Kylning av datacenter: vilken kylvätska ska man välja?

För kylning i datacenter installeras oftast centraliserade flervalsystem med vattenkylda maskiner (kylare). De är effektivare än freonkylaren eftersom det cirkulerande kylmedlet mellan externa och interna enheter inte övergår i gasform, och kompressor-kondensatorblocket i kylaren sätts igång först när temperaturen når en viss nivå. En av de mest centrala frågorna vid projektering av kylsystemet är: vilket kylmedel är bäst att använda? Det kan vara vatten eller en vattenlösning av fleratomiga alkoholer – propylenglykol eller etylenglykol. Låt oss försöka förstå fördelarna och nackdelarna med varje alternativ.

Fysik och kemi

Ur ett fysikaliskt perspektiv (värmekapacitet, densitet, kinematisk viskositet) anses vatten vara det optimala kylmedlet. Dessutom kan man enkelt släppa ut det på marken eller i avloppet. Tyvärr används vatten i våra breddgrader endast inomhus, eftersom det fryser vid 0 °C. Densiteten hos kylmedlet minskar då, och det upptagna utrymmet ökar. Processen går ojämnt, och det kan inte kompenseras med hjälp av en expansionsbehållare. Frysningsområden isoleras, det statiska trycket på rörens väggar ökar, vilket resulterar i att de brister. Vattenlösningar av fleratomiga alkoholer saknar dessa nackdelar. De fryser vid mycket lägre temperaturer utan att bilda lokala fryscentrum. Deras densitet minskar vid kristallisering mycket mindre än under vattenförvandling till is, vilket innebär att volymökningen inte blir så stor – även frysta vattenlösningar av glykoler förstör inte rören.

Kunder väljer ofta propylenglykol eftersom det är icke-toxiskt. I grunden är det en godkänd livsmedelstillsats E1520, som används i bakverk och andra livsmedel som en fuktbevarande agent. Det används även i kosmetiska produkter och många andra områden. Om man fyller systemet med en vattenlösning av propylenglykol krävs inga särskilda försiktighetsåtgärder: kunden behöver bara en extra tank för att kompensera för läckor. Det är svårare att arbeta med etylenglykol – detta ämne tillhör den måttligt toxiska gruppen (klass tre av farlighet). Den högsta tillåtna koncentrationen i luften är 5 mg/m3, men på grund av den låga volatiliteten vid normal temperatur kan man bli förgiftad av ångorna från denna fleratomiga alkohol endast om man andas in dem under en längre tid.

Det värsta läget gäller avloppen: vatten och propylenglykol kräver inte avfallshantering, men koncentrationen av etylenglykol i allmänna vattentjänster får inte överskrida 1 mg/l. Därför måste ägarna av datacenter planera för speciella avloppssystem, isolerade behållare och/eller ett system för att späda den avrinande kylvätskan med vatten: man kan inte helt enkelt spola ut det i avloppet. Volymerna av vatten för utspädning överstiger hundra gånger volymerna av kylvätskan, och att spilla ut det på marken eller på golvet är oerhört oönskat – den toxiska fleratomiga alkoholen måste sköljas bort med stora mängder vatten. Trots detta är användningen av etylenglykol i moderna luftkonditioneringssystem datacenter också helt säker under förutsättning att alla nödvändiga försiktighetsåtgärder följs.

Ekonomi

Vatten kan nästan betraktas som gratis i jämförelse med kostnaden för värmebärare baserade på polyoler. Vattendlösning av propylenglykol för chiller-fan coil-systemet är ganska dyr – kostar ungefär 80 rubel per liter. Med tanke på behovet av regelbundet byte av värmebäraren, kan det leda till betydande utgifter. Priset för vattendlösning av etylenglykol är nästan hälften så mycket, men man måste också räkna med kostnader för avfallshantering, som för övrigt också är relativt blygsamma. Det finns nyanser relaterade till viskositet och värmekapacitet: värmebäraren baserad på propylenglykol kräver en högre tryck som skapas av cirkulationspumpen. Generellt sett är driftskostnaderna för ett system med etylenglykol betydligt lägre, så detta alternativ väljs ofta, trots en viss toxicitet hos värmebäraren. Ett annat sätt att minska kostnaderna är att använda ett tvåkretsystem med en värmeväxlare, där vanlig vatten cirkulerar i inomhusmiljön med positiv temperatur, medan en frystålig glykollösning transporterar värmen utanför. Effektiviteten av ett sådant system är något lägre, men mängden dyra värmebärare minskar avsevärt.

Sammanfattning

I själva verket har alla de nämnda kylsystemen (förutom de som är omöjliga med vårt klimat, helt vattenbaserade) rätt att existera. Valet beror på den totala ägandekostnaden som måste beräknas i varje specifikt fall redan i projekteringsfasen. Det enda man absolut inte bör göra är att ändra konceptet när projektet nästan är klart. Speciellt får man inte byta värmebärare när installationen av ingenjörssystemen för det framtida datacentret redan pågår. Osäkerhet och tvivel kommer att leda till betydande kostnader, så det är viktigt att bestämma sig tidigt och definitivt.

Källa: habr.com