Дизельные динамические (роторные) источники бесперебойного питания (ДДИБП) давно и прочно вошли в российскую практику построения центров обработки данных. Безусловно, у этой технологии есть свои плюсы и минусы, свои сторонники и противники. В этой статье мы не будем обсуждать целесообразность применения ДДИБП на том или ином объекте, а поделимся своим опытом проектирования вспомогательных систем ДДИБП – вентиляции и охлаждения. По большому счету они мало отличаются от аналогичных систем ДГУ, но последние гораздо чаще выпускаются в контейнерном исполнении с индивидуальными, рассчитанными при производстве системами вентиляции и охлаждения и размещаются вне зданий. ДДИБП, как правило, устанавливаются в помещении, зачастую в уже построенном здании, что перекладывает проблему разработки вспомогательных подсистем на плечи проектной организации.
Разработка проектной документации для серверных помещений и инженерных систем
Что должна обеспечить система вентиляции?
Итак, чтобы создать необходимые для работы ДДИБП климатические условия, нужно реализовать системы вентиляции и охлаждения. ДДИБП состоит из двигателя внутреннего сгорания, накопителя и генератора. Все эти элементы при разных режимах своей работы выделяют тепло. Самое большое тепловыделение, до 65% общего выделения ДДИБП, работающего в аварийном режиме, у дизельного двигателя. Поэтому для его охлаждения требуется отдельная система, снимающая излишки тепла с двигателя и выбрасывающая их через радиатор охлаждения. Радиатор может устанавливаться как в одном помещении с ДДИБП, так и вне этого помещения, например, на кровле или за уличной стеной.
Накопитель и генератор создают до 35% общего максимального тепловыделения ДДИБП, но, в отличие от двигателя внутреннего сгорания, делают это при всех режимах работы ДДИБП, а не только при дизельном, как ДВС.
Система вентиляции помещения ДДИБП выполняет три функции: во-первых, утилизирует тепло от корпуса дизельного двигателя, генератора и накопителя, во-вторых, подает кислород для поддержания процесса горения топлива в двигателе и, в-третьих, в случае установки радиатора охлаждения двигателя внутри помещения снимает теплопритоки в дизельном режиме.
При установке радиатора внутри помещения порядка 90% объема воздуха, необходимого в аварийном режиме, затрачивается на съем теплопритоков от всех элементов ДДИБП и порядка 10% расходуется на горение топлива.
В качестве примера приведем статистические данные по системе вентиляции для ДДИБП мощностью 1,6 МВт, которые неоднократно использовались в российских проектах ЦОДов. В одном из реализованных проектов радиатор охлаждения ДВС был установлен внутри помещения рядом с агрегатом ДДИБП, что повысило требования к производительности системы вентиляции. Геометрия помещения обусловила необходимость длинных воздуховодов, вследствие чего мощность приточной установки должна была составлять порядка 100 тыс. куб. м/ч. Расчетное потребление ДДИБП для собственных нужд равнялось 60 кВт, однако реальное пиковое потребление системы вентиляции достигало почти 100 кВт.
Почему возникают сложности?
Основные причины, по которым реализация системы вентиляции ДДИБП вызывает сложности в российских дата-центрах, – это сезонные перепады температур и часто практикуемое размещение данного оборудования в здании ЦОДа по остаточному принципу. В штатной комплектации радиатор охлаждения и двигатель ДДИБП способны принимать уличный воздух температурой до -15°C. В большинстве европейских стран такой мороз – минимальная сезонная температура. Поэтому в стандартной схеме ДДИБП располагается в здании с организацией забора воздуха со стороны генератора напрямую с улицы, движением его вдоль установки, с одновременным забором тепловыделений генератора, накопителя и двигателя, и последующим выбросом воздуха через радиатор охлаждения на улицу с другой стороны здания (рис. 1).
Рис. 1. Типовая компоновка ДДИБП и системы охлаждения
В России такая компоновка в большинстве случаев нереализуема из-за ограничений на температуру подаваемого на установку наружного воздуха. При допустимых паспортных -15°C температура в наших краях может быть существенно ниже и опускаться до -40°C, что заставляет создавать камеру смешения воздуха. Это увеличивает как капитальные вложения (а заодно и требуемые размеры помещения для ДДИБП), так и операционные расходы, в частности, на электроснабжение и эксплуатацию дополнительных вентиляционных групп.
Камерой смешения может служить непосредственно помещение, где установлен ДДИБП (рис. 2). В этом помещении устанавливаются два воздушных клапана с электроприводом, соединяющих его с улицей и отсеком рециркуляции. Открывая и закрывая клапаны, можно регулировать количество нагретого воздуха, подаваемого обратно в помещение ДДИБП через рецикуляционный воздуховод.
Если температура в помещении ДДИБП снижается, приточный клапан начинает закрываться (при этом снижаются обороты приточного вентилятора), одновременно с этим закрывается вытяжной клапан. Рециркуляционный клапан открывается, подмешивая нагретый воздух после радиатора охлаждения обратно в помещение (где он смешивается с наружным воздухом). Если температура внутри помещения растет, то происходит обратный процесс – клапаны наружного и вытяжного воздуха начинают открываться, а рециркуляционный клапан закрывается. Комбинация этих режимов работы позволяет поддерживать требуемую температуру внутри помещения ДДИБП.
Рис. 2. Установка ДДИБП с камерой смешения воздуха
На деле мы часто ограничены геометрией здания, его внешним окружением, пожеланиями заказчика, поэтому приходится создавать более сложные системы вентиляции.
Что получается на практике?
Так, на одном из проектируемых объектов отсутствовала возможность установить клапаны забора и выброса воздуха с фасада здания на расстоянии более 6 м друг от друга (для исключения их взаимного влияния), однако можно было обеспечить забор воздуха с кровли. В результате родилась схема, представленная на рис. 3. Радиатор ДДИБП размещался на улице, на специальной эстакаде. Установка радиатора вне помещения позволила снизить нагрузку на систему вентиляции, поскольку отпала необходимость подавать в помещение дополнительный объем наружного воздуха для охлаждения ДДИБП. Кроме того, расположение воздухозабора на кровле существенно снизило скорость загрязнения воздушных фильтров.
Рис. 3. Организация забора и выброса воздуха для охлаждения ДДИБП с кровли здания
Камера смешения фактически представляла собой дополнительный технический этаж, находящийся над помещением ДДИБП. Это позволило уменьшить размеры помещения ДДИБП за счет выноса части вспомогательных систем за его пределы. Установка вытяжных вентиляторов в отдельном помещении упростила обслуживание системы вентиляции (замену фильтров, ремонт и замену неисправных вентиляторов) и дала больше свободы при размещении шумоглушителей в помещении ДДИБП.
Такая компоновка позволила снизить требуемую протяженность помещения, но его высота существенно увеличилась по сравнению с предыдущим вариантом. Недостатки решения – большое количество поворотов потока воздуха, повысившее энергопотребление системы вентиляции, а также нехватка места для свободного размещения вытяжных вентиляторов, что заставило уделить особое внимание расчету необходимой производительности последних во избежание их работы в критичных режимах.
Управление проектами строительства, поставка, монтаж и пусконаладка инженерных систем, строительство ЦОД «под ключ».
Топология еще одного объекта позволяла сделать забор и выброс воздуха только на стене помещения ДДИБП, граничащей с улицей. При этом на площадке не было возможности проложить вытяжные шахты внутри здания. Радиатор охлаждения также был вынесен за пределы здания (рис. 4).
Рис. 4. Конфигурация со свободным размещением вытяжного вентилятора
Эта компоновка также отличается повышенным энергопотреблением, обусловленным сложным маршрутом движения воздушных потоков, и наибольшей высотой помещения среди всех рассмотренных вариантов. Высота помещения определяется габаритами вентиляционных решеток и строительными нормами на расстояние между ними и для ДДИБП мощностью 1,9 МВт составляет не менее 11 м. Но в данном случае вытяжные вентиляторы можно было расположить свободно, что позволило подобрать оборудование с необходимым запасом мощности.
Приведенные примеры наглядно демонстрируют, что размещение ДДИБП внутри здания – задача нетривиальная. Поэтому мы настоятельно рекомендуем оценивать возможные варианты расположения данного оборудования в здании ЦОДа еще на самых ранних этапах предпроектных работ, не рассчитывая на то, что ДДИБП и все вспомогательные инженерные системы удастся «куда-нибудь запихнуть» в уже отрисованную архитектуру здания на более поздних этапах проектирования.
Источник: журнал ИКС, №3 от 01 сентября 2020 года
DataFloor