In Rechenzentren werden häufig zentralisierte Mehrzonensysteme mit wasserkühlenden Maschinen (Chiller) installiert. Diese sind effizienter als Klimaanlagen mit F-Gasen, da das zwischen den Außen- und Innenmodulen zirkulierende Kühlmittel nicht in den gasförmigen Zustand übergeht, und der Kompressor-Kondensatorblock des Chillers wird nur bei einem Temperaturanstieg auf ein bestimmtes Niveau aktiviert. Eine der grundlegendsten Fragen bei der Planung eines Chillersystems ist: Welches Kühlmittel sollte man verwenden? Dies kann Wasser oder eine wässrige Lösung von Mehrwertalkoholen – entweder von Propylenglykol oder Ethylenglykol – sein. Lassen Sie uns die Vor- und Nachteile jeder Option genauer betrachten.
Physik und Chemie
Aus physikalischer Sicht (Wärmekapazität, Dichte, kinematische Viskosität) gilt Wasser als das optimale Wärmemedium. Außerdem lässt es sich problemlos auf den Boden oder in die Kanalisation abführen. Leider wird in unseren Breiten Wasser nur in Innenräumen verwendet, da es bei 0 °C gefriert. Die Dichte des Wärmeträgers nimmt dabei ab, während das Volumen zunimmt. Der Prozess verläuft unregelmäßig, und es ist unmöglich, ihn mit einem Ausdehnungsgefäß zu kompensieren. Gefrierstellen werden isoliert, der statische Druck auf die Innenwände der Rohre steigt und letztendlich kann es zu einem Bruch kommen. Wasserlösungen von mehrwertigen Alkoholen haben diese Nachteile nicht. Sie gefrieren bei viel niedrigeren Temperaturen, ohne lokale Verdichtungen zu bilden. Ihre Dichte sinkt während der Kristallisation viel weniger als beim Übergang von Wasser zu Eis, und das bedeutet, dass das Volumen nicht so stark zunimmt – selbst gefrorene Wasserlösungen von Glykolen zerstören die Rohre nicht.
Sehr häufig wählen Kunden Propylenglykol, weil es ungiftig ist. Im Grunde handelt es sich um den zugelassenen Lebensmittelzusatz E1520, der in der Backwarenherstellung und anderen Lebensmitteln als Feuchthaltemittel verwendet wird. Es findet auch in Kosmetika und vielen anderen Anwendungen Verwendung. Wenn das System mit einer wässrigen Lösung von Propylenglykol gefüllt wird, sind keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen erforderlich: Der Kunde benötigt lediglich einen zusätzlichen Tank zur Kompensation von Leckagen. Der Umgang mit Ethylenglykol ist komplizierter – diese Substanz gehört zur Gruppe der mäßig toxischen Stoffe (Gefahrenklasse 3). Die maximal zulässige Konzentration in der Luft beträgt 5 mg/m³, doch aufgrund der geringen Flüchtigkeit bei normaler Temperatur kann man durch die Dämpfe dieses polyalkoholischen Alkohols nur dann vergiftet werden, wenn man längere Zeit damit atmet.
Die Situation bei den Beständen ist am kritischsten: Wasser und Propylenglykol erfordern keine Entsorgung, während die Konzentration von Ethylenglykol in gemeinschaftlich genutzten Wasserobjekten 1 mg/l nicht überschreiten darf. Daher müssen die Betreiber von Rechenzentren in ihrem Budget spezielle Ablaufsysteme, isolierte Behälter und/oder eine Verdünnungssystem mit Wasser einplanen: Es ist nicht einfach möglich, es in die Kanalisation zu lassen. Die Wassermengen zur Verdünnung übersteigen um ein Vielfaches das Volumen des Kühlmittels, und es ist äußerst unerwünscht, es auf den Boden oder den Boden zu verschütten – der giftige mehrwertige Alkohol muss mit einer großen Menge Wasser weggespült werden. Dennoch ist der Einsatz von Ethylenglykol in modernen Klimaanlagen für von Rechenzentren auch bei Einhaltung aller erforderlichen Vorsichtsmaßnahmen durchaus sicher.
Wirtschaft
Wasser lässt sich im Vergleich zu den Kosten von Wärmeübertragungsflüssigkeiten auf Basis von Mehrfachalkoholen praktisch als kostenlos betrachten. Eine wässrige Lösung aus Propylenglykol für das Chiller-Fan-Coil-System ist recht teuer – sie kostet etwa 80 Rubel pro Liter. Bei der Notwendigkeit einer regelmäßigen Erneuerung des Wärmeübertragungsmediums summieren sich die Kosten erheblich. Der Preis für die wässrige Lösung aus Ethylenglykol ist fast halb so hoch, jedoch sollten auch die Entsorgungskosten einkalkuliert werden, die jedoch ebenfalls relativ gering sind. Es gibt Besonderheiten hinsichtlich Viskosität und Wärmespeicherfähigkeit: Das Wärmeübertragungsmedium auf Basis von Propylenglykol benötigt einen höheren Druck, der von der Umwälzpumpe erzeugt wird. Insgesamt sind die Betriebskosten eines Systems mit Ethylenglykol deutlich niedriger, weshalb diese Option häufig gewählt wird, trotz einer gewissen Toxizität des Wärmeübertragungsmediums. Eine weitere Möglichkeit zur Kostensenkung besteht in der Verwendung eines Zweikreis-Systems mit einem Wärmetauscher, wobei in Innenräumen mit positiver Temperatur normales Wasser zirkuliert, während nach außen eine frostbeständige glykolbasierte Lösung Wärme überträgt. Der Wirkungsgrad eines solchen Systems ist etwas geringer, jedoch werden die Mengen an teurer Wärmeübertragungsflüssigkeit erheblich reduziert.
Ergebnisse
Tatsächlich haben alle genannten Kühlsysteme (außer rein wasserbasierten, die hier nicht möglich sind) ihre Daseinsberechtigung. Die Wahl hängt von den Gesamtkosten des Eigentums ab, die in jedem spezifischen Fall bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden müssen. Das Einzige, was auf keinen Fall geschehen sollte, ist, das Konzept zu ändern, wenn das Projekt fast fertig ist. Insbesondere kann der Kühlmitteltyp nicht geändert werden, wenn bereits mit der Montage der technischen Systeme des zukünftigen Rechenzentrums begonnen wurde. Solche Unsicherheiten werden zu erheblichen Kosten führen, weshalb die Entscheidung einmal und für immer getroffen werden sollte.
Quelle: habr.com
