Особенности проектирования электронного дома в центре обработки данных для высокотемпературных сред

Электронный центр обработки данных в жарком климате должен одновременно контролировать температуру, запыленность, влажность и электрическую нагрузку. Наиболее важными областями проектирования являются управление температурой, определение размеров систем кондиционирования и защита горячих проходов. Надежная конструкция позволяет сохранить работоспособность критически важного оборудования и снизить затраты энергии на охлаждение примерно на 20-30%, в зависимости от места установки и профиля нагрузки.

В этом руководстве объясняется, как спроектировать сборный электрический дом для работы в условиях высоких температур. В нем рассматриваются вопросы изоляции корпусов, резервирования охлаждения, распределения электроэнергии, пожарной безопасности, борьбы с коррозией, заводских испытаний и монтажа. Рекомендации помогают зарубежным покупателям и дистрибьюторам сравнивать поставщиков и составлять надежные технические спецификации.

Pushenразрабатывает и производит модульные решения E-House для центров обработки данных, подстанций, аккумуляторных станций и промышленных энергосистем. Окончательный проект всегда следует сверять с местными нормами, руководствами по оборудованию, данными о погоде и требуемом времени безотказной работы.

1. Начните с анализа температуры и климата на конкретном участке

Измерьте реальные внешние условия

Стандартной температуры в помещении недостаточно для проектирования электронного дома. Команда инженеров должна получить данные о максимальной температуре наружного воздуха, суточном диапазоне температур, солнечной радиации, скорости ветра, уровне запыленности, количестве осадков и влажности. В помещении, где температура достигает 45 °C, требуется иная конструкция охлаждения, чем в помещении, где температура достигает 35°C.

При проведении исследования следует также учитывать высоту установки. Большая высота над уровнем моря снижает плотность воздуха и может снизить производительность чиллеров, вентиляторов и трансформаторов с воздушным охлаждением. Для выбранного оборудования могут потребоваться вентиляторы большего размера, расчет расхода или жидкостное охлаждение.

Рассчитайте внутреннее тепловыделение

Нагрузка на систему охлаждения E-House включает тепло от распределительных устройств среднего напряжения, низковольтных распределительных щитов, систем бесперебойного питания, трансформаторов, зарядных устройств для аккумуляторных батарей, освещения, панелей управления и персонала. Добавьте тепло, поступающее через стены, крышу, двери, кабельные отверстия и вентиляционные системы.

Простая предварительная оценка состоит в том, чтобы сложить потери оборудования в киловаттах, затем включить тепло в здании и расчетный запас. Например, для электронного дома с отключенным оборудованием мощностью 120 кВт может потребоваться от 140 до 155 кВт общей холодопроизводительности после учета нагрева оболочки и будущего расширения.

2. Создайте высокопроизводительную тепловую оболочку электронного дома

Используйте изоляцию в качестве основного элемента управления охлаждением

Хорошо изолированный корпус снижает поступление тепла в электронный дом в течение дня. В обычных конструкциях используются изолированные сэндвич-панели с минеральной ватой или другими проверенными изоляционными материалами. Выбранная панель должна соответствовать требуемым требованиям к огнестойкости, прочности конструкции, акустическим характеристикам и термостойкости.

Изоляция крыши заслуживает особого внимания, поскольку на нее попадает прямое солнечное излучение. Светлая или отражающая поверхность крыши может снизить температуру внешней поверхности. Вентилируемый козырек крыши может обеспечить еще один уровень защиты в пустынных районах.

Устраняются тепловые мостики и утечки воздуха

Тепловой мост возникает, когда металлические каркасы, дверные коробки, кабельные лотки или опорные кронштейны передают тепло через изолированную стену. В этих местах могут образовываться горячие точки и конденсат. Конструкция электронного дома должна включать изолированные соединительные детали, герметичные стыки и, при необходимости, термостойкие материалы.

Дверцы должны плотно закрываться и иметь прочные прокладки. Для ввода кабелей следует использовать герметичные сальники или модульные системы прокладки кабелей. Незапечатанные отверстия позволяют горячему воздуху, пыли, насекомым и влаге проникать в электрическое помещение.

Разделите зоны нагрева и охлаждения

В электронном здании центра обработки данных могут быть помещения с различными требованиями к теплоснабжению и безопасности. Помещение с распределительным устройством, аккумуляторной батареей, диспетчерской, трансформаторной зоной и зоной обслуживания систем кондиционирования следует рассматривать отдельно. Разделение помещений предотвращает воздействие тепла от одной системы на чувствительное управляющее оборудование.

В помещениях с аккумуляторными батареями может потребоваться специальная вентиляция, система обнаружения газов и противопожарная защита. В помещениях управления может потребоваться более жесткий диапазон температур и влажности. Такой подход к зонированию не позволяет всему электронному дому зависеть от одной большой системы охлаждения.

3. Выберите мощность и резервирование системы кондиционирования воздуха для обеспечения максимальной температуры

Оптимальные размеры систем ОВКВ для реальных условий эксплуатации

Мощность системы ОВКВ следует определять исходя из наихудшей ожидаемой температуры наружного воздуха и максимальной загрузки оборудования. Установка мощностью 100 кВт в умеренных условиях может обеспечить меньшую мощность при температуре 45°C. Покупателям следует запрашивать данные о производительности при фактической температуре на объекте, а не только при номинальной температуре по каталогу.

При проектировании следует также учитывать нагрузку на фильтр, снижение расхода воздуха, давление хладагента и засорение конденсатора. Со временем эти условия могут привести к снижению производительности охлаждения. Плата за техническое обслуживание помогает системе E-House оставаться стабильной между посещениями сервисных центров.

Примените резервирование N плюс 1 или 2N

Для центров обработки данных с высокой доступностью охлаждение N плюс 1 означает, что система оснащена одним дополнительным блоком охлаждения сверх количества, необходимого для полной загрузки. Если требуется четыре блока, то устанавливается пять. Система может продолжать работать, если один блок находится в ремонте или вышел из строя.

В схеме 2N используются две независимые системы охлаждения, каждая из которых способна выдерживать требуемую нагрузку. Он стоит дороже и занимает больше места, но может поддерживать проекты со строгими требованиями к времени безотказной работы. Правильный выбор зависит от целевой доступности центра обработки данных и плана технического обслуживания.

Используйте энергоэффективные методы управления

Вентиляторы с регулируемой частотой вращения, инверторные компрессоры, система управления экономайзером и интеллектуальные датчики температуры позволяют снизить энергопотребление при частичной загрузке. Однако экономайзеры наружного воздуха подходят не для всех жарких или пыльных помещений. Им необходимы чистый воздух, регулируемая влажность и надежная фильтрация.

Система охлаждения с замкнутым контуром часто более безопасна в пустынных или загрязненных местах. Она не допускает попадания наружного воздуха к электрооборудованию и уменьшает попадание пыли. В результате повышается первоначальная стоимость и необходимость в очистке конденсатора и обслуживании хладагента.

4. Защищайте электрооборудование от перегрева и снижения мощности

Проверьте рабочий диапазон каждого компонента.

Распределительные устройства, автоматические выключатели, ИБП, аккумуляторы, трансформаторы, реле и устройства связи имеют разные температурные ограничения. Для некоторых компонентов необходимо снизить температуру выше 40°C. Поставщик должен предоставить данные о повышении температуры и подтвердить постоянный ток при ожидаемой температуре в помещении.

Высокая температура может сократить срок службы батареи, увеличить потери в трансформаторе, снизить мощность выключателя и привести к перезапуску оборудования управления. При проектировании чувствительное к нагреву оборудование должно по возможности находиться вдали от трансформаторов и силовых преобразователей.

Нагрев кабеля управления и сборных шин

Размер кабеля, расположение сборных шин, крутящий момент при подключении и вентиляция - все это влияет на нагрев. Незакрепленные клеммы создают сопротивление и локальные горячие точки. Перед отправкой завод должен выполнить проверку крутящего момента, изоляции и термический контроль.

Там, где позволяет пространство, размещайте силовые кабели подальше от кабелей управления. Это улучшает доступ к техническому обслуживанию и снижает воздействие тепла и электромагнитных помех на системы мониторинга.

Учитывайте рост нагрузки в будущем

Многие центры обработки данных расширяются поэтапно. Практичный электронный дом может зарезервировать от 15% до 25% площади панелей, емкости кабельных лотков, мощности систем кондиционирования и электрической шины для будущего оборудования. Точный размер резерва должен соответствовать плану загрузки проекта.

5. Устраняйте запыленность, влажность, коррозию и образование конденсата

Выберите правильную стратегию повышения давления воздуха

Вентиляция с избыточным давлением может препятствовать проникновению нефильтрованного наружного воздуха через небольшие зазоры. Подаваемый воздух должен проходить через фильтры, уровень запыленности которых соответствует уровню запыленности помещения. Фильтры оснащены датчиками перепада давления, чтобы операторы знали, когда требуется очистка или замена.

Герметичный электронный дом с системой кондиционирования воздуха с замкнутым контуром может оказаться более эффективным в условиях сильного загрязнения песком, солью или промышленными отходами. Такая конструкция снижает загрязнение, но требует тщательного контроля внутренней влажности и регулярного осмотра теплообменников.

Предотвращайте образование конденсата

Конденсат образуется, когда температура поверхности опускается ниже точки росы воздуха. Он может образовываться на холодных трубах, змеевиках системы кондиционирования, кабельных вводах и металлических панелях. Изолируйте трубопроводы охлажденной воды, используйте дренажные поддоны, герметизируйте отверстия в стенах и устанавливайте датчики влажности в чувствительных помещениях.

Основной целью контроля является поддержание относительной влажности воздуха в помещении в пределах, рекомендованных производителем оборудования. Конечные значения должны быть указаны в техническом паспорте оборудования и в местных условиях окружающей среды.

Используйте коррозионностойкие конструкции.

В жарких и влажных прибрежных зонах стальные панели, крепежные детали, кабельные вводы и электрические шины могут повреждаться. Защитные меры могут включать в себя оцинкованную сталь, порошковое покрытие, лакокрасочные системы для морских судов, фурнитуру из нержавеющей стали, герметичные жалюзи и нагреватели для предотвращения образования конденсата.

Выбор системы покрытия зависит от местной категории коррозионной стойкости. Покупателям следует запросить данные о толщине покрытия, результаты испытаний на распыление соли, если это применимо, и четкую процедуру технического обслуживания.

6. Обеспечьте противопожарную безопасность, мониторинг и доступ к техническому обслуживанию

Разработайте противопожарную защиту с учетом помещения и опасности

Стратегия пожарной безопасности электронного дома должна учитывать опасность возникновения электрической дуги, возгорания аккумуляторных батарей, возгорания кабелей, трансформаторного масла и хладагента системы кондиционирования воздуха. Обнаружение пожара должно обеспечивать раннее предупреждение, а система пожаротушения должна подходить для электрооборудования, находящегося под напряжением.

Противопожарные двери, аварийные выходы, системы дымоудаления, защиты от возгорания кабелей и аварийной изоляции электропитания должны быть предусмотрены в проекте с самого начала. Модернизация этих систем может сократить пространство для обслуживания и увеличить стоимость проекта.

Установите систему непрерывного мониторинга состояния

Высокотемпературный электронный дом должен контролировать температуру в помещении, влажность, перепад давления в фильтре, состояние системы кондиционирования, дым, утечку воды, положение двери и качество электроэнергии. Датчики должны отправлять сигналы тревоги в систему мониторинга центра обработки данных или на платформу диспетчерского управления.

Данные о тенденциях могут выявить засорение фильтра, неисправность вентилятора, проблему с хладагентом или увеличение потерь оборудования до того, как произойдет отключение. Pushen может согласовать точки мониторинга с требованиями заказчика к управлению и коммуникации.

Следите за тем, чтобы маршруты обслуживания были четкими

Операторам необходим безопасный доступ к фильтрам, компрессорам, распределительному устройству, батареям, кабельным вводам и аварийному оборудованию. Оставьте место для полного открывания дверей и демонтажа основных компонентов техническим персоналом. Компактная компоновка полезна только в том случае, если она не затрудняет техническое обслуживание.

7. Следуйте контролируемому процессу проектирования и поставки электронного дома

Пошаговый процесс реализации проекта

1. Проверьте температуру, влажность, высоту над уровнем моря, запыленность, соленость, ветер и сейсмические условия на объекте.
2. Составьте список всего электрооборудования и соберите данные о теплопотерях от каждого производителя.
3. Рассчитайте общую нагрузку на охлаждение и добавьте утвержденный предел расширения.
4. Выберите корпус, изоляцию, метод кондиционирования воздуха, стратегию повышения давления воздуха и уровень резервирования.
5. Разделите нагревательное оборудование, аккумуляторные батареи, диспетчерские пункты и зоны обслуживания.
6. Выполните тепловую, конструктивную, противопожарную, электрическую проверку и проверку кабельных вводов.
7. Соберите электронный дом на заводе с документально подтвержденным контролем качества.
8. Перед отправкой проведите заводские приемочные испытания.
9. Установите, подключите и протестируйте установку на строительной площадке.
10. Полный ввод в эксплуатацию, обучение оператора и планирование профилактического обслуживания.

Заводские приемочные испытания по запросу

План испытаний должен включать размеры, точки подъема, качество краски, герметизацию дверей, сопротивление изоляции, проверку проводки, настройки защитных реле, работу системы кондиционирования воздуха, сигналы тревоги, освещение, заземление, обнаружение пожара и интерфейсы связи.

Для высокотемпературного проекта запросите документально подтвержденный анализ эффективности системы кондиционирования воздуха при выбранных условиях наружного проектирования. Поставщик также должен объяснить, как система ведет себя после выхода из строя одного холодильного агрегата при полной электрической нагрузке.

8. Сравните распространенные варианты проектирования высокотемпературных электронных домов

9. Контрольный список покупателей для создания надежного электронного центра обработки данных

Прежде чем утвердить поставщика, подтвердите расчетную температуру наружного воздуха, диапазон температур в помещении, предельную влажность, холодопроизводительность при пиковой температуре, расположение N плюс 1 или 2N, класс фильтра, характеристики изоляции, огнестойкость, защиту от коррозии и снижение мощности оборудования.

Также запросите чертеж общего расположения, расчет тепловой нагрузки, однострочную схему, последовательность управления системой кондиционирования воздуха, план ввода кабеля, чертеж допуска к техническому обслуживанию, процедуру тестирования, список запасных частей и график ввода в эксплуатацию. Эти документы помогут избежать неясностей в распределении обязанностей между производителем электронного дома, поставщиками электрооборудования и подрядчиком на стройплощадке.

Спросите, как будет работать электронный дом во время отключения электроэнергии, сбоя системы кондиционирования, высокой запыленности, засорения фильтра и экстремальной температуры наружного воздуха. Ответ должен включать в себя аварийные сигналы, резервное питание, ручные действия и ожидаемое время безопасной работы.

Вывод: Проектируйте с учетом максимальной температуры, а не среднестатистической погоды

Оптимальный дизайн электронного дома для ЦОД в условиях высокой температуры начинается с получения точных данных о месте установки и информации о теплопотерях оборудования. Изолированные стены и крыши снижают теплоотдачу, а резервные системы кондиционирования воздуха правильного размера защищают электрооборудование в пиковых условиях. Герметичные кабельные вводы, фильтрованный воздух, контроль влажности, защита от коррозии и непрерывный мониторинг повышают надежность.

Для многих важных проектов система охлаждения N plus 1, допуск на расширение от 15% до 25%, экологический контроль с избыточным давлением или замкнутым контуром, а также полное заводское приемочное тестирование обеспечивают практическую отправную точку. Pushen может адаптировать конструкцию электронного дома, электрическую схему, систему охлаждения, комплект мониторинга и план тестирования к климатическим условиям и стандартам целевого проекта.

При выборе электронного дома с высокой температурой не следует руководствоваться только ценой. Сравните проверенные характеристики охлаждения, снижение энергопотребления оборудования, доступ к сервисному обслуживанию, защиту окружающей среды, документы по испытаниям и требования к долгосрочному техническому обслуживанию. От этих данных зависит, будет ли система E-House стабильной при достижении наиболее сложных условий эксплуатации.