Чиллерное охлаждение ЦОД: какой теплоноситель выбрать?

Для кондиционирования в центрах обработки данных чаще всего устанавливают централизованные многозональные системы с водоохлаждающими машинами (чиллерами). Они эффективнее фреоновых кондиционеров, потому что циркулирующий между внешними и внутренними блоками теплоноситель не переходит в газообразное состояние, а компрессорно-конденсаторный блок чиллера включается в работу лишь при росте температуры до определенного уровня. Один из наиболее принципиальных вопросов при проектировании чиллерной системы: какой теплоноситель лучше использовать? Это может быть вода либо водный раствор многоатомных спиртов – пропиленгликоля или этиленгликоля. Попробуем разобраться в преимуществах и недостатках каждого варианта.

Физика и химия

С точки зрения физических свойств (теплоемкости, плотности, кинематической вязкости) вода считается оптимальным теплоносителем. К тому же ее можно спокойно сливать на грунт или в канализацию. К сожалению, в наших широтах воду используют только внутри помещений, поскольку при 0 °C она замерзает. Плотность теплоносителя при этом уменьшается, а занимаемый им объем растет. Процесс идет неравномерно, компенсировать его с помощью расширительного бака невозможно. Участки замерзания изолируются, статическое давление на стенки труб увеличивается, и в итоге происходит разрыв. Водные растворы многоатомных спиртов лишены этих недостатков. Замерзают они при гораздо более низких температурах, не образовывая локальных очагов. Их плотность в процессе кристаллизации снижается намного меньше, чем во время превращения воды в лед, а значит и объем увеличивается не так сильно – даже замерзшие водные растворы гликолей не разрушают трубы.

Очень часто заказчики выбирают пропиленгликоль, потому что он не токсичен. По сути это разрешенная пищевая добавка Е1520, которую используют в выпечке и других продуктах питания как влагоудерживающий агент. Применяют ее в косметических средствах и много где еще. Если заполнить систему водным раствором пропиленгликоля, особые меры предосторожности не нужны: заказчику потребуется только дополнительный резервуар для компенсации утечек. С этиленгликолем работать сложнее – это вещество относится к умеренно токсичным (третий класс опасности). Его предельно допустимая концентрация в воздухе составляет 5 мг/м3, но из-за невысокой летучести при нормальной температуре парами этого многоатомного спирта можно отравиться, только если долго ими дышать.

Хуже всего дела обстоят со стоками: вода и пропиленгликоль не требуют утилизации, а вот концентрация этиленгликоля в объектах общего водопользования не должна превышать 1 мг/л. Из-за этого владельцам ЦОД придется заложить в смету специальные системы слива, изолированные емкости и/или систему разбавления сливаемого теплоносителя водой: просто спустить его в канализацию нельзя. Объемы воды для разбавления в сотни раз превышают объемы теплоносителя, а проливать его на грунт или на пол крайне нежелательно – токсичный многоатомный спирт приходится смывать большим количеством воды. Тем не менее применение этиленгликоля в современных системах кондиционирования для дата-центров тоже вполне безопасно при соблюдении всех необходимых мер предосторожности.

Экономика

Воду можно считать практически бесплатной по сравнению со стоимостью теплоносителей на основе многоатомных спиртов. Водный раствор пропиленгликоля для системы чиллер-фанкойл довольно дорог – стоит он примерно 80 рублей за литр. С учетом необходимости периодической замены теплоносителя, это выльется во внушительные суммы. Цена водного раствора этиленгликоля почти вдвое меньше, но с ним придется заложить в смету и затраты на утилизацию, тоже, впрочем, относительно небольшие. Есть нюансы, связанные с вязкостью и теплоемкостью: теплоноситель на основе пропиленгликоля требует более высокого напора, создаваемого циркуляционным насосом. В целом расходы на эксплуатацию системы с этиленгликолем существенно ниже, так что этот вариант выбирают часто, несмотря на некоторую токсичность теплоносителя. Еще один вариант снижения затрат – использование двухконтурной системы с теплообменником, когда во внутренних помещениях с положительной температурой циркулирует обычная вода, а наружу тепло переносит незамерзающий гликолевый раствор. КПД такой системы несколько ниже, но объемы дорогостоящего теплоносителя значительно уменьшаются.

Итоги

На самом деле все перечисленные варианты систем охлаждения (кроме невозможных в наших широтах чисто водяных) имеют право на существование. Выбор зависит от полной стоимости владения, которую необходимо считать в каждом конкретном случае уже на этапе проектирования. Единственное, чего не стоит делать ни в коем случае: менять концепцию, когда проект практически готов. Тем более нельзя изменить теплоноситель, когда уже идет монтаж инженерных систем будущего дата-центра. Метания и терзания выльются в серьезные расходы, поэтому с выбором стоит определиться раз и навсегда.

Источник: habr.com