Do chłodzenia centrów danych najczęściej instalowane są zcentralizowane systemy wielostrefowe z agregatami chłodniczymi (chillerami). Są one bardziej efektywne niż klimatyzatory freonowe, ponieważ czynnik chłodniczy krążący pomiędzy jednostkami zewnętrznymi a wewnętrznymi nie przechodzi w stan gazowy, a blok sprężarkowo-skraplający chiller włącza się tylko przy wzroście temperatury do określonego poziomu. Jednym z najbardziej zasadniczych pytań przy projektowaniu systemu chillera jest to, jaki czynnik chłodniczy najlepiej wykorzystać? Może to być woda lub wodny roztwór alkoholi wielowodorotlenowych – glikolu propylenowego lub glikolu etylenowego. Spróbujmy zrozumieć zalety i wady każdej opcji.
Fizyka i chemia
Z punktu widzenia właściwości fizycznych (pojemności cieplnej, gęstości, lepkości kinematycznej) woda uważana jest za optymalny czynnik chłodniczy. Poza tym można ją bez obaw spuszczać na grunt lub do kanalizacji. Niestety, w naszych warunkach wodę wykorzystuje się tylko wewnątrz budynków, ponieważ w temperaturze 0 °C zamarza. Gęstość czynnika chłodniczego w tym momencie maleje, a zajmowana przez niego objętość rośnie. Proces ten przebiega nierównomiernie, a skompensowanie go za pomocą zbiornika przelewowego jest niemożliwe. Obszary zamarzania są izolowane, ciśnienie statyczne na ściankach rur wzrasta, a w efekcie dochodzi do ich pęknięcia. Roztwory wodne alkoholi wielowodorotlenowych są wolne od tych niedociągnięć. Zamarzają w znacznie niższych temperaturach, nie tworząc lokalnych ognisk. Ich gęstość w procesie krystalizacji maleje znacznie mniej niż podczas przemiany wody w lód, a zatem objętość nie rośnie tak znacząco – nawet zamarznięte roztwory glikoli nie niszczą rur.
Bardzo często zleceniodawcy wybierają glikol propylenowy, ponieważ jest nietoksyczny. W istocie jest to zatwierdzony dodatek do żywności E1520, który wykorzystywany jest w pieczeniu oraz innych produktach spożywczych jako agent zatrzymujący wilgoć. Stosuje się go także w kosmetykach i w wielu innych miejscach. Jeśli układ wypełniono wodnym roztworem glikolu propylenowego, nie są potrzebne szczególne środki ostrożności: zleceniodawca potrzebuje jedynie dodatkowego zbiornika, aby zrekompensować wycieki. Praca z glikolem etylenowym jest bardziej skomplikowana – substancja ta należy do umiarkowanie toksycznych (trzeci stopień zagrożenia). Jego maksymalne dopuszczalne stężenie w powietrzu wynosi 5 mg/m3, ale ze względu na niską lotność w normalnej temperaturze, oparami tego wielowodorotlenowego alkoholu można się zatruć tylko w przypadku długotrwałego wdychania.
Najgorzej sytuacja wygląda z odpadami: woda i glikol propylenowy nie wymagają utylizacji, jednak stężenie glikolu etylenowego w obiektach ogólnego użytkowania wodą nie powinno przekraczać 1 mg/l. Dlatego właściciele centrów danych będą musieli uwzględnić w budżecie specjalne systemy odprowadzania, izolowane pojemniki i/lub system rozcieńczania odprowadzanego czynnika grzewczego wodą: po prostu spuszczenie go do kanalizacji nie jest dozwolone. Objemy wody do rozcieńczania są setki razy większe od objętości czynnika grzewczego, a wylewanie go na grunt lub podłogę jest skrajnie niepożądane – toksyczny wielowodorotlenowy alkohol należy spłukiwać dużą ilością wody. Mimo to stosowanie glikolu etylenowego w nowoczesnych systemach klimatyzacyjnych jest data-centra również całkowicie bezpieczne przy przestrzeganiu wszystkich niezbędnych środków ostrożności.
Gospodarka
Woda może być uważana za praktycznie bezpłatną w porównaniu z kosztami nośników ciepła na bazie alkoholi wielowodorotlenowych. Roztwór wodny glikolu propylenowego do systemu chłodzenia typu chillerek-wentylator jest dość drogi – kosztuje około 80 rubli za litr. Biorąc pod uwagę konieczność okresowej wymiany nośnika ciepła, może to prowadzić do znacznych sum. Cena roztworu wodnego glikolu etylenowego jest prawie o połowę niższa, ale należy również uwzględnić w kosztorysie wydatki na utylizację, które zresztą są także relatywnie niewielkie. Są też niuanse związane z lepkością i pojemnością cieplną: nośnik ciepła na bazie glikolu propylenowego wymaga wyższego ciśnienia generowanego przez pompę cyrkulacyjną. Ogólnie rzecz biorąc, koszty eksploatacji systemu z glikolem etylenowym są znacznie niższe, więc ta opcja jest często wybierana, mimo pewnej toksyczności nośnika ciepła. Innym sposobem obniżenia kosztów jest zastosowanie systemu dwukonturowego z wymiennikiem ciepła, gdy w pomieszczeniach o dodatniej temperaturze krąży zwykła woda, a na zewnątrz ciepło przenosi roztwór glikolu nie zamarzającego. Sprawność takiego systemu jest nieco niższa, ale ilości drogiego nośnika ciepła znacznie maleją.
Podsumowanie
W rzeczywistości wszystkie wymienione opcje systemów chłodzenia (oprócz czysto wodnych, niemożliwych w naszych szerokościach geograficznych) mają prawo istnieć. Wybór zależy od całkowitych kosztów posiadania, które należy obliczyć w każdym konkretnym przypadku już na etapie projektowania. Jedynym, czego nie należy robić w żadnym wypadku, to zmieniać koncepcję, gdy projekt jest prawie gotowy. Tym bardziej nie można zmieniać nośnika ciepła, gdy montaż inżynieryjnych systemów przyszłego centrum danych już trwa. Wahania i niepokoje mogą prowadzić do znacznych wydatków, dlatego warto zdecydować się na wybór raz na zawsze.
Źródło: habr.com
