Für die Klimatisierung in Rechenzentren werden häufig zentralisierte, multizone Systeme mit wassergekühlten Maschinen (Chillern) installiert. Diese sind effektiver als Freon-Klimaanlagen, da das zwischen den Außen- und Innenmodulen zirkulierende Kühlmittel nicht in den gasförmigen Zustand übergeht und der Kompressor-Kondensatorblock des Chillern erst bei einer Temperaturerhöhung auf ein bestimmtes Niveau in Betrieb genommen wird. Eine der grundlegendsten Fragen bei der Planung eines Chillersystems ist: Welches Kühlmittel sollte man verwenden? Dies kann Wasser oder eine wässrige Lösung aus mehrwertigen Alkoholen – Propylenglykol oder Ethylenglykol – sein. Lassen Sie uns die Vor- und Nachteile jeder Option klären.
Physik und Chemie
In Bezug auf die physikalischen Eigenschaften (Wärmekapazität, Dichte, kinematische Viskosität) gilt Wasser als optimales Kühlmittel. Zudem kann es problemlos auf den Boden oder in die Kanalisation abgeleitet werden. Leider wird Wasser in unseren Breiten nur innerhalb von Gebäuden verwendet, da es bei 0 °C gefriert. Die Dichte des Kühlmittels nimmt dabei ab, während das Volumen zunimmt. Der Prozess verläuft ungleichmäßig, und es ist unmöglich, ihn mit einem Ausdehnungsgefäß auszugleichen. Gefrierabschnitte werden isoliert, der statische Druck auf die Wände der Rohre nimmt zu, und letztendlich kommt es zu einem Bruch. Wässrige Lösungen aus mehrwertigen Alkoholen sind frei von diesen Nachteilen. Sie frieren bei wesentlich niedrigeren Temperaturen ein, ohne lokale Ansammlungen zu bilden. Ihre Dichte während der Kristallisation sinkt viel weniger als beim Übergang von Wasser zu Eis, was bedeutet, dass das Volumen nicht so stark zunimmt – selbst gefrorene wässrige Lösungen von Glykolen zerstören die Rohre nicht.
Auftraggeber wählen sehr häufig Propylenglykol, weil es ungiftig ist. Es handelt sich im Wesentlichen um den zugelassenen Lebensmittelzusatzstoff E1520, der beim Backen und in anderen Lebensmitteln als Feuchthaltemittel verwendet wird. Er wird in Kosmetikprodukten und an vielen anderen Orten angewendet. Wenn man das System mit einer wässrigen Propylenglykollösung füllt, sind keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen erforderlich: Der Auftraggeber benötigt lediglich einen zusätzlichen Behälter zur Kompensation von Leckagen. Mit Ethylenglykol zu arbeiten, ist komplizierter – diese Substanz gehört zur Gruppe der mäßig toxischen Stoffe (dritte Gefahrenklasse). Die maximal zulässige Konzentration in der Luft beträgt 5 mg/m³, aber aufgrund der niedrigen Flüchtigkeit bei normaler Temperatur kann man sich nur dann mit Dämpfen dieses mehrwertigen Alkohols vergiften, wenn man längere Zeit damit atmet.
Die Situation bei den Abwässern ist am schlimmsten: Wasser und Propylenglykol bedürfen keiner Entsorgung, während die Konzentration von Ethylenglykol in öffentlichen Gewässern 1 mg/l nicht überschreiten darf. Deshalb müssen die Betreiber von Rechenzentren spezielle Ablaufsysteme, isolierte Behälter und/oder ein Verdünnungssystem für das abgeleitete Kühlmittel mit Wasser in die Kosten einplanen: Es ist nicht erlaubt, es einfach in die Kanalisation zu leiten. Die Menge an Wasser zur Verdünnung übersteigt die Menge des Kühlmittels um das Hundertfache, und es ist äußerst unerwünscht, es auf den Boden oder den Boden zu gießen – das giftige mehrwertige Alkohol muss mit einer großen Menge Wasser weggespült werden. Dennoch ist die Verwendung von Ethylenglykol in modernen Klimaanlagen Rechenzentren völlig sicher, sofern alle notwendigen Vorsichtsmaßnahmen beachtet werden.
Wirtschaftlichkeit
Wasser kann im Vergleich zu den Kosten von Wärmeübertragungsflüssigkeiten auf Basis von Mehrwertalkoholen als praktisch kostenlos angesehen werden. Die wässrige Lösung von Propylenglykol für das Chiller-Fan-Coil-System ist ziemlich teuer – sie kostet etwa 80 Rubel pro Liter. Unter Berücksichtigung der Notwendigkeit, die Wärmeübertragungsflüssigkeit regelmäßig zu wechseln, summieren sich die Kosten erheblich. Der Preis der wässrigen Lösung von Ethylenglykol ist fast halb so hoch, allerdings müssen auch die Entsorgungskosten berücksichtigt werden, die jedoch ebenfalls relativ gering sind. Es gibt Nuancen im Zusammenhang mit Viskosität und Wärmeleitfähigkeit: Die Wärmeübertragungsflüssigkeit auf Basis von Propylenglykol erfordert einen höheren Druck, der von der Zirkulationspumpe erzeugt wird. Insgesamt sind die Betriebskosten eines Systems mit Ethylenglykol deutlich niedriger, weshalb diese Option oft gewählt wird, trotz einer gewissen Toxizität des Kühlmittels. Eine weitere Möglichkeit zur Kostensenkung ist die Verwendung eines Zweikreis-Systems mit einem Wärmeüber exchanger, bei dem in den Innenräumen mit positiver Temperatur normales Wasser zirkuliert, während nach außen Wärme mit einer nicht gefrierenden Glykolösung übertragen wird. Der Wirkungsgrad eines solchen Systems ist etwas niedriger, aber die Menge der teuren Wärmeübertragungsflüssigkeit wird deutlich reduziert.
Ergebnisse
Tatsächlich haben alle genannten Kühlungssysteme (mit Ausnahme der in unseren Breitengraden unmöglichen reinen Wassersysteme) das Recht auf Existenz. Die Auswahl hängt von den Gesamtkosten des Eigentums ab, die in jedem einzelnen Fall bereits in der Planungsphase berücksichtigt werden müssen. Das einzige, was man auf keinen Fall tun sollte: die Konzeption ändern, wenn das Projekt quasi fertig ist. Besonders darf die Wärmeübertragungsflüssigkeit nicht geändert werden, während bereits Ingenieursysteme für das zukünftige Rechenzentrum installiert werden. Solche Schwankungen und Zweifel werden erhebliche Kosten verursachen, weshalb man sich besser einmal festlegen sollte.
Quelle: habr.com
