Voor koeling in datacenters worden meestal centrale multi-zone systemen met watergekoelde machines (chillers) geĆÆnstalleerd. Deze zijn efficiĆ«nter dan koelinstallaties met freon, omdat de tussen de externe en interne units circulerende warmtedrager niet in gasvorm overgaat en de compressor-condensor eenheid van de chiller pas in werking treedt bij een temperatuurstijging tot een bepaald niveau. Een van de belangrijkste vragen bij het ontwerpen van een chillersysteem is: welke warmtedrager is het beste om te gebruiken? Dit kan water zijn of een wateroplossing van meerwaardige alcoholen - propyleenglycol of ethyleenglycol. Laten we de voor- en nadelen van elk alternatief onderzoeken.
Fysica en chemie
Wat betreft fysische eigenschappen (warmtecapaciteit, dichtheid, kinematische viscositeit) wordt water beschouwd als de optimale warmtedrager. Bovendien kan het veilig op de grond of in het riool worden geloosd. Helaas wordt water in onze breedtegraden alleen binnen gebruikt, omdat het bij 0 Ā°C bevriest. De dichtheid van de warmtedrager vermindert, terwijl de ingenomen ruimte toeneemt. Dit proces verloopt ongelijkmatig, en kan niet worden gecompenseerd met een expansievat. Bevroren gebieden worden geĆÆsoleerd, de statische druk op de wanden van de leidingen neemt toe, en uiteindelijk gebeurt er een breuk. Wateroplossingen van meerwaardige alcoholen hebben deze tekortkomingen niet. Ze bevriezen bij veel lagere temperaturen zonder lokale ophopingen te vormen. Hun dichtheid vermindert tijdens het kristallisatieproces veel minder dan tijdens de omzetting van water in ijs, wat betekent dat de volumetoename ook niet zo groot is - zelfs bevroren wateroplossingen van glycolen beschadigen de leidingen niet.
Klanten kiezen vaak voor propyleenglycol omdat het niet giftig is. Het is in wezen de goedgekeurde voedseladditief E1520, die wordt gebruikt in bakkerijen en andere voedingsmiddelen als vochtvasthoudend middel. Het wordt ook toegepast in cosmetica en in vele andere producten. Als het systeem met een wateroplossing van propyleenglycol wordt gevuld, zijn er geen bijzondere voorzorgsmaatregelen nodig: de klant heeft alleen een extra reservoir nodig voor het compenseren van lekken. Werken met ethyleenglycol is lastiger ā deze stof wordt als gematigd giftig beschouwd (derde klasse van gevaar). De maximaal toelaatbare concentratie in de lucht bedraagt 5 mg/m3, maar door de lage vluchtigheid bij normale temperatuur kan iemand vergiftigd raken door de dampen van deze meerwaardige alcohol, enkel als hij er lange tijd mee ademt.
De situatie is het slechtst met de afvoeren: water en propyleenglycol vereisen geen verwijdering, maar de concentratie ethyleenglycol in gemeenschappelijke watergebruikobjecten mag niet hoger zijn dan 1 mg/l. Hierdoor moeten eigenaren van datacenters speciale systemen voor afvoer, geĆÆsoleerde containers en/of een verdunningssysteem voor de afgevoerde koelvloeistof met water in hun begroting opnemen: het simpelweg afvoeren naar het riool is niet toegestaan. De volumes water voor verdunning zijn honderden keren groter dan de volumes koelvloeistof, en het is zeer ongewenst om het op de grond of op de vloer te morsen ā de giftige meerwaardige alcohol moet met een grote hoeveelheid water worden weggespoeld. Desondanks is het gebruik van ethyleenglycol in moderne airconditioningsystemen voor datacenters ook volkomen veilig mits alle noodzakelijke voorzorgsmaatregelen in acht worden genomen.
Economie
Water can be considered almost free compared to the cost of heat carriers based on polyalcohols. An aqueous solution of propylene glycol for the chiller-fan coil system is quite expensive ā it costs about 80 rubles per liter. Considering the need for periodic replacement of the heat carrier, this adds up to significant amounts. The price of the aqueous solution of ethylene glycol is almost half, but you also need to factor in the costs for disposal, which are relatively minor, however. There are nuances related to viscosity and thermal capacity: the heat carrier based on propylene glycol requires a higher pressure created by the circulation pump. Overall, operating costs for a system with ethylene glycol are significantly lower, so this option is often chosen, despite the slight toxicity of the heat carrier. Another option to reduce costs is to use a two-circuit system with a heat exchanger, where normal water circulates in indoor spaces with positive temperatures, while a non-freezing glycol solution transfers heat outside. The efficiency of such a system is somewhat lower, but the volumes of expensive heat carrier are significantly reduced.
Conclusies
In fact, all the listed cooling system options (except for purely water-based systems, which are not feasible in our latitudes) are viable. The choice depends on the total cost of ownership, which needs to be calculated in each specific case right at the design stage. The one thing that should never be done is to change the concept when the project is almost complete. Moreover, it is impossible to change the heat carrier when the installation of the engineering systems of the future data center is already underway. Fluctuations and dilemmas will lead to serious expenses, so it's best to settle on a choice once and for all.
Bron: habr.com
