Voor airconditioning in datacenters worden meestal gecentraliseerde meerzonesystemen met waterkoelmachines (chillers) geïnstalleerd. Ze zijn efficiënter dan freon-airconditioners, omdat het koelmiddel dat tussen de externe en interne units circuleert, niet in een gasvormige toestand terechtkomt en de compressor-condensoreenheid van de koelmachine pas in werking treedt als de temperatuur tot een bepaald niveau stijgt. Een van de meest fundamentele vragen bij het ontwerpen van een koelsysteem is: welk koelmiddel kan ik het beste gebruiken? Dit kan water zijn of een waterige oplossing van polyhydrische alcoholen - propyleenglycol of ethyleenglycol. Laten we proberen de voor- en nadelen van elke optie te begrijpen.
Natuurkunde en scheikunde
Vanuit het oogpunt van fysische eigenschappen (warmtecapaciteit, dichtheid, kinematische viscositeit) wordt water als het optimale koelmiddel beschouwd. Bovendien kan het veilig op de grond of in het riool worden gestort. Helaas wordt water op onze breedtegraden alleen binnenshuis gebruikt, omdat het bevriest bij 0 °C. Tegelijkertijd neemt de dichtheid van het koelmiddel af en neemt het volume dat het inneemt toe. Het proces is ongelijkmatig en het is onmogelijk om dit te compenseren met een expansievat. De vriesgebieden worden geïsoleerd, de statische druk op de leidingwanden neemt toe en uiteindelijk ontstaat er een breuk. Waterige oplossingen van meerwaardige alcoholen hebben deze nadelen niet. Ze bevriezen bij veel lagere temperaturen, zonder lokale brandpunten te vormen. Hun dichtheid tijdens kristallisatie neemt veel minder af dan tijdens de transformatie van water in ijs, wat betekent dat het volume niet zo veel toeneemt - zelfs bevroren waterige oplossingen van glycolen vernietigen de leidingen niet.
Heel vaak kiezen klanten voor propyleenglycol omdat het niet giftig is. In feite is het een goedgekeurd voedingsadditief E1520, dat in bakwaren en andere voedingsmiddelen wordt gebruikt als vochtvasthoudend middel. Het wordt gebruikt in cosmetica en vele andere dingen. Als het systeem is gevuld met een waterige oplossing van propyleenglycol, zijn er geen speciale voorzorgsmaatregelen nodig; de klant heeft alleen een extra reservoir nodig om lekkages te compenseren. Met ethyleenglycol is het moeilijker om te werken - deze stof is geclassificeerd als matig giftig (gevarenklasse drie). De maximaal toegestane concentratie in de lucht bedraagt 5 mg/m3, maar vanwege de lage vluchtigheid bij normale temperaturen kunnen de dampen van deze polyhydrische alcohol alleen vergiftiging veroorzaken als je ze langdurig inademt.
De ergste situatie doet zich voor bij afvalwater: water en propyleenglycol hoeven niet te worden afgevoerd, maar de concentratie van ethyleenglycol in openbare watervoorzieningen mag niet hoger zijn dan 1 mg/l. Hierdoor zullen datacentereigenaren bij de prijsopgave speciale afvoersystemen, geïsoleerde containers en/of een systeem voor het verdunnen van de afgetapte koelvloeistof met water moeten meenemen: dit kun je niet zomaar door de afvoer spoelen. De volumes water voor verdunning zijn honderden keren groter dan de volumes koelvloeistof, en het morsen ervan op de grond of vloer is uiterst ongewenst - giftige meerwaardige alcohol moet met grote hoeveelheden water worden afgewassen. Het gebruik van ethyleenglycol in moderne airconditioningsystemen voor datacenters is echter ook redelijk veilig als alle noodzakelijke voorzorgsmaatregelen worden genomen.
Economie
Water kan als vrijwel gratis worden beschouwd vergeleken met de kosten van koelmiddelen op basis van polyhydrische alcoholen. Een waterige oplossing van propyleenglycol voor een koelventilatorsysteem is vrij duur: het kost ongeveer 80 roebel per liter. Rekening houdend met de noodzaak om de koelvloeistof periodiek te vervangen, zal dit indrukwekkende hoeveelheden opleveren. De prijs van een waterige oplossing van ethyleenglycol is bijna de helft, maar zal ook meegenomen moeten worden in de schatting van de afvoerkosten, die echter ook relatief klein zijn. Er zijn nuances met betrekking tot viscositeit en warmtecapaciteit: koelvloeistof op basis van propyleenglycol vereist een hogere druk die wordt gegenereerd door de circulatiepomp. Over het algemeen zijn de kosten voor het gebruik van een systeem met ethyleenglycol aanzienlijk lager, daarom wordt vaak voor deze optie gekozen, ondanks enige toxiciteit van de koelvloeistof. Een andere optie om de kosten te verlagen is het gebruik van een dubbelcircuitsysteem met een warmtewisselaar, wanneer gewoon water circuleert in interne kamers met een positieve temperatuur, en een niet-bevriezende glycoloplossing warmte naar buiten overdraagt. De efficiëntie van een dergelijk systeem is iets lager, maar de hoeveelheden dure koelvloeistof worden aanzienlijk verminderd.
Resultaten van
In feite hebben alle genoemde opties voor koelsystemen (behalve de puur waterige, die op onze breedtegraden onmogelijk zijn) bestaansrecht. De keuze hangt af van de totale eigendomskosten, die in elk specifiek geval al in de ontwerpfase moeten worden berekend. Het enige wat je nooit moet doen is het concept veranderen als het project bijna klaar is. Bovendien is het onmogelijk om de koelvloeistof te verversen als de installatie van technische systemen van het toekomstige datacenter al aan de gang is. Gooien en kwelling zullen tot ernstige kosten leiden, dus u moet voor eens en voor altijd over de keuze beslissen.
Bron: www.habr.com