Per il condizionamento nei centri di elaborazione dei dati, vengono spesso installati sistemi centralizzati multizona con unità di raffreddamento ad acqua (chiller). Questi sono più efficienti rispetto ai condizionatori a freon, poiché il fluido refrigerante che circola tra le unità esterne e interne non passa nella forma gassosa e il blocco compressore-condensatore del chiller entra in funzione solo quando la temperatura supera un certo livello. Una delle questioni più rilevanti nella progettazione di un sistema chiller è: quale fluido refrigerante utilizzare? Può essere acqua o una soluzione acquosa di alcoli polivalenti, come glicole propilenico o glicole etilenico. Cerchiamo di capire i vantaggi e gli svantaggi di ciascuna opzione.
Fisica e chimica
Dal punto di vista delle proprietà fisiche (capacità termica, densità, viscosità cinetica), l'acqua è considerata il fluido termico ottimale. Inoltre, può essere scaricata tranquillamente nel terreno o nella fogna. Sfortunatamente, nelle nostre latitudini, l'acqua viene utilizzata solo all'interno degli edifici, poiché congela a 0 °C. La densità del fluido termico diminuisce, mentre il volume occupato aumenta. Il processo avviene in modo irregolare e non può essere compensato con un serbatoio di espansione. Le aree di congelamento si isolano, la pressione statica sulle pareti dei tubi aumenta e, alla fine, si verifica una rottura. Le soluzioni acquose di alcole polivalenti sono prive di questi difetti. Si congelano a temperature molto più basse, senza formare focolaio locali. La loro densità durante la cristallizzazione diminuisce molto meno rispetto alla trasformazione dell'acqua in ghiaccio, il che significa che l'aumento del volume non è così significativo: anche le soluzioni acquose di glicoli congelati non danneggiano le tubature.
Spesso i clienti scelgono il propilenglicole perché non è tossico. Essenzialmente, si tratta di un additivo alimentare autorizzato E1520, utilizzato in panificazione e in altri prodotti alimentari come agente umettante. Viene impiegato anche nei cosmetici e in molte altre applicazioni. Se si riempie il sistema con una soluzione acquosa di propilenglicole, non sono necessarie particolari precauzioni: il cliente avrà solo bisogno di un serbatoio aggiuntivo per compensare le perdite. Lavorare con l'etilenglicole è più complicato: questa sostanza è considerata moderatamente tossica (classe di pericolo tre). La sua concentrazione massima consentita nell'aria è di 5 mg/m³, ma a causa della bassa volatilità a temperatura ambiente, si può avvelenare con i vapori di questo alcol polivalente solo se li si respira a lungo.
La situazione è particolarmente critica per gli stock: acqua e glicole propilenico non richiedono smaltimento, mentre la concentrazione di glicole etilenico nelle risorse idriche comuni non deve superare 1 mg/l. Pertanto, i proprietari dei data center dovranno includere nel budget sistemi di scarico speciali, serbatoi isolati e/o un sistema di diluizione del fluido refrigerante con acqua: non è possibile semplicemente convogliarlo nelle fognature. I volumi d'acqua per la diluizione superano di centinaia di volte i volumi del refrigerante e versarlo sul terreno o sul pavimento è estremamente sconsigliato: l'alcol polivalente tossico deve essere rimosso con grandi quantità d'acqua. Tuttavia, l'uso del glicole etilenico nei moderni sistemi di climatizzazione è di data center anch'esso piuttosto sicuro se vengono rispettate tutte le misure di precauzione necessarie.
Economia
L'acqua può essere considerata praticamente gratuita rispetto ai costi dei fluidi termici a base di alcoli polivalenti. La soluzione acquosa di propilene glicole per il sistema chiller-fancoil è piuttosto costosa, costando circa 80 rubli al litro. Considerando la necessità di sostituire periodicamente il fluido termico, ciò si traduce in somme considerevoli. Il prezzo della soluzione acquosa di etilene glicole è quasi della metà, ma con essa occorre considerare anche i costi per lo smaltimento, che, comunque, sono relativamente contenuti. Ci sono alcune questioni legate alla viscosità e alla capacità termica: il fluido termico a base di propilene glicole richiede una pressione più elevata, generata dalla pompa di circolazione. In generale, i costi di funzionamento di un sistema con etilene glicole sono notevolmente inferiori, quindi questa opzione è spesso scelta, nonostante una certa tossicità del fluido termico. Un'altra opzione per ridurre i costi è l'uso di un sistema a doppio circuito con scambiatore di calore, in cui nelle stanze interne a temperatura positiva circola acqua normale, mentre all'esterno il calore viene trasferito da una soluzione glicolica antifreeze. L'efficienza di tale sistema è leggermente inferiore, ma i volumi di fluido termico costoso si riducono notevolmente.
Risultati
In realtà, tutte le opzioni di sistemi di raffreddamento elencate (ad eccezione di quelli puramente a liquido che sono impraticabili nelle nostre latitudini) hanno diritto di esistere. La scelta dipende dal costo totale di possesso, che deve essere calcolato in ogni singolo caso già nella fase di progettazione. L'unica cosa che non si dovrebbe mai fare è cambiare concetto quando il progetto è praticamente completo. Inoltre, non si può modificare il fluido di raffreddamento una volta che sono già in corso i lavori di installazione dei sistemi ingegneristici del futuro data center. Le indecisioni si tradurranno in spese significative, quindi è fondamentale arrivare a una decisione definitiva sulla scelta.
Fonte: habr.com
