تستخدم أنظمة المياه المبردة على نطاق واسع في مراكز البيانات المتوسطة والكبيرة لقدرتها على نقل كميات كبيرة من الحرارة بكفاءة وإمكانية تصميمها بتكرارية مرتفعة. لكن موثوقيتها تعتمد على السلسلة الكاملة من التقاط الحرارة في قاعة البيانات حتى طردها إلى البيئة الخارجية.
سلسلة التبريد
في قاعة البيانات تنقل وحدات CRAH الحرارة من الهواء العائد إلى المياه المبردة. تنقل المضخات المياه الدافئة إلى Chillers أو المبادلات الحرارية، وتقوم المبردات بإزالة الحرارة ثم يتم طردها إلى الخارج عبر مكثفات هوائية أو أبراج تبريد أو نظام آخر لطرد الحرارة.
يجب أن يحافظ التصميم على التدفق ودرجات الحرارة المطلوبة في جميع حالات التشغيل.
وحدات CRAH
تستخدم CRAH ملف مياه مبردة ومراوح لتبريد وتحريك هواء القاعة. تستخدم الوحدات الحديثة غالباً مراوح متغيرة السرعة لملاءمة التدفق مع الطلب الحراري وتقليل استهلاك الطاقة غير الضروري.
لا يمكن تقييم سعة CRAH بمعزل عن درجة حرارة المياه المتاحة والتدفق والضغط التفاضلي. الوحدة السليمة لن تقدم سعتها التصميمية إذا لم توفر الشبكة الهيدروليكية الظروف المطلوبة.
المبردات
تزيل المبردات الحرارة من حلقة المياه. يعتمد اختيار التقنية على المناخ والسعة والكفاءة وتوفر المياه وترتيب الموقع واستراتيجية التشغيل.
يجب تقييم الأداء عند الحمل الكامل والجزئي لأن أحمال التبريد تتغير مع حمل IT والظروف الخارجية.
المضخات والتحكم الهيدروليكي
توفر المضخات الضغط اللازم لتحريك المياه. ويستخدم التحكم بالسرعة المتغيرة عادة لمواءمة طاقة الضخ مع الطلب، وقد يعتمد التحكم على قياسات الضغط التفاضلي في مواقع ممثلة.
يجب أن يراعي اختيار المضخات التدفق الطبيعي والحد الأدنى للتدفق وسلوك صمامات التحكم وفقد الضغط في الأنابيب وحالات الفشل الواقعية.
ترتيبات الأولي والثانوي
يمكن تنفيذ الشبكة بعدة ترتيبات منها Primary-Secondary وVariable Primary Flow، ولكل منها خصائص مختلفة في التحكم والتشغيل. يعتمد الاختيار على متطلبات Chiller وحجم المحطة وقابلية الصيانة وخبرة الفريق.
لا فائدة من اختيار ترتيب عالي الكفاءة نظرياً إذا لم تستطع فرق التشغيل فهمه أو صيانته بأمان.
المبادلات الحرارية والحلقات المنفصلة
يمكن استخدام Plate Heat Exchanger لفصل دائرة مركز البيانات عن District Cooling أو دوائر خارجية. يوفر الفصل تحكماً أفضل في جودة المياه والضغط، لكنه يضيف فرق حرارة وفواقد ضخ يجب أخذها بالحسبان.
التكرارية يجب أن تشمل المسار كاملاً
إضافة Chiller احتياطي لا تجعل النظام N+1 إذا كانت جميع الوحدات تعتمد على مضخة واحدة أو لوحة تحكم واحدة أو Header غير قابل للعزل. يجب أن يشمل تحليل التكرارية المبردات والمضخات والمبادلات وتغذية التحكم والHeaders والصمامات وCRAH وطرد الحرارة.
توفر الHeaders المشتركة مرونة، لكن يجب تصميم العزل بحيث لا تؤدي الصيانة أو مشكلة في الأنابيب إلى فقد سعة أكبر من المخطط.
حالات الصيانة
يجب تقييم المحطة أثناء صيانة Chiller أو مضخة أو مجموعة CRAH أو مبادل. على المشغل معرفة هامش السعة المتاح وأوضاع الصمامات المطلوبة. ويجب توثيق التحويلات والتحقق منها.
أنظمة التحكم جزء من الموثوقية
يعتمد التبريد على الحساسات وصمامات التحكم وVFD ومنطق PLC وBMS. يمكن لحساس حرارة معطل أو تسلسل تحكم خاطئ أن يخفض السعة رغم سلامة المعدات الميكانيكية.
لذلك يجب إدخال حالات فشل التحكم وأوضاع التشغيل البديلة في التشغيل التجريبي وتحليل الفشل.
قياسات تشغيلية مفيدة
- درجة حرارة تغذية ورجوع المياه المبردة.
- معدل التدفق والضغط التفاضلي.
- حمل وحالة Chiller.
- سرعة المضخات وتيارها وجاهزيتها.
- سرعة مراوح CRAH ووضع الصمامات.
- اتجاهات حرارة مداخل الرفوف.
- السعة المتاحة مقارنة بالمطلوبة.
الخلاصة
يجب إدارة محطة المياه المبردة كنظام حراري وهيدروليكي واحد. المبردات والمضخات والHeaders والصمامات والتحكم وCRAH مترابطة. تأتي المرونة من فهم مسار إزالة الحرارة كاملاً وتصميم العزل والتكرارية وإثبات النظام في حالات الصيانة والفشل.
المراجع وقراءات إضافية
- إرشادات ASHRAE TC 9.9 الحرارية ومنشورات Datacom.
- ASHRAE Standard 90.4، Energy Standard for Data Centers.
- وثائق الشركات المصنعة للمبردات والمضخات وCRAH وأنظمة التحكم.
