http://www.dcEng.ru

Согласно прогнозам, в 2011 году спрос на компрессоры будет увеличиваться, и, чтобы удовлетворить его, компании-производители продолжают вкладывать средства в развитие и расширение производства.

В целом по итогам 2010 года можно сделать вывод, что рынок компрессоров практически восстановился после падения, вызванного финансовым кризисом 2008 года, однако его состояние различно — в зависимости от региона.

В развивающихся странах быстрыми темпами растет спрос на комрессоры винтового и центробежного типов. В Азии стабильно растет спрос на поршневые компрессоры для холодильной техники. В Европе распространение тепловых насосов вызвало увеличение потребности в поршневых компрессорах для этого типа оборудования.

Одно из главных направлений работы инженеров и конструкторов — повышение энергоэффективности выпускаемой продукции. Другое направление — поиск хладагентов, сочетающих в себе высокие технические характеристики и экологическую безопасность.

Роторные компрессоры

Лето 2010 года во многих странах выдалось жарким, что обусловило рост спроса на кондиционеры. Это, в свою очередь, заставило производителей увеличить объем выпуска роторных компрессоров. В результате в 2010 году он составил 112,5 миллиона штук.

Производство роторных компрессоров сосредоточено в Азии, прежде всего — в Китае, Японии и странах Юго-Восточной Азии. Приблизительно 80% всех роторных компрессоров изготовлено в Китае. При этом Китай не только основной производитель, но и крупнейший потребитель этого типа оборудования. Вторым по величине рынком роторных компрессоров является Индия. В последние годы этот сегмент рынка активно осваивается американскими, японскими и южнокорейскими компаниями.

Все более востребованным этот тип компрессоров становится в Юго-Восточной Азии, прежде всего в Малайзии и Таиланде.

В то же время многие производители рассматривают США как крайне перспективный рынок для роторных компрессоров с инверторным управлением. С ужесточением требований к энергоэффективности потенциал этого рынка только растет.

С ростом количества произведенных компрессоров растет и общее потребление электрической энергии. Поэтому разработка энергоэффективного оборудования приобретает особую актуальность. Так, компании в Китае и других странах ЮВА все больше внимания уделяют производству инверторных моделей роторных компрессоров.

Разработка усовершенствованного компрессора с двойным ротором существенно повысила производительность данного типа оборудования и позволила ему на равных соперничать со спиральными компрессорами.

Роторные технологии постоянно развиваются. Сегодня этот вид компрессоров применяется не только в бытовых, но и в полупромышленных кондиционерах средней и большой производительности, в чиллерах, а также в холодильном оборудовании.

Крупнейшими производителями в данном сегменте рынка являются Meizhi (совместное предприятие Midea и Toshiba Carrier), Shanghai Hitachi (совместное предприятие Highly и Hitachi), Panasonic, LG, Mitsubishi Electric, Landa (входит в Gree Group), Samsung, Sanyo, Tecumseh и Rechi.

Спиральные компрессоры

Сфера применения спиральных компрессоров огромна. Это и бытовые, и полупромышленные кондиционеры, и VRF-системы, и тепловые насосы «воздух — вода», а также морозильное и холодильное оборудование. Вертикальные спиральные компрессоры обычно используются в системах кондиционирования помещений, тогда как горизонтальные чаще применяются на железнодорожном и автомобильном транспорте.

И все же основным потребителем спиральных компрессоров являются системы кондиционирования жилых зданий, причем спрос на компрессоры здесь постоянно растет. Основной движущей силой увеличения спроса становится стремление к комфорту и повышению энергоэффективности.

Объем рынка спиральных компрессоров в 2010 году составил 12 миллиардов долларов США, или, в пересчете на единицы оборудования, 14 миллионов штук (что на миллион штук больше, чем в 2009 года).

Двигателем экономики в 2010 году являлась Азия. В азиатских странах наблюдался стремительный рост инвестиций в жилищное и промышленное строительство, и многие производители спиральных компрессоров расширили и усилили свои производственные мощности в регионе, существенно увеличилось число компаний, решивших заняться производством данного оборудования.

Крупнейшими рынками спиральных компрессоров являются Китай, США, Европа и Юго-Восточная Азия.

На долю США приходится около 35% от общемирового производства спиральных компрессоров. Безусловным лидером рынка является компания Copeland (Emerson), производящая половину всех спиральных компрессоров для кондиционеров. Следом идут Danfoss, Sanyo, Hitachi, Daikin, Mitsubishi Electric и Siam Compressor Industry.

В сегменте компрессоров для холодильного оборудования также лидирует Copeland.

Спрос на спиральные компрессоры в мире столь велик, что к их производству подключились фирмы, ранее специализировавшиеся исключительно на роторных компрессорах.

Винтовые компрессоры

Основная область применения винтовых компрессоров — системы кондиционирования средней и большой мощности на базе чиллеров с воздушным и водяным охлаждением. В последние годы есть примеры использования винтовых компрессоров в коммерческих холодильных установках.

Около 85% компрессоров данного типа имеют двойной винт. Ведущими производителями компрессоров с двойным винтом являются Bitzer, Hanbell, Trane (Ingresoll Rand), Carrier, York, FuSheng, RefComp, Frascold, Hitachi и Dunham-Bush.

В сегменте компрессоров с одинарным винтом лидируют Daikin, Mitsubisi Electric, McQuay, J&E Hall и Vilter.

Китай является одновременно и самой крупной производственной базой, и самым быстрорастущим рынком винтовых компрессоров. Последнее вынуждает многие компании переносить производство в Китай. Это уже сделали Carrier, York, Trane, Bitzer и Daikin. У RefComp имеется сборочный цех в Шанхае.

В последнее время все заметнее проявляется тенденция замены спиральных и центробежных компрессоров винтовыми. Сейчас разработчики сосредоточили усилия на создании энергоэффективных моделей компресоров с инверторным управлением.

Компрессоры центробежного типа

Чиллеры с компрессорами центробежного типа широко применяются в системах кондиционирования промышленных предприятий, больших жилых и общественных зданий. Как правило, центробежные компрессоры изготавливаются непосредственно самими производителями холодильных машин. В 2010 году спрос на чиллеры с центробежными компрессорами, сократившийся из-за кризиса, частично восстановился. Крупнейший рынок холодильных машин такого типа — США. Ведущими производителями там являются Trane, Carrier, York и McQuay, чья продукция преобладает не только на американском, но и на мировом рынке.

В последнее время заметно вырос спрос на центробежные компрессоры в странах Азии. Суммарно на долю континентального Китая, Тайваня, Японии и Южной Кореи приходится половина мирового рынка этих изделий. Стремясь закрепиться на новых территориях, компании Carrier и Trane открыли в Азии научно-исследовательские центры, Danfoss представил на индийском рынке новейшие компрессоры на магнитной подвеске Turbocor. На рынки ЮВА выходит и компания Dunham-Bush, производственная база которой находится в Малайзии. Производители из Китая, такие как Midea и Gree, занимаются изготовлением центробежных чиллеров, компрессоры для которых делают сами. Успешно осваивает китайский рынок корейская компания LS Mtron.

Чиллеры с центробежными компрессорами часто используются на предприятиях по производству микроэлектроники на основе полупроводников. До кризиса ежегодный спрос на компрессоры такого типа достигал 600 единиц. В 2010 году он снизился до 370 единиц.

Ужесточение требований к энергоэффективности оборудования заставляет производителей совершенствовать свою продукцию, повышая производительность и экономичность. Одно из направлений этой работы — широкое использование инверторных технологий. Другой путь — применение магнитной подвески, избавляющей от потерь на преодоление силы трения. В настоящее время такие компрессоры предлагают York (серия YMC2), Danfoss (Turboсor, производительность 250–700 холодильных тонн), McQuay (Magnitude, 145–570 холодильных тонн).

Из прочих тенденций данного сегмента рынка следует отметить использование центробежных компрессоров в тепловых насосах для утилизации тепла, выделяющегося в ходе производственных процессов.

Поршневые компрессоры

Старейший тип компрессоров — поршневой, представлен на рынке моделями самой разной производительности, использующимися в холодильной технике и оборудовании для кондиционирования воздуха. И хотя в сегменте оборудования малой мощности они делят нишу с роторными и спиральными компрессорами, а в сегменте высокой производительности — с винтовыми, продажи поршневых компрессоров для холодильной техники продолжают стабильно расти. Например, за последнее время они заметно выросли в Китае, США и Европе.

Мировым лидером в производстве компрессоров для бытовых холодильников является Embraco, следом идут Panasonic, ACC, Aurelius и LG. На долю этих компаний приходится 68% рынка. В сегменте компрессоров для коммерческого и промышленного холода лидируют Tecumseh, Bitzer, Dorin, Bock, Danfoss, Cubigel и Vilter.

Корейские производители стремятся играть ведущую роль в производстве бытовой техники.

Так, LG Electronics в 2011 году начала строительство фабрики по изготовлению бытовых холодильников в Бразилии. Предприятие будет запущено в эксплуатацию в 2012 году. В Тайчжоу (Китай) LG наладила выпуск линейных компрессоров, являющихся инновационной разновидностью устройств поршневого типа.

Высокая конкуренция на рынке стала причиной ряда слияний и поглощений.

В декабре 2009 года Samsung объявила о приобретении производства бытовых холодильников и стиральных машин у польской компании Amica.

В 2007 компания Qingdao Sanyo продала подразделение, специализирующееся на инверторных поршневых компрессорах, компании Highly (Shanghai Hitachi). В январе 2009 года испанское подразделение ACC, занимавшееся оборудованием для коммерческого холода, было куплено инвестиционным фондом из США.

В июле того же года Emerson поглотила Vilter Manufacturing, частного производителя компрессоров из Висконсина (США). В 2010 году компания Danfoss продала подразделение Danfoss Household Compressors (компрессоры для бытовых и малых коммерческих холодильников) немецкому производителю Aurelius, переименовавшему приобретение в Secop. В декабре 2010 года GEA Refrigiration Technologies, входящая в GEA Group, объявила о начале процесса поглощения немецкой компании Bock Kaltemachinentechnik, ведущего производителя открытых и полугерметичных поршневых компрессоров для стационарных и мобильных холодильников.

В то же время наблюдается относительное снижение доли поршневых компрессоров для кондиционеров — по мере роста продаж компрессоров других типов. На сегодня поршневые компрессоры составляют лишь 3% от всех компрессоров, используемых в системах кондиционирования. Абсолютное большинство из этих трех процентов — герметичные изделия, выпускаемые ведущими производителями из США: Tecumseh, Copeland и Bristol.

Тепловые насосы порождают спрос

Тепловые насосы, сочетающие в себе энергоэффективность и экологичность, продолжают завоевывать Европу, Японию и с недавних пор Китай. Расширение рынка тепловых насосов вызвало рост продаж компрессоров для этого типа оборудования и поспособствовало улучшению их технических характеристик.

Компрессоры, предназначенные для тепловых насосов, используются в бытовых кондиционерах, небольших полупромышленных VRF-системах и даже в чиллерах. Кроме того, тепловые насосы все шире применяются в водонагревателях.

Многие производители разрабатывают компрессоры для тепловых насосов, способные эффективно работать в холодном климате. VRF-системы, предлагаемые японскими компаниями, могут нормально функционировать при температуре уличного воздуха ниже –25 °С.

За последние несколько лет заметно выросли продажи тепловых насосов «воздух — вода» в Европе. Тому причиной несколько факторов, главные из которых — ужесточение требований к энергоэффективности, государственные инициативы, способствующие распространению энергосберегающих и экологически безопасных технологий.

Наиболее популярным оборудованием этого типа в Японии стали тепловые насосы Eco Cute, объем продаж которых в 2010 году составил около 550000 единиц. Eco Cute зачастую применяются как водонагреватели, где в качестве хладагента используется CO2. Использование этих систем поощряется государством и компаниями — поставщиками электроэнергии.

Замена хладагентов

Во многих странах принимаются меры по сохранению окружающей среды, связанные с ограничением оборота опасных для экологии хладагентов.

Хлорфторуглероды (ХФУ) и гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) уже попали под запрет из-за опасности, которую они представляют для озонового слоя. Пришедшим им на смену гидрофторуглеродам (ГФУ) также грозит изгнание из-за слишком высокого потенциала глобального потепления (ПГП).

Китайские компании испытывают полупромышленные кондиционеры на дифторметане (R32), и бытовые — на пропане (R290). В секторе промышленного охлаждения все чаще применяются природные хладагенты, такие как аммиак, CO2, углеводороды. Однако по соображениям безопасности ни аммиак, ни изобутан или пропан не вполне подходят для систем кондиционирования воздуха по причине токсичности аммиака и взрывоопасности изобутана и пропана. Энергоэффективность кондиционеров, использующих CO2, ниже, чем у оборудования на ГФУ R410А, а значит, они потребляют больше электроэнергии, что отнюдь не способствует сокращению углеродных выбросов.

На прошедшем в декабре 2010 года симпозиуме по новым хладагентам и экологически чистым технологиям в Кобе (Япония) были представлены перспективные разработки в этой области.

Компания DuPont познакомила собравшихся с результатами испытаний смесей DR 4 и DR 5. Томас Лек, руководитель исследовательского направления компании, рассказал, что новые смеси предназначены для замены R410A в тепловых насосах и кондиционерах. Основа смесей — хладагент HFO 1234yf, однако точный состав пока не раскрывается. Томас Лек заявил: «Использование DR 5 делает оборудование, предназначенное для работы на R410A, более производительным и эффективным. DR 4 отличается меньшим, чем DR 5, ПГП (менее 300), однако DR 5 более дружественен к окружающей среде. Дело в том, что его использование снижает энергопотребление, а значит, уменьшает углеродные выбросы при производстве электричества».

Компания Honeywell также представила вещества с низким ПГП: HFO 1234yf и HFO 1234ze, быстро разлагающиеся при попадании в атмосферу. По своим термодинамическим характеристикам эти хладагенты могут стать отличной заменой R134a.

Источник

Современное прецизионное оборудование для кондиционирования воздуха сплошь и рядом оборудовано электронными ТРВ, а некоторые монтажники до сих пор удивляются отсутствию необходимости «что-то там подкрутить для настройки системы».

Недостатки механических ТРВ – достоинства электронных ТРВ

Итак, традиционные механические ТРВ имеют ряд недостатков, к которым мы, кодиционерщики, вроде и привыкли, но появившиеся электронные ТРВ лишены многих из них, а потому выбор в пользу последних очевиден.

Перечислим основные недостатки механических ТРВ:

• Первое и главное для ЦОД: механические ТРВ имеют достаточно узкий диапазон регулирования холодопроизводительности. Как правило, он составляет 50-100%. Однако практически каждый ЦОД мало того, что проектируется по максимальному потреблению ИТ-оборудования, так ещё и далеко не сиюминутно заполняется, а для этого необходим более широкий диапазон.
• Важным для ЦОД является и круглогодичная работа, а механический ТРВ, как известно, без подстройки с летнего на зимний режим и обратно не перейдет ввиду изменения перепада давления.
• Механический ТРВ поддерживает достаточно высокий перегрев хладагента – до 15С, причем он не поддается автоматической корректировке.
• Механический ТРВ работает на поддержание перегрева (разности температур), но получает её косвенным путем – через разность давлений (между термобаллоном и испарителе), следовательно, необходим ТРВ с «родной» заправкой, соответствующей данному хладагенту.
• Неучтенные или появившиеся при эксплуатации системы гидравлические сопротивления (например, засор фильтров) не могут быть учтены и ТРВ. Как результат, максимальная холодопроизводительность становится недостижимой.
• Привязка к конкретному хладагенту.

В отличие от механических, электронные ТРВ имеют собственную автоматику («мозги») и способны изменять проходное сечение на основе измерений перегрева хладагента.

На сегодняшний день существует 2 типа электронных ТРВ в зависимости от вида регулирующего механизма: импульсно-модулирующие ТРВ и ТРВ с шаговым электродвигателем.

Импульсно-модулирующие электронные ТРВ

Импульсно-модулирующие электронные ТРВ использует двоичную систему: открыт/закрыт. В течение 6-секундного цикла вентиль один раз полностью открывается и один раз полностью закрывается. Длительность открытого положения вычисляет электронный контроллер-термостат на основе измеренной величины перегрева в испарителе.

Импульсно-модулирующий электронный ТРВ EX2 (Alco Controls)

Бояться такой частоты открытия/закрытия не стоит: ресурс импульсно-модулирующих ТРВ составляет порядка 80 млн. циклов, что даже при непрерывном использовании холодильной машины превышает 15 лет.

Ещё одним преимуществом импульсно-модулирующих ТРВ является способность полностью перекрыть трубопровод. Это освобождает от необходимости включать в контур соленоидный вентиль. Кроме того, при пропадания питания (например, в случае аварии), данный ТРВ автоматически закроется.

Импульсно-модулирующие ТРВ позволяют:

• Регулировать холодопроизводительность в диапазоне от 10% до 100%,
• Поддерживать перегрев вплоть до 3С,
• Автоматически самонастраиваться на текущие потребности холодильного контура.

Но есть и одно ограничение: импульсно-модулирующие ТРВ не устанавливаются на оборудование холодильной мощностью более 17кВт во избежание гидроудара при закрытии/открытии вентиля. Его сила способна разрушить паяные соединения.

Электронные ТРВ с шаговым электродвигателем

И тут на арену выходят электронные ТРВ с шаговым электродвигателем. Для них характерно постоянное плавное регулирование проходного сечения, резких движений не возникает, а потому и гидроудар невозможен. Под «плавным» регулированием на самом подразумевается шаговое, но ввиду огромного числа шагов, счет которым переходит на тысячи, регулирование можно признать плавным.

Электронный ТРВ с шаговым электродвигателем EX7 (Alco Controls)

2-фазный биполярный шаговый двигатель совершает поворот ротора на угол 1.8° при получении одного сигнала. Вращательное движение ротора посредством винта превращается в поступательное, и проходное сечение изменяется на десятки микрон. При этом геометрический профиль проходного сечения задвижки специально спроектирован для обеспечения линейных характеристик потока.

Регулирование холодопроизводительности электронным ТРВ с шаговым электродвигателем

Для электронных ТРВ с шаговым двигателем характерно:

• Высокая надежность,
• Высокая точность,
• Отсутствие необходимости в соленоидном вентиле,
• Широкий диапазон холодопроизводительности,
• Отсутствие гидроудара, а потому широкий ассортимент продукции в зависимости от номинальной холодильной мощности установки (вплоть до 1МВт).

Подключение электродвигателя стандартное для данной ситуации: два контакта для питания и два – для управления.

Дополнительные плюсы Alco Controls

Добавим некоторые особенности применения электронных ТРВ от Alco Controls.

Для каждого типа электронных ТРВ разработана плата управления, в числе прочего позволяющая управлять оттайкой, включением/отключением компрессоров и вентиляторов воздухоохладителя.

Универсальный приводной модуль для ТРВ с шаговым двигателем, позволяющий использовать для его управления любое стороннее устройство, генерирующее управляющий сигнал 4-20мА или 0-10В на выходе. Это позволяет расширить границы использования электронных ТРВ с шаговым двигателем и применять их для решения следующих задач:

• Поддержание уровня жидкости (регулировка расхода подпитки)
  
• Регулирование холодопроизводительности перепуском газа после компрессора (регулирование расхода байпаса)
  
• Регулирование давления кипения
  
• Регулирование давления конденсации
  
• Впрыск жидкости в винтовой/спиральный компрессор (регулирование расхода впрыскиваемой жидкости)
  
• И др.

Таким образом, электронные ТРВ с шаговым электродвигателем, будучи достаточно точным механизмом, позволяющим регулировать расход газа на высоких перепадах давления, должны найти широкой применение на вспомогательных линиях холодильного контура, а, возможно, и в приложениях из совершенно другой области.

Компания Eaton, крупный производитель оборудования для систем бесперебойного электроснабжения, разработала технологию тестирования ИБП Easy Capacity Test (дословно - «простого тестирования работоспособности»), которая позволит сэкономить время, электроэнергию, деньги и целый ряд дополнительных сопутствующих расходов.

Как тестируют ИБП сегодня

Обратимся к повседневной практике тестирования ИБП. Как правило, проверка бесперебойников выполняется, когда система уже собрана, но рабочей нагрузки ещё нет (ЦОД ещё пуст во избежание рисков нанесения вреда дорогостоящему ИТ-оборудованию).

В целях имитации рабочего режима требуется к ИБП подключить нагрузку, а так как интересуют прежде всего пиковые режимы работы, то и нагрузка должна соответствовать проектной. Возникает вопрос, где её взять? Некоторые подрядные организации имеют собственные нагрузочные модули – некое оборудование (иногда даже обычные мощные нагреватели), имитирующее работу ЦОД. В случае отсутствия таковых, рабочую нагрузку приходится запрашивать (а бывает, и брать в аренду) у заказчика. Очевидно, что в обоих случаях затраты на проведение тестирования растут.

Следующий шаг – отвод тепла. Во-первых, тепло выделяет сам ИБП, во-вторых, нагрузка. Итоговая подведенная мощность целиком перейдет в тепловую энергию и потребует её отвода. Хорошо, если в это же время тестируется система кондиционирования. Это единственный случай оптимального и согласованного тестирования основных инженерных систем ЦОД. Но как быть, если во время регламентных работ следует проверить только один блок ИБП?

Кстати говоря, а сколько длится тестирование ИБП? Если учесть, что в период тестирования проверяются как режимы полной загрузки ИБП, так и частичной; время полного заряда и разряда батарей; а также имитируются некоторые другие режимы, то условно можно принять длительность тестирования, равную суткам.

При проверке ИБП мощностью 500кВА (400кВт) за сутки (24ч) при стоимости электроэнергии 3руб/кВт «нагорит» почти 30 000руб ($1000). Практика показывает, что данная цифра доходит до $5000, если учесть оборудование, имитирующее нагрузку, его аренду, доставку, а также временные затраты на планирование и построение тестовой среды.

Как предлагают тестировать

Предложение от Eaton в рамках технологии Easy Capacity Test является первым в своем роде и позволяет тестировать ИБП без внешней нагрузки: вместо неё используются входящие в состав ИБП выпрямитель и инвертор.

Суть метода в том, чтобы проверить работоспособность всех элементов ИБП под напряжением и, соответственно, током, при этом не подавая напряжение на выход ИБП, а замыкая его внутри себя.

В качестве очень точной аналогии можно привести пример циркуляции воды в трубах под действием насосов. Любой желаемый расход воды обеспечивается путем коррекции параметров работы насоса, тем самым реализуется широкий диапазон возможных режимов работы, но практически без затрат самой воды – следует только подпитывать замкнутый контур ввиду возможных утечек. Здесь очень важно отметить, что для проверки контура на высоких давлениях нет необходимости в использовании мощных насосов, обеспечивающих такое давление. Общий уровень давления (статическое давление) в системе задается подпиткой, а насосы лишь создают дополнительный напор, заставляющий воду двигаться в контуре.

Абсолютно аналогично построена и технология тестирования Easy Capacity Test.

Роль насоса играет инвертор ИБП. Ток после инвертора по встроенной линии байпаса передается на вход ИБП и попадает в выпрямитель. Полученный им постоянный ток подпитывает батареи и поступает в инвертор. Цикл замыкается. Потери, образующиеся при преобразованиях тока и вызванные необходимостью подзарядки батарей, составляют примерно 5% от мощности ИБП (КПД равен 95%, а потери равны единице за вычетом КПД). Эти 5% потребляются из внешней сети и являются подпиткой.

Схема тестирования ИБП

Именно подпитка задает общий фон напряжения в контуре ИБП. А необходимую разность потенциалов для генерации тока обеспечивает инвертор, причем очень интересным образом. Он следит за синусоидой напряжения внешней сети и выдает свою синусоиду несколько опережающую (на 10 градусов по фазе) её. Разность напряжений двух синусоид и есть та самая искомая разность потенциалов.

Красная синусоида (напряжение инвертора) опережает синюю (напряжение внешней сети) и разность между ними является разностью потенциалов, создающей ток в цепи ИБП.

Таким образом, вместо потребления из сети 100% мощности ИБП потребляется всего 5%, вместо отвода тепла от нагрузки в размере 100% мощности ИБП не требуется отводить ничего - двойная выгода налицо! Но есть и третий аспект.

Рассмотрим случай проверки времени разряда батарей. Внешней нагрузки по-прежнему нет. Постоянное напряжение от батарей поступает на вход инвертора, а полученное переменное напряжение по линии байпаса передается на вход ИБП и далее… отводится в сеть электроснабжения здания! При этом также можно сгенерировать различную скорость разрядки батарей для проверки различных режимов работы от АКБ.

Преимущества Easy Capacity Test и первая ласточка

• Экономия времени: отпадает необходимость в наличии, транспортировке и построения тестовой среды; производится тестирование сразу всех компонентов ИБП.
• Экономия финансов: в тестовом режиме потребляется всего 5% от мощности ИБП вместо 100% при традиционной схеме тестирования, а отводить тепло от сымитированной внешней нагрузки не требуется вовсе ввиду её отсутствия. Кроме того, деньги экономятся и на покупке, транспортировке и построении тестовой среды.
• «Озеленение» ИБП: Easy Capacity Test полностью отвечает требованиям «зеленых» технологий: минимум энергопотребления, максимум экономии.
• Очередность тестирования модулей: В случае модельного ИБП технологию тестирования Easy Capacity Test можно запускать на каждом модуле в отдельности, тем самым не прерывая работу всего ИБП.
• Безопасность ЦОД: Технология Easy Capacity Test выполняет тестирование ИБП без какого-либо влияния на электропитание ЦОД: не образуются дополнительные помехи в сети, не повышается тепловыделение, и, что очень важно, сервера не запитываются от тестируемого ИБП, как это часто бывает при традиционном тестировании.

Первой ласточкой, оснащенной новой технологией тестирования Easy Capacity Test, является серия ИБП Powerware 9395 от компании Eaton с диапазоном мощности от 225 до 1100кВА. Все изделия линейки получили сертификат «An Eaton Green Solution».

Данная моя статья опубликована на сайте Telecombloger.ru

Посмотрим на эти проекты:

• Google: гигант в области поисковых систем намеревается использовать холодную морскую воду в своём новом ЦОД в Хамине (Финляндия), который сейчас строится и ожидается к запуску в следующем году. Google «отреставрировал» водные насосы, ранее применявшиеся на бумажном заводе, и будет использовать трубы большого сечения для прокачки воды из Балтийского моря.
• BastionHost: Этот канадский провайдер купил бывший правительственный бункер в Новой Шотландии как одну из частей будущего университетского городка «Dataville». «У нас есть огромный водоносный слой охлажденных грунтовых вод», сказал Антон Селф, президент BastionHost. «Весь мой завод использует систему охлаждения на основе грунтовых вод. На данный момент система обеспечивает первый этап работ в бункере, но Селф заявил, что BastionHost работает с гидрогеологами и инженерами, чтобы найти новый колодцы и увеличить масштаб системы до 10 млн галлонов (почти 40 000м3) в день.
• SIAG: ЦОД «Швейцарский Форт-Нокс» компании SIAG расположен в глубине Альп и предлагает ультрабезопасное хранение данных в защищенном от ядерной бомбы сооружении. ЦОД также использует в своих интересах преимущество его размещения с точки зрения системы кондиционирования путем применения ледяной воды из подземного озера.
• DataDock: Быший склад около Страсбурга был переоборудован под оборудование от PlusServer и использует обширный слой грунтовых вод для получения охлаждающей воды с температурой 12°C. Грунтовая вода нагнетается из скважин, фильтруется во избежание загрязнения труб, и используется в теплообменниках ЦОД DataDock для охлаждения внутреннего водяного контура, охлаждающего непосредственно ИТ-оборудование.
• Eco-Park: Разработчики Eco-Park в Маврикии (Республика Маврикий – островное государство в юго-западной части Индийского океана) объявили о планах развить систему, использующую морскую воду для охлаждения (sea water air conditioning, SWAC), выявляя при этом глубоководные потоки, протекающие возле Маврикии. Таким системы охлаждения предполагают большие капитальные затраты, но огромное энергосбережение в эксплуатации.
• DeepGreen: ЦОД DeepGreen мощностью 46МВт планируется построить на берегах озера Уоленси в Швейцарии. Здание будет охлаждаться с использованием источника воды температурой 43F (6C) с глубины 197 футов (60 метров). Ввод воды к насосной станции – через двойные трубопроводы. Производительность насосов – 668 000 галлонов в час (более 2500м3/ч).

Оригинальный текст: Rich Miller / datacenterknowledge.com
Перевод с английского и адаптация на русский язык: Хомутский Юрий
Источник в Рунете

Вершок

Всё началось с появления в русской системе мер аршина. Это было в середине XVI века. Аршин пришел к нам с Востока, а происхождение названия связано толи с турецкой мерой длины “аршин”, равной 70.9см, толи с персидским словом “арши”, что переводится как “мера длины”.

Аршин делился на более мелкие отрезки - вершки (”вершки на аршине знаменаны”). 1 аршин = 16 вершков, а разделить отрезок на 16 равных частей не составляло труда: четырежды сложить пополам.

При этом эталона величины аршина не было и «всяк купец на свой аршин мерял», а популярность аршина набирала обороты. Он проник в торговлю, производство, промышленность. Даже сотни аршин не переводили в столь “авторитетную” единицу, как сажень (1 сажень = 3 аршина).

Однако русские единицы измерения никак не согласовывались с английскими, а ведь Англия была морской державой, в то время как русский флот только зарождался. Для удобства перенятия английского опыта кораблестроения в России ввели английские меры длины (фут и дюйм), а потом Петр I провел реформу системы мер, которая увязала русские и английские единицы и упростила соотношения между ними.

Сажень приравняли к 7 футам (фут, как известно, равен 12 дюймам, а сажень - трем аршинам), поэтому аршин стал равен 28 дюймам (вместо прежних 27.9″). Вершок же равен 1/16 аршина, т.е. 1 вершок = 1.75 дюйма.

Юнит

Спустя почти три века, в эпоху развития компьютерных технологий и серверного оборудования для удобства его монтажа были введены некоторые стандарты. Всё оборудование предложили устанавливать в специальные шкафы  в отсеки стандартной ширины (19″), а ввиду его различий по высоте, ввели высотную дискретность: высота модуля должна быть кратна 1 юниту (1U). Сам юнит приравняли 1.75 дюйма.

Кстати, юнит негласно использовали и немногим ранее: первые дискеты имели формат 5.25″ (3 юнита), последующие - 3.5″ (2 юнита).

По аналогии

А сегодня, вспомнив о вершке и осознав равенство старорусского вершка современному юниту, можно по-новому сформулировать некоторые геометрические ИТ-словосочетания:

• двухвершковая дискета,
• трехвершковый блейд-сервер,
• 42-вершковая ИТ-стойка и т.д.

Русскими словами надо выражаться!

Конечно, ответы на поставленные вопросы даст созданная руками обслуживающего персонала база данных. Электронная база данных ещё более упростит решение возникающих задач. А последним шагом будет автоматическое создание такой базы данных. Технология радиочастотной идентификации (RFID, Radio Frequency Identification) позволяет посредством меток и сканеров создавать актуальную подробную базу данных оборудования и автоматически корректировать её с течением времени.

Суть метода  RFID-идентификации

RFID - это метод идентификации, основанный на считывании и записи данных на транспондеры посредством радиосигналов.  RFID-система состоит из транспондера и считывателя. Первые также называются RFID-метками, а вторые - интеррогаторами или ридерами.

Метка в свою очередь состоит из двух частей: собственно метки, представляющей собой интегральную микросхему, на каоторую записывается уникальный идентификационный номер, и антенны, позволяющей передавать и получать информацию от транспондера.

RFID-метки

Сложное слово транспондер пришло из английского языка, а там появилось из двух слов: transponder: transmitter-responder, что переводится как “передатчик-ответчик”. Цель устройства - получить сигнал и тут же передать его далее по адресу. С точки зрения ЦОД процесс выглядит следующим образом: транспондеры, установленные в машинном зале, считывают метки и передают информацию в систему мониторинга.

Как правило, используется совокупность инфракрасных и радиоволн: первые используются при считывании меток и работают на малых расстояниях, а радиопередача транслирует данные на дальние расстояния.

Результатом является отображенная у диспетчера самая актуальная информация о размещении ИТ-оборудования в ЦОД. При этом любое перемещение оборудования будет отмечено в базе данных, будь то плановые технические работы или элементы преступной “прихватизации” дорогостоящих серверов.

Более того, при необходимости проведения сервисных работ, модернизации оборудования, его замене и т.д. уже не придется тратить время на его поиски в лабиринте коридоров ЦОД. А сколько при этом будет сэкономлено электронных писем между системными администраторами в попытках определения дислокации заветного ИТ-модуля?

Пример реализации RFID-идентификации в ЦОД

Рассмотрим составляющие элементы на примере такой системы от компании RF Code.

На каждый сервер в стойке клеятся RFID-метки. Они способны получать сигнал и записывать его в памяти микросхемы и излучать этот сигнал. Следует отметить, что метки принадлежат классу активных меток, т.е. периодически излучают сигнал (период составляет 10 секунд).

На каждой стойке монтируется управляющий модуль A740, который излучает уникальный код в инфракрасном диапазоне.

Управляющий модуль A740

На управляющем модуле клеятся две самоклеящиеся полоски. Они также способны излучать сигналы в инфракрасном диапазоне. Их цель- передать сгенерированный управляющим модулем сигнал.

Транспондеры, считывающие RFID-метки, монтируются на потолке зала и охватывают площадь до 465м². Они получают сигналы от управляющего модуля и каждого из серверов и передают информацию программе RF Code.

Программа RF Code на основе полученного сигнала от метки и управляющего модуля позволяет точно определить размещение данной стойки в зале и расположение сервера в стойке. Идентификация произведена!

В ожидании

Рассмотренная технология широко используется в западных ЦОД. Очевидно, что без неё не обходится ни одного крупного современного дата-центра. В России на данных момент подобных инсталляций ещё нет, а потому рынок находится в ожидании первых ласточек, тем более что строительство крупных центров обработки данных с новой силой возрождается после кризиса.

Данная моя статья опубликована на сайте Telecombloger.ru

Один из самых первых коммерческих компьютеров был “Универсальный Автоматический Компьютер 1” (Universal Automatic Computer 1), или Univac 1, созданный компанией Eckert-Mauchly Computer Corporation, а затем Remington Rand, после покупки первой. Первый Univac использовался американским Бюро переписи в марте 1951.

Пятый Univac 1, первоначально построенный для американской Комиссии по атомной энергии, использовался американским диктором Си-Би-Эс (CBS), чтобы предсказать правильный результат президентских выборов 1952 года. На фото выше, Univac 1 с легендарным ведущим новостей Си-Би-Эс Уолтером Кронкайтом.

Univac 1005 был представлен в 1966 году и, в отличие от коммутационной панели его предшественника 1004, использовал для обработки данных перфокарты

Мобильный компьютер использовался американской армией на поле боя во время американо-вьетнамский конфликта.

Идея мобильной компьютерной комнаты сейчас используется во многих Дата-Центрах. В последнее время, все более популярным становится модульный подход, в котором контейнеры для размещения серверов могут быть добавлены или удалены по мере необходимости.

Самые ранние компьютеры были построены для выполнения определенных задач, но к 1960-ым годам компании, такие как IBM, начали предоставлять клиентам доступ к своим системам на почасовой основе, для выполнения задач по обработки данных.

Центр обработки данных IBM в Нью-Йорке на фото выше, был одним из таких.

Идея покупки вычислительной мощности на определенный период времени является все еще популярной и сегодня, она нашла свое отражение в современных ЦОД, предоставляющих облачные сервисы.

Развитие мэйнфреймов стал следующим шагом в эволюции Дата-Центров.

Изначально термин «мэйнфрейм» употреблялся для обозначения типовых процессорных стоек, но позже стал означать высокопроизводительные компьютеры с огромным запасом оперативной памяти, предназначенным для обработки и хранения большого объема данных.

Рассвет развития мэйнфреймов пришелся на 1970-е и 1980-е года, когда компании получили возможность размещать их в своих помещениях, прежде чем появился клиент-серверный подход.

Благодаря тому, что с ростом мощности и производительности, росли и требования к охлаждению, мэйнфреймы стимулировали развитие некоторых концепций охлаждения, которые и сейчас используются в современных Дата-Центрах. Методы охлаждения, вентиляции и изоляции источников питания – все эти элементы впервые появились при использовании мэйнфреймов и впоследствии получили развитие в Дата-Центрах.

На момент его запуска, в июне 1970 года, модель IBM’s 195 мэйнфрейма (на фото выше), была самой мощной вычислительной системой, построенной компанией IBM.

Поскольку размер и вычислительная мощность Дата-Центров увеличивалась следующие несколько десятилетий, поиск большей энергоэффективности стал набирать темпы.

К 1990 HP запустила свою серверную систему HP 9000 (на картинке выше), которая сосредоточился на повышении эффективность.

С увеличением размеров и вычислительной мощности Дата-Центров, появилась потребность в программном обеспечении, которое бы позволило управлять инфраструктурой ЦОД.

Разработка компании HP под название OpenView, представленная в 1994 году, была специально разработана для Дата-Центров и позволяла операторам осуществлять контроль и мониторинг инфраструктуры ЦОД из центральной консоли (на фотографии выше).

Концепция блейд-серверов стала частью лексики Дата-Центров в течение первого десятилетия 21 века.

Эти тонкие микрокомпьютеры в виде лезвий, устанавливаются в специальную блейд корзину и поддерживают горячую замену не вызывая нарушения в работе остальных компонентов сервера.

На изображение показаны блейд-сервера компании Dell, обеспечивающие высокую производительность. Они используются для обработки сейсмических данных и работы с изображениями компании Geotrace.

Многие руководители центров обработки данных в начале 2000-х годов обратили внимание на технологию виртуализации, необходимую для снижения быстро растущих расходов на энергопотребление в ЦОД.

Виртуализации серверов, в которых программное обеспечение используется для разделения физических серверов на несколько виртуальных машин, является одной из технологий, которая влияет на потребление электроэнергии, а также на кол-во размещаемого оборудование в Дата-Центре. Технология, позволяющая уменьшить количество физических серверов в ЦОД путем виртуализации, снижает потребление энергии и уменьшает потребности в охлаждении.

Виртуализация также позволяет Дата-Центрам быть более гибкими, поскольку она позволяет виртуальным машинам добавлять или удалять необходимое количество вычислительных ресурсов без необходимости покупки нового оборудования.

Один из последних крупнейших проектов по виртуализации серверов стал Британский суперкомпьютер Tesco, в котором было виртуализировано 1 500 Windows-серверов на базе технологии Citrix.

Ожидалось, что схема виртуализации Дата-Центр сократит выбросы углерода в атмосферную 20 процентов.

Стремительный рост компании Google в первом десятилетии нового века позволил компании построить один из крупнейших Дата-Центров в мире.

На фото выше первый контейнерный Дата-Центр Google, открытый в 2005 году. 45 контейнеров более двух этажей, способных вместить в общей сложности более 45000 серверов, мощность Дата-Центра составляет 10 МВт. Коэффициент эффективности использования электроэнергии (PUE) в Дата-Центре составил 1,25

Чикагский Дата-Центр Microsoft, открывшийся в 2009 году, также был построен с использование контейнеров.

В строительстве Дата-Центра использовалось 56 контейнеров, которые могу вмещать от 1800 до 2500 серверов. Около трети всех серверов размещаются в более традиционных гермозонах Дата-Центра.

Контейнерный подход, впервые продемонстрированный в 1960-х годах с Univac 1005, обеспечивает более гибкий подход к наращиванию инфраструктуры ЦОД.

В последние несколько лет, на операторов Дата-Центров увеличилось давление экологов, выступающих за минимизацию загрязнения экологии и использования зеленых технологий при проектировании новых ЦОД.

На фотографии выше, представлен инновационный Зеленый Дата-Центр IBM, расположенный в штате Коннектикут. IBM использует данный объект для исследования, различных возможностей использования зеленых технологий в ЦОД.

Одна из разработанных технологий IBM Cool Blue позволяет управлять энергопотреблением и охлаждением на уровне отдельных серверов, серверных шкафов или Дата-Центров в целом. Размещение с монтажной стороны серверного шкафа, специальной двери, в которой циркулирует холодная вода, позволяет снизить температуру воздуха выбрасывающегося в горячий коридор.

Свободное охлаждение и использование возобновляемых источников энергии стало одним из последних трендов в развитии Дата-Центров.

Исландский Дата-Центр Thor расположенный в Хафнарфиорур использует возобновляемые источники питания, а охлаждение серверного оборудования происходит за счет внешнего воздуха без использования холодильных установок.

Источник
По материалам: silicon.com

Загнутые вперёд лопатки

Лопатки, загнутые вперед, при работе вентилятора как бы «загребают» воздух и разгоняют его (см. рис. 1).

Рис. 1. Колесо вентилятора с лопатками, загнутыми вперёд.

Рис. 2. Треугольник скоростей у вентилятора с загнутыми вперёд лопатками (w - относительная скорость, u – окружная, c – абсолютная).

Треугольник скоростей показан на рис. 2. Видно, что, так как окружная и относительная скорости близки по направлению, то их векторная сумма (абсолютная скорость) велика. Полезная работа вентилятора тратится на повышение давления воздуха и его скоростного напора (потенциальную и кинетическую энергии), следовательно, динамический напор вентилятора окажется большим из-за высокой скорости воздуха на выходе.

Характеристика вентилятора с загнутыми вперед лопатками выглядит следующим образом:

Рис. 3. Характеристика вентилятора с загнутыми вперед лопатками.

Отметим отличительные свойства вентиляторов с загнутыми вперед лопатками:

• высокий напор,
• относительно узкая рекомендуемая рабочая зона (на рис. 3.3 выделена жирно),
• при приближении расхода воздуха к нулю напор вентилятора практически не увеличивается (из-за резкого падения КПД),
• при приближении напора вентилятора к нулю расход воздуха практически не увеличивается (из-за резкого падения КПД),
• неустойчивость работы вентилятора в левой части характеристики (при низких расходах воздуха),
• потребляемая мощность вентилятора непрерывно растёт с ростом расхода воздуха,
• достаточно высокий шум.

Загнутые назад лопатки.

Другая картина наблюдается в вентиляторах с лопатками, загнутыми назад (см. рис. 4, 5). Здесь нет столь «жесткого» контакта лопаток с воздухом, лопатка как бы «гладит» воздух, что, в частности, снижает шум работающего вентилятора.

Направления окружной и относительной скоростей существенно различаются, поэтому абсолютная скорость низка по абсолютной величине, следовательно, динамический напор вентиляторов ниже.

Рис. 3.4. Колесо вентилятора с лопатками, загнутыми назад.

Рис. 3.5. Треугольник скоростей у вентилятора с загнутыми назад лопатками (w - относи-тельная скорость, u – окружная, c – абсолютная).

Рис. 3.6. Характеристика вентилятора с загнутыми назад лопатками.

Отличительные свойства вентиляторов с загнутыми назад лопатками:

• напор ниже при прочих равных условиях,
• широкая рекомендуемая рабочая зона,
• более приближенная к линейной характеристика вентилятора,
• отсутствие зон с неустойчивой работой вентилятора,
• пониженный шум

Данная моя статья опубликована здесь

Энергетики компании APC выпустили собираемую на заводе систему охлаждения для ЦОД, которая, по возможности, максимально использует температуру окружающего воздуха, а по необходимости подключает другие методы.

Система EcoBreeze комбинирует недавние достижения в области охлаждения ЦОД, включая испарительное охлаждение и использование температуры наружного воздуха, объединенные для того, чтобы создать готовый модуль охлаждения, который может быть помещен рядом с новыми и существующими дата-центрами.

Прощайте, фальшполы

Новая система предназначена для замены существующих систем охлаждения и упрощения зданий ЦОД. “Мы рекомендуем не применение фальшполов в ЦОД, а использование настенной раздачи воздуха”, сказал Джон Бин, директор отдела ИТ-стоек и систем охлаждения в APC.

Охлаждение наружным воздухом посредством экономайзеров и минимайзеров утверждено строительными нормами американской ассоциации ASHRAE. Это решение вызвало споры среди владельцев ЦОД, таких как Google, которые хотят иметь свободу выбора системы охлаждения.

Однако, несмотря на невозможность круглогодичного использования, применение наружного воздуха позволяет снизить потребляемую энергию по сравнению с обычными прецизионными кондиционерами, используемыми в ЦОД.

До сих пор экономайзеры устанавливались в обычном порядке (по умолчанию), сказал Бин, который утверждает, что EcoBreeze будет первой предварительно собранной версией системы, отводящей вплоть до 400 кВт тепла в стандартном 40-футовом контейнере, который может быть размещен вне дата-центра и подключен к нему через стену.

“Многие продают экономайзеры, собранные на основе компонент сторонних производителей”, сказал Боб. “У нас есть единое, заводского изготовления изделие”.

Воздушное охлаждение посредством замкнутого контура

Система EcoBreeze не допускает наружный воздух в помещении ЦОД, а разделяет потоки наружного и внутреннего воздуха. Воздух, охлаждающий ИТ-оборудование, находится в замкнутом контуре, который в теплообменном аппарате охлаждается наружным воздухом, тем самым достигается изоляция ЦОД от загрязнений внешней среды. “Если вы «убьете» 0.2% серверов наружным воздухом, то потеряете все накопленные энергосбережения”, сказал Боб. “Разве некоторый выигрыш в PUE оправдывает этот риск?”

В теплообменнике возможно использование воды с целью увлажнения наружного воздуха до достижения температуры «мокрого» термометра и увеличения перепада температур без включения холодильного контура.

EcoBreeze включает в себя циркулирующую воду и убивает все микробы, используя электромагнитные волны (вибрации, пульсации), чтобы избежать загрязнений и опасности для здоровья. Так как система циркуляции воды делает систему охлаждения более опасной, то в EcoBreeze циркуляция автоматически выключается при достаточно низких наружных температурах, сказал Бин.

“В «сухом» режиме система опорожняется и работает только теплообменник”, сказал Бин. Продолжая экономить потребляемую энергию, тем самым устраняется какой-либо риск замерзания системы в морозный день.

Несмотря на то, что данное решение заточено под американские стандарты ASHRAE, EcoBreeze будет иметь хороший спрос в Европе, предполагает Бин. “Мы отмечаем более прогрессивные взгляды в Европе”, сказал он, добавив, что европейский климат позволяет в большем объеме использовать режим охлаждения наружным воздухом.

Система недоступна до первого квартала 2011 года и будет “сопоставима с существующей системой” по стоимости за 1кВт холода, сказал Боб.

Оригинальный текст: Peter Judge / eweekeurope.co.uk
Перевод с английского и адаптация на русский язык: Хомутский Юрий
Комментарии: Хомутский Юрий
Источник в Рунете

Регулирование спиральных компрессоров

Регулирование спиральных компрессоров производится изменением частоты тока. Номинальным частотой электрического тока для большинства стран, в том числе России, является 50Гц. В США и Японии – 60Гц. Изменение частоты тока возможно с помощью специальных частотных преобразователей, которые бывают двух типов – динамические и статические. Первые основаны на использовании двигателя и генератора на одном валу, вторые – электронные – на основе электронных схем. В настоящее время электронные частотные преобразователи вытесняют динамические.

Как правило, компрессоры работоспособны на частотах от 45Гц до 65Гц. При этом почти пропорционально меняются потребляемая мощность компрессора, его холодопроизводительность, массовый расход хладагента. Но рассмотрим этот процесс подробнее.

Снижение частоты тока пропорционально замедляет работу компрессора, что приводит к пропорциональному снижению расхода хладагента. В первом приближении пропорционально снижаются и потребляемая мощность и количество полученного холода. Но, учитывая, что расходы воздуха в испарителе и конденсаторе остались прежними, а расход хладагента снизился, уменьшаются и минимальные температурные напоры в обоих теплообменниках, что в свою очередь приводит к снижению температуры конденсации и повышению температуры испарения. Таким образом, понижается и разность давлений конденсации и испарения, а, значит, и степень сжатия в компрессоре, то есть и его энергопотребление. В результате величина потребляемой мощности компрессора снизилась больше, чем пропорционально частоте тока. При этом очевидно, что при нулевой частоте потребляемая мощность также будет равна нулю. Поэтому кривая потребляемой мощности в зависимости от частоты тока имеет выпуклость вниз (см. рис. 1).

В то же время, холодопроизводительность цикла увеличится (выпуклость вверх):

Рис. 1. Частотное регулирование спирального компрессора.

Из рисунка видно, что наименьший холодильный коэффициент получается в режиме наивысшей нагрузки, что на практике бывает редко. При частотном регулировании можно добиться дополнительного повышения холодильного коэффициента (порядка 5-7%).

Расширение диапазона регулирования спиральных компрессоров

Оценим и оптимизируем диапазон регулирования холодопроизводительности. При максимальной для компрессоре частоте (65Гц) будет максимальная холодопроизводительность (100%). При минимальной допустимой для компрессора частоте (45Гц): 100%*(45Гц/65Гц)=69%. Итоговый диапазон регулирования: 69%…100%.

Для увеличения диапазона переходят на двухкомпрессорную установку, причем рекомендуется выбирать компрессоры не одинаковой мощности, а в отношении «золотого сечения» (отношение мощности меньшего компрессора к большему равно отношению мощности большего к их сумме), т.е. в отношении 0.618 (мощность большего компрессора равна ~62% от необходимой, меньшего – 38%). Именно при таком выборе мощностей достигается наибольший диапазон регулирования.

В этом случае диапазон 69%…100% осуществим при работе двух компрессоров одновременно. При дальнейшем снижении тепловой нагрузки отключается меньший компрессор, а частота тока для большего увеличивается до 65Гц. Относительная холодопроизводительность составит в этом случае 0.618=62%. Далее, при снижении частоты тока, работая только на одном большем компрессоре можно достичь мощности охлаждения, равной 62%*(45Гц/65Гц)=63%. В дальнейшем больший компрессор отключается, начинает работать только меньший при максимальной частоте тока (мощность (1-0.618)=38%) с возможностью снижения мощности до 38%*(45Гц/65Гц)=26%.

Рис. 2. Диапазон регулирования холодопроизводительности при использовании двух компрессоров с мощностями в отношении «золотого сечения». Для наглядности на рисунке не учтена вышеописанная непропорциональность холодопроизводительности и частоты тока. Мк – меньший компрессор, Бк – больший компрессор.

В результате получены следующие диапазоны регулирования (см. рис. 2):

• 26%…38%,
• 43%…62%,
• 69%…100%.

Пренебрегая небольшими интервалами, диапазон составит 26%…100%.

Данная моя статья опубликована здесь

Как видно, доступность системы весьма велика, а время простоя для случая “1+1″ составит всего 0.2 секунды в год. Означает ли это, что Заказчик может рассчитывать на простой ЦОД в течение 200 миллисекунд в год?

Конечно, ответ “нет”! Но он скрыт в словах “с байпасом” во второй колонке таблицы. Оказывается, что в течение 0.2с ЦОД будет просто без питания, а всё остальное время он хоть грязное питание из сети (по линии байпаса), но получит. Обратимся к первоисточнику: что нам обещают предоставить электросети?

Согласно ГОСТ 13109-87 п.6.2, качество электрической энергии не должно выходить за рамки допустимого диапазона в течение 95% времени (438 часов в год). А длительность подачи электроэнергии пониженного качества не должна превысить 90 часов за год.

Таким образом, порядка 90 часов в год ЦОД будет запитан низкокачественной электроэнергией, что по сути можно приравнять к его простою (если ещё не выходу из строя некоторого (наиболее чувствительного и, как правило, наиболее дорогого) серверного оборудования). Следовательно, вместо доступности 99.99999932% получаем доступность 99.99999932%•95%=94.999999354%≈95%.

Вывод: в течение 438 часов ежегодно ЦОД будет лишен требуемого качества электропитания, а убытки компании по резервированию отелей, согласно таблице ниже, составят $17.5 млн.

Приблизительные потери, которые могут быть вызваны простоем продолжительностью в 1ч на предприятиях различных типов в США:

Данная моя статья опубликована здесь

Обычно зеленый цвет – это не первый цвет, который приходит на ум тому, кто посещает горячий и сухой климат пустыни Финикса (Финикс – столица штата Аризона, США), где недавно температура превышала 109F (43С). Но именно здесь I/O Data Center построил коммерческий ЦОД площадью 16 700 квадратных метров, который соединяет энергосберегающий дизайн с использованием инновационных «зеленых» технологий: от необычной установки кондиционеров до конструкции серверной стойки.

Также в проекте применяются ледяные шары. Это заполненные водой, покрытые впадинами пластмассовые сферы, немного больше мяча для софтбола (софтбол – игра с мячом, разновидность бейсбола), их диаметр составляет 4 дюйма или 103мм. I/O использует ледяные шары в качестве источника холода для системы кондиционирования воздуха. Вполне возможно, что термохранилище на основе ледяных шаров от компании Cryogel, расположенной в Сан-Диего, – самая холодная (самая классная, the coolest) технология среди используемых.

Рис. 1. Ледяные шары Cryogel размером с мяч для софтбола, применяемые в термохранище, – это обычные заполненные водой пластмассовые контейнеры, покрытые впадинами. Ледяные шары замораживают ночью, когда электричество дешево, и использует их для охлаждения дата-центра в течение дня.

Рис. 2. Геометрия ледяных шаров

В здании ЦОД в Финиксе ледяные шары плавают в четырех огромных баках, заполненных гликолем, охлажденным до 22F (-5,6С). Гликолевый раствор прокачивается чиллерами, замораживая шары ночью, когда стоимость электроэнергии ниже. Днем гликоль, окружающий ледяные шары, прокачивается через теплообменник, охлаждающий воздух для ЦОД. Такая система снижает длительность работы чиллеров в течение дня, когда стоимость энергии выше.

Однако, не факт, что система экономит энергию. Это зависит от многих различных показателей в каждом конкретном проекте. Но однозначно то, что она экономит деньги. Смещая время использования электроэнергии со дня на ночь, экономится около 1 250$ в год за каждый «смещенный» киловатт, говорит Виктор Отт, президент Cryogel. Отт, цитируя результаты исследования, проведенного Калифорнийской энергетической комиссией, говорит, что это “примерно совпадает со стоимостью за кВт вновь генерируемой мощности”.

Реальные финансовые сбережения в таких специфических проектах будут в любой точке Земли, говорит Отт, добавляя, что он не знает, какие фактические сбережения были у ЦОД в Финиксе, построенным компанией I/O Data Center. Докладчик I/O Data Center говорит, что у него также нет оценки энергосбережений от ледяных шаров.

Отт утверждает, что технология становится ещё более «зеленой», если учесть, что для производства электричества сжигается меньше ископаемого топлива ночью, чем днем, т.к. ночная температура ниже. Это происходит по двум причинам: во-первых, ниже потери в линиях электропередач, а во-вторых, тепловой коэффициент (количество энергии ископаемого топлива, требуемого для производства одного киловатта электричества) для некоторых заводов также ниже.

Последнее утверждение – что энергия, потребляемая ночью, является более «зеленой» – могло бы быть продолжено, говорит Питер Гросс, вице-президент и генеральный директор отделения Critical Facilities Services компании Hewlett Packard (Отделение HP Critical Facilities Services занимается проектированием дата-центров, но не было привлечено к проектированию строительству ЦОД в Финиксе).

Стоимость системы с термоаккумуляторами на основе ледяных шаров Cryogel сильно зависит от варианта исполнения и ёмкости, а потому может изменяться в широком диапазоне. По словам Отта, грубо стоимость системы можно оценить примерно в 60$ за тонну холодного воздуха в час. Срок окупаемости также варьируется в широких пределах. “Если мы не сможем окупить систему в течение одного – пяти лет, мы, вероятно, не будем её продавать” говорит Отт. Но не всегда срок окупаемости является причиной, по которой владельцы ЦОД отказываются использовать данную технологию.

Наиболее серьезным поводом к отказу является то, что система требует гигантских контейнеров (это и камеры высокого давления и атмосферные резервуары), в которых содержатся ледяные шары. А они требуют большого пространства, которое является дефицитом для большинства дата-центров.

В проекте I/O Data Center, например, термохранилище на основе ледяных шаров Cryogel требует наличия четырех стальных камер высокого давления, габариты которых составляют 10 футов в диаметре и 22 фута в высоту. Вице-президент I/O Data Center Джейсон Феррара говорит, что в из распоряжении было достаточно много свободного места, что и позволило выделить большую комнату для охлаждающего оборудования, но большинство ЦОД такой возможности не имеют. Потребность в таком большом количестве свободного места ставит вопрос цены на второй план, отмечает Отт. Но, говорит он, ледяные шары занимают меньше места, чем другие формы аккумуляторов холода, а “это – важное преимущество”.

Если же свободное место не является проблемой, то, говорит Гросс, он выступает “за” использование теплоаккумуляторов. “Хранение льда – потрясающая идея. Она позволяет сгладить кривую потребления электроэнергии и сэкономить на этом деньги” говорит он.

Ещё одна причина, объясняющая редкость использования теплоаккумуляторов, – это их надежность.

В течение дня, когда охлажденная вода поступает от ледяных шаров, чиллеры отключены. Процесс перезапуска чиллеров и их выхода на режим составляет от 30 минут до часа. В случае неисправности теплоаккумулятора ЦОД останется без холодоснабжения на этот период времени. “Вы будете должны остановить весь ЦОД, т.к. он успеет перегреться до включения чиллеров”, говорит Гросс.

Однако, заявляет Отт, теплоаккумуляторы используются в промышленных предприятиях более 20 лет и являются проверенной технологией.

Гросс соглашается. Он говорит, что грамотно разработанная система с ледяными шарами чрезвычайно надежна. “Мы успешно реализовали её в ЦОД в Лос-Анжелесе”, говорит Гросс.

Перестройка всего здания

Система охлаждения от I/O Data Center в Финиксе также обслуживает здание площадью 538 000 квадратных футов. В качестве площадки для реализации проекта был выбран завод по розливу воды в бутылки. На первом этапе, завершившемся в июне 2009 года, было освоено 180 000 кв.футов площади и 26МВт мощностей. Второй этап предполагает открытие площадки площадью 180 000 кв.футов мощностью 20МВт, его завершение планируется в декабре. Также I/O обустроил 80 000 кв.футов офисной площади.

Рис. 3. От завода по розливу воды до дата-центра космической эпохи: реконструированная в рамках первого этапа площадь в 180 000 квадратных футов уже используется на 85%. Еще 180 000 квадратных футов находится в работе.

“Уникальность проекта I/O Data Center в Финиксе заключается в том, что они взяли за основу завод по розливу воды и за счет увеличения объемов инвестиций внедрили в проект «зеленые» технологии” – говорит Маендра Дураи, вице-президент ИТ-инфраструктуры и глобальных операций в компании BMC Software Inc., которая арендует здесь 320 кВт мощности. (Крупнейший Заказчик I/O Data Center, имя которого не называется, арендовал 5 МВт вычислительных мощностей (а это приблизительно 25 % суммарной мощности объекта) для питания своего основного американского ЦОД.)

Когда дело доходит до энергосберегающих дата-центров и внедрения «зеленых» технологий, девиз I/O Data Center – «чем больше ЦОД, тем лучше». “Крупные ЦОД делают возможной большую экономию посредством «зеленых» технологий” – говорит президент Джордж Слессмен.

Охлаждение

Одним из наиболее инновационных методов энергосбережения, реализованных I/O Data Center, является установка большего, чем требуется, количества шкафных кондиционеров. В результате применяемые в кондиционерах вентиляторы с регулируемой производительностью работают на более низких скоростях.

Математика здесь может показаться неуместной, но она наглядно показывает причины экономии энергии, объясняет Гросс. Так как энергопотребление вентилятора пропорционально кубу скорости, то при снижении скорости вдвое мощность уменьшается в 8 раз. Таким образом, энергосбережение от снижения скорости всех вентиляторов с лихвой восполняет энергию, расходуемую на управление большим числом кондиционеров.

I/O Data Center также использовало преимущество сухого воздуха, применяя испарительную систему охлаждения. «За ней большое будущее, – говорит Гросс, – Испарительное охлаждение является очень эффективным с энергетической точки зрения».

Консервативная повестка дня

I/O Data Center предлагает клиентам энергосберегающие технологии. Например, применяются стойки, направляющие холодный воздух из-под фальшпола непосредственно к оборудованию, а горячий – в верхнюю часть каждого ряда. В результате ИТ-оборудование оказывается полностью изолированным от комнатного воздуха. Джейсон Феррара, вице-президент I/O, говорит, что это позволяет снять до 32кВт со стойки.

Также в проекте использованы сверхзвуковые увлажнители, потребляющие на 93% меньше электроэнергии и выделяющие гораздо меньше тепла, чем традиционные пароувлажнители.

Рис. 4. В ЦОД используются энергосберегающие светодиодные светильники, выделяющие гораздо меньше тепла, чем традиционные системы освещения.

I/O Data Center планирует производить некоторую часть своей собственной «зеленой» энергии. Вторая фаза проекта предусматривает установку комбинированной теплоэнергетической системы, которая обеспечит электроэнергией систему охлаждения ЦОД.

Также в планах I/O Data Center установить на крыше здания фотогальванические элементы общей мощностью 4.5МВт. Производимая энергия будет использоваться для снижения потребления энергии от электросети днем – тогда, когда оно достигает пиковых значений.

Комбинированная теплоэнергетическая система “не играет большой роли в небольших установках, но в непрерывно работающем дата-центре мощностью 40 или 50 МВт её вклад ощутим”, говорит Слессмен.

Однако, применение фотогальванических элементов представляется сомнительным. Пока у I/O Data Center есть проект, готовый к реализации, говорит Феррара, компания удерживалась на покупке элементов, так как цены падают очень быстро. «Мы ожидаем стабилизации цен» – объясняет он.

Но сегодняшние фотогальванические элементы производят только 16 ватт пиковой нагрузки на квадратный фут занимаемой площади. Для получения 20МВт энергии, как того требует уже выполненный первый этап строительства в Финиксе, потребуются акры площади, говорит Гросс.

Как дополнительный источник сетевой электроэнергии фотогальванические элементы работают хорошо. Но в качестве непрерывного источника энергии они не надежны, даже в солнечном Финиксе. «Здесь больше приспособлены использовать другие средства. Топливные элементы более эффективны,» говорит Гросс. Но если солнечная энергия и непрактична, то у неё есть одно преимущество: Хвастовство оправдывается при развертывании солнечной батареи на 4.5 МВт. Она сексуальна, признает Гросс. «А это – пиар для ЦОД», говорит он.

В дата-центре в Финиксе применены и другие «зеленые» технологии. Слессмен говорит, что I/O Data Center ожидает получения серебряного сертификата LEED (Leadership in Energy and Environmental Design, Лидерство в энергетическом и экологическом проектировании) к середине 2011, также данный ЦОД – один из немногих, претендующих на получение сертификата от The Uptime Institute на уровень надежности Tier IV (доступность 99.995 %).

Конечная цель I/O Data Center в отношении ЦОД в Финиксе, говорит Слессмен, «сделать единственный коммерчески доступный в Северной Америке ЦОД, имеющий сертификаты LEED и Tier IV».

Почему Финикс?

Если учесть острую необходимость ЦОД, конечная мощность которого достигает 40МВт, в охлаждении, то почему в качестве места построения ЦОД выбрана пустыня? «Много людей переезжало в Финикс, как в город с развитым рынком услуг ЦОД», говорит Мареш KC, президент и главный энергетик Megawatt Consulting – компании, которая проектирует крупные ЦОД. Есть некоторые веские основания строить ЦОД именно здесь, говорит он. «Но я подвергаю сомнению размещение ЦОД здесь с точки зрения потребляемой энергии».

“Внешняя температура не влияет на процессы, происходящие внутри», говорит вице-президент I/O Data Center Джейсон Феррара. Одно лишь преимущество сухого климата пустыни, например, позволяет применять энергосберегающую испарительную технологию охлаждения.

Но здесь существуют пределы для таких технологий охлаждения, как экономайзеры и испарительные охладители, которые завязаны на окружающий воздух, температура которого летом может превышать 120F (49C). В конце концов, несмотря на использование энергосберегающих технологий, говорит Мареш, «Вы дорого платите за охлаждение».

Однако, клиент I/O Data Center – компания BMC Software – выбрала ЦОД в Финиксе не из-за «зеленых» технологий. Маендра Дураи, вице-президент по ИТ и глобальным операциям в BMC, расположенном в Хьюстоне, говорит, что выбрал Финикс по одной, важной с практической точки зрения, причине: вслед за недавними ураганами руководство хотело перенести основные бизнес-системы компании из Хьюстона.

“Финикс – одно из немногих мест в стране, характеризующееся минимальным уровнем опасности от стихийных бедствий,” говорит Дурай. План BMC требует сертифицированную по Tier IV площадку (которую как раз и планирует предложить I/O Data Center), и много(PLENTY) комнаты, для расширения. Сфокусированность на «зеленых» технологиях также входила в список пожеланий, но занимала лишь 4-е место в списке приоритетов.

Роберт Л. Митчелл
Оригинальный текст: газета ComputerWorld
Перевод с английского и адаптация на русский язык: Хомутский Юрий
Комментарии: Хомутский Юрий
Источник в Рунете

Если мощность ЦОД принять равной N, то потребляемая мощность (из ориентира в 3кВт холода на 1кВт энергопотребления кондиционера) системы кондиционирования ЦОД составит N/3. Система бесперебойного питания при этом будет рассчитана на мощность N+N/3=4N/3 и выделит (примем КПД ИБП 94%) 0.06*4N/3 тепла, на погашение которого кондиционеры затратят мощность, равную 1/3*0.06*4N/3. Тепловыделение от ИБП такой мощности составит 0.06*1/3*0.06*4N/3, а мощность соответствующего кондиционера 1/3*0.06*1/3*0.06*4N/3 и т.д.

Очевидно, что потребляемая кондиционерами мощность представляет собой геометрическую убывающую прогрессию с коэффициентом 1/3*0.06=0.02:

0.02*4N/3, 0.02²*4N/3, 0.02³*4N/3, …

Сумма членов убывающей геометрической прогрессии:

S=b/(1-q), где b - первый член прогрессии, q - её коэффициент.

В нашем случае:

S= 0.02*4N/3 / (1-0.02) = 0.027N.

Общее энергопотребление системы кондиционирования составит:

S_ИБП=0.027N,
S_ЦОД=N/3=0.33N.

Таким образом, энергопотребление кондиционеров в помещении ИБП составляет 8% от энергозатрат на кондиционирование ЦОД. Общие энергозатраты на кондиционирование ЦОД исчисляются 36% чистой мощности ЦОД.

Если приблизить ситуацию к действительности и принять холодильный коэффициент, равный двум (2кВт холода из 1кВт электроэнергии), то получим прогрессию:

0.03*3N/2, 0.03²*3N/2, 0.03³*3N/2, …

Общее энергопотребление составит:

S_ИБП=0.046N,
S_ЦОД=0.5N,

т.е. соотношение составило 9%. Теперь энергопотребление системы кондиционирования составляет 55% чистой мощности ЦОД или 35% от полной мощности ЦОД. Обычно именно на эти и ориентируются при укрупненных расчетах.

Известно, что каждое оборудование имеет такие характеристики, как ресурс, время безотказной работы и средняя длительность простоя за год использования. Также заметим, что уровни надежности ЦОД (Tier), являясь одной из основных характеристик ЦОД, зависят от времени простоя за год. Это неспроста: именно от длительности простоя зависит успешность бизнеса компании и её непредвиденные убытки.

Итак, при построении ЦОД вкладывают деньги для реализации той или иной схемы резервирования с целью сократить время простоя и, следовательно, сократить и убытки от простоев. Всегда ли оправдываются эти вложения? Всё зависит от схемы резервирования. Именно по этому критерию будет разделен последующий материал.

Схема резервирования отсутствует: N

В данном случае ни одна система не резервируется (Tier I) и простой каждой единицы оборудования означает простой всего ЦОД. Общий простой ЦОД за год составляет 28.8ч (Коэффициент отказоустойчивости 99,671%). Эта схема была характерна для ЦОД 60-70х годов прошлого века и полностью изжила себя к настоящему моменту по причине предельной убыточности: сегодня убытки компании от пары часов простоя если и не превышают стоимость дополнительной (резервной) единицы оборудования, то как минимум равны ей.

Схема резервирования N+1

Схема резервирования N+1 наиболее распространена на сегодняшний день. Согласно ей, к N рабочим единицам добавляется одна резервная. Здесь всегда важно правильно определить значение N. Рассмотрим этот аспект, условно приняв, что штатный простой одной единицы оборудования составляет S0 часов в год (вероятность отказа равна P0=S/(24ч/дн•365дн)=S/8760).

Очевидно, если N=0, то время простоя в год S(N=0)=S0, а вероятность отказа P(N=0)=S/8760= P0.

Если N=1, то вероятность отказа соответствует случаю, когда одновременно не работают обе единицы оборудования. P(N=1)=P1=P0•P0, S(N=1)=S1=P0•P0•8760.

При N≥2 система неработоспособна, если одновременно отключилось не менее двух любых единиц оборудования. Таким образом, в случае N=2 должны отключиться (1 и 2), (2 и 3), (1 и 3) единицы оборудования (вероятность каждого события равна P1=P0•P0) при условии работоспособности третьей единицы (вероятность 1-P0) или все три (1, 2 и 3) вместе (вероятность равна P0•P0•P0). Получаем следующую вероятность отказа системы: P2=3•P0•P0•(1-P0)+P0•P0•P0.

Для N=3 имеем три случая отказа:

• вышли из строя любые две единицы оборудования (шесть вариантов с вероятностью P1=P0•P0 каждый) при условии работоспособности оставшихся двух единиц (вероятность (1-P0)•(1-P0)),
• вышли из строя любые три единицы оборудования (четыре варианта вероятностью P0•P0•P0 каждый) при условии работоспособности оставшейся единицы (вероятность 1-P0),
• вышли из строя все четыре единицы оборудования (вероятность P0•P0•P0•P0).

Итоговая вероятность P3=6•P0•P0•(1-P0)•(1-P0)+4•P0•P0•P0•(1-P0)+ P0•P0•P0•P0.

Существует и общая формула для любого N, состоящая из N слагаемых. Однако, заметим, что, ввиду малости P0, первое слагаемое наиболее велико, а остальные практически не дают вклада в итоговую вероятность. Таким образом, немного потеряв в точности можно сократить число слагаемых до одного - первого. Тогда:

P1=P0•P0,

P2≈3•P0•P0•(1-P0),

P3≈6•P0•P0•(1-P0)•(1-P0),

…………

P(N)≈С(N+1,2)•P0²•(1-P0)^N-1, где C(2,N+1) - количество вариантов выборки 2 элементов из N+1 (на языке комбинаторики: сочетание из N+1 по 2), С(N+1,2) = (N+1)! / (2!•(N+1-2)!) = (N+1)! / (2•(N-1)!) = N•(N+1)/2. Итак,

P(N)≈N•(N+1)•P0²•(1-P0)^N-1/2; S(N)=P(N)•8760.

Рассмотрим применение полученных формул на примере.

По данным Berkeley Internet Week 2000 Contingency Planning Research, приблизительные потери, которые могут быть вызваны простоем продолжительностью в 1ч на предприятиях различных типов в США составляют (таблица 2):

Поэтому разница между конфигурациями 1+1 и 3+1 для компании по бронированию билетов может обойтись более, чем в $20 000 (увеличение времени простоя на 13.6 минут в год).

Схема резервирования 2N

Согласно схеме резервирования 2N каждый элемент системы дублируется аналогичным. Предполагается, что всё оборудование входит в состав одной системы (а не 2 системы по N элементов в каждой, т.е. 2 системы, каждая из которых не имеет резерва. Очевидно, что этот случай характеризуется низкой доступностью, а потому не рекомендуется и не рассматривается).

Система считается неработоспособной в случае выхода из строя (N+1) единицы оборудования. Для вероятности отказа можно получить следующие формулы:

P1=P0•P0,

P2≈4•P0³•(1-P0),

P3≈15•P0⁴•(1-P0)²,

…………

P(N)≈С(2N,N+1)•P0^N•(1-P0)^N-1, где C(2N,N+1) - количество вариантов выборки N+1 элементов из 2N (сочетание из 2N по N+1), С(2N,N+1) = 2N! / ((N+1)!•(N-1)!). Итак,

P(N)≈2N!•P0²•(1-P0)^N-1/((N+1)!•(N-1)!); S(N)=P(N)•8760.

Рассмотрим применение полученных формул на примере.

Схема резервирования 2(N+1)

Данная схема соответствует Tier IV. Здесь предполагается, что имеется система со схемой N+1, полностью зарезервированная аналогичной. Именно такой подход декларирует Tier IV.

Система неработоспособна, если вышли из строя 2 единицы оборудования в одной системы и 2 - в другой. Другими словами, система неработоспособна, когда неработоспособны обе входящие в неё системы. А про них мы ведь уже всё знаем! Итак, вероятность отказа схемы 2(N+1) равна вероятности отказа схемы N+1, помноженной на себя же.

P_2(N+1)(N)=P_N+1(N)² S_2(N+1)(N)=P_2(N+1)(N)•8760.

Общая таблица отказоустойчивости различных схем резервирования

Сравнение: N+1 vs 2N vs 2(N+1)

Самым главным различием между схемой резервирования 2N и схем N+1 и 2(N+1) является тот факт, что с повышением числа рабочих единиц оборудования (т.е. с повышением N) обе последние схемы ухудшают доступность системы в целом, а 2N - увеличивает её, причем очень быстрыми темпами (снижая время простоя в 100 раз при росте N на единицу).

Но следует помнить, что схемы N+1 и 2N, в отличие от 2(N+1) не резервируют систему в целом, а потому не исключают опасность аварии на участке между зарезервированными элементами системы.

Наконец, третий вывод заключается в том, что используя схему N+1 не желательно принимать N выше 6-8.