτερη προσοχή από την αρχική διαφορά τιμής. Επομένως, οι προμηθευτές θα πρέπει να υποχρεούνται να παρέχουν καμπύλες απόδοσης, επιτρεπόμενα εύρη λειτουργίας, δεδομένα απόδοσης, προδιαγραφές κραδασμών και θορύβου, λεπτομέρειες για υλικά και σφράγιση, λίστες ανταλλακτικών και δεσμεύσεις απόκρισης υπηρεσιών, καθώς και να ορίζουν με σαφήνεια μηχανισμούς αποδοχής και διόρθωσης για περιπτώσεις όπου η απόδοση αποκλίνει από τις εγγυημένες τιμές.

Πρώτον, καθορίστε με σαφήνεια τα όρια σχεδιασμού.
Οι παράμετροι εισόδου πρέπει να περιλαμβάνουν τουλάχιστον: τρέχοντα και τελικά φορτία IT. θερμοκρασίες τροφοδοσίας και επιστροφής· διαφορά θερμοκρασίας σχεδιασμού. ρυθμούς ροής για κάθε κλάδο· πτώση πίεσης του πιο κρίσιμου κυκλώματος. επιτρεπόμενα όρια πίεσης για εξοπλισμό και σωληνώσεις· σύσταση υγρών και απαιτήσεις ποιότητας νερού. Ο ρυθμός ροής τυπικά καθορίζεται από το θερμικό φορτίο και τη διαφορά θερμοκρασίας, ενώ η κεφαλή της αντλίας θα πρέπει να υπολογίζεται με βάση την πραγματική αντίσταση των σωληνώσεων, των βαλβίδων, των εναλλάκτη θερμότητας και των τερματικών μονάδων. Το ύψος του κτιρίου δεν θα πρέπει να χρησιμοποιείται ως απλός αντιπρόσωπος για την κεφαλή ενός συστήματος κλειστού-βρόχου, ούτε θα πρέπει οι αβεβαιότητες να συγκεντρώνονται μηχανικά σε έναν υπερβολικά υψηλό συντελεστή ασφαλείας.

Δεύτερον, βεβαιωθείτε ότι τα σημεία λειτουργίας καλύπτουν το πραγματικό προφίλ φορτίου.
Σημειώστε τις ελάχιστες, τυπικές και μέγιστες συνθήκες λειτουργίας στην καμπύλη της αντλίας. επαληθεύστε ότι αυτά τα σημεία εμπίπτουν στο επιτρεπόμενο εύρος συνεχούς λειτουργίας του κατασκευαστή· και αξιολογήστε την καθαρή θετική κεφαλή αναρρόφησης (NPSH). Η λειτουργία χαμηλής-συχνότητας απαιτεί προσοχή στην απαγωγή θερμότητας του κινητήρα, στους ελάχιστους ρυθμούς ροής, στη σταθερότητα του ελέγχου και στον μηχανικό συντονισμό. Για διαμορφώσεις παράλληλων αντλιών, αναλύστε τα σημεία λειτουργίας και την απόδοση για σενάρια μονής-αντλίας, διπλής-αντλίας και πολλαπλών-αντλιών. Οι ρυθμίσεις κίνησης μεταβλητής συχνότητας (VFD) πρέπει να ευθυγραμμίζονται με τη θέση του αισθητήρα διαφορικής πίεσης. Η τοποθέτηση του αισθητήρα πολύ κοντά στην αντλία μπορεί να οδηγήσει σε υπερβολική διαφορική πίεση τερματικού και περιττή κατανάλωση ενέργειας.

Τρίτον, ευθυγραμμίστε τα υλικά και τις σφραγίδες με την ποιότητα του νερού.
Τα διαβρεγμένα εξαρτήματα από ανοξείδωτο χάλυβα γενικά ενισχύουν την καθαριότητα και την αντοχή στη διάβρωση, αλλά η τελική επιλογή πρέπει να λαμβάνει υπόψη τα επίπεδα ιόντων χλωρίου, τις συγκεντρώσεις γλυκόλης (αιθυλένιο ή προπυλένιο), τις τιμές pH, τις θερμοκρασίες λειτουργίας και τη μέθοδο του νερού μακιγιάζ. Τα υλικά για μηχανικές στεγανοποιήσεις και δακτυλίους Ο-, καθώς και οι συνθήκες λίπανσης, πρέπει να είναι συμβατά με το ρευστό μέσο. Εάν το σύστημα είναι πολύ ευαίσθητο στα σωματίδια, εγκαταστήστε κατάλληλο φιλτράρισμα ανάντη της αντλίας και παρακολουθήστε τη διαφορική πίεση για να αποφύγετε την εσφαλμένη διάγνωση προβλημάτων απόφραξης ως ανεπαρκούς χωρητικότητας της αντλίας.

Τέταρτον, βεβαιωθείτε ότι οι στρατηγικές ελέγχου είναι ελεγχόμενες.
Καθορίστε συγκεκριμένους τρόπους λειτουργίας, όπως κανονική λειτουργία, χαμηλό φορτίο, επέκταση συστήματος, αποτυχία μεμονωμένης-αντλίας, αστοχία αισθητήρα, αποκατάσταση ισχύος και καταστάσεις πυρκαγιάς/έκτακτης ανάγκης. Η λογική ελέγχου θα πρέπει να περιλαμβάνει την ομαλή εκκίνηση, τη σταδιοποίηση αντλίας (εναλλαγή του αριθμού των ενεργών αντλιών), την αντι-κυκλοφορία (αποτροπή συχνών εκκινήσεων/σταμάτων), την εξισορρόπηση χρόνου εκτέλεσης, την προστασία ελάχιστης ροής και την περιοδική αυτο-δοκιμή των αντλιών αναμονής. Κατά την παράδοση, η επαλήθευση πρέπει να υπερβαίνει την απλή επιβεβαίωση της λειτουργίας της αντλίας. Πρέπει επίσης να επικυρώνει τους χρόνους ανάκτησης διαφορικής πίεσης, τα εύρη διακυμάνσεων, την αναφορά συναγερμού και τις δυνατότητες χειροκίνητης παράκαμψης σε διάφορα σενάρια.

Παρανόηση 1: Σύγκριση μόνο της τιμής αγοράς. Η παράβλεψη παραγόντων όπως η κατανάλωση ενέργειας, οι απώλειες λόγω διακοπής λειτουργίας και οι χρόνοι παράδοσης ανταλλακτικών μπορεί να μετατρέψει τον εξοπλισμό χαμηλού-κόστους σε περιουσιακό στοιχείο υψηλού-κόστους.

Παρανόηση 2: Εφαρμογή υπερβολικών περιθωρίων ασφαλείας με βάση τις συνθήκες αιχμής λειτουργίας. Αυτό προκαλεί το σημείο λειτουργίας να αποκλίνει συνεχώς από τη ζώνη υψηλής-απόδοσης, με αποτέλεσμα θόρυβο, κραδασμούς, απώλειες στραγγαλισμού και αστάθεια ελέγχου.

Παρανόηση 3: Εξίσωση του "N+1" με υψηλή διαθεσιμότητα. Εάν εξαρτήματα όπως αισθητήρες, ελεγκτές, συστήματα διανομής ισχύος ή κοινές σωληνώσεις παραμένουν μεμονωμένα σημεία αστοχίας, ο πλεονασμός υπάρχει μόνο στα χαρτιά.

Παρανόηση 4: Υποθέτοντας ότι η μονάδα μεταβλητής συχνότητας (VFD) εξασφαλίζει αυτόματα εξοικονόμηση ενέργειας. Η πραγματική εξοικονόμηση εξαρτάται από τα χαρακτηριστικά αντίστασης του συστήματος, τα σημεία ρύθμισης, την τοποθέτηση του αισθητήρα και τη συντονισμένη λειτουργία πολλαπλών μονάδων.

Παρανόηση 5: Αντιμετώπιση της αποδοχής εξοπλισμού ως αποδοχής συστήματος. Μια αντλία που πληροί τις προδιαγραφές απόδοσης μεμονωμένα δεν εγγυάται ότι μπορεί να ικανοποιήσει τις απαιτήσεις του τελικού-χρήστη εντός του πραγματικού δικτύου σωληνώσεων ή κατά τη διάρκεια σεναρίων failover.

Για κέντρα δεδομένων μεγάλης κλίμακας-με υγρή-ψύξη, η βασική αξία των κάθετων πολυβάθμιων φυγόκεντρων αντλιών έγκειται στην ικανότητά τους να παρέχουν σταθερή διαφορική πίεση με συμπαγές αποτύπωμα, ενώ προσαρμόζονται στις διακυμάνσεις φορτίου μέσω παράλληλων διαμορφώσεων αντλιών και μεταβλητού- ελέγχου συχνότητας. Ωστόσο, αυτό που αγοράζουν τελικά οι πελάτες B-δεν είναι απλώς "ρυθμός ροής και κεφαλή", αλλά μια δυνατότητα ψύξης που προσφέρει σταθερή απόδοση για χρόνια λειτουργίας.

Μια ώριμη λύση πρέπει να πληροί τέσσερις βασικές απαιτήσεις: διατήρηση της ψύξης για κρίσιμα φορτία παρά οποιοδήποτε σημείο αστοχίας. διατήρηση λογικής απόδοσης σε όλα τα πραγματικά προφίλ φορτίου· ελαχιστοποίηση του χρόνου διακοπής λειτουργίας για μετασκευή κατά τη διάρκεια σταδιακών επεκτάσεων χωρητικότητας· και επιτρέποντας τον γρήγορο εντοπισμό και ανάκτηση σφαλμάτων κατά τη διάρκεια ανωμαλιών. Μόνο με την ενσωμάτωση αυτών των στόχων σε προδιαγραφές σχεδιασμού, όρους προμήθειας, ενσωματωμένα πρωτόκολλα θέσης σε λειτουργία και γραμμές βάσης O&M μπορεί η κάθετη πολυβάθμια φυγόκεντρη αντλία να εξελιχθεί από ένα απλό κομμάτι εξοπλισμού σε ένα αξιόπιστο στοιχείο που υποστηρίζει τη σταθερή ανάπτυξη των υπολογιστικών λειτουργιών.