Особенности применения турбочиллеров для современных ЦОД

Снижение потребления электроэнергии — одна из основных задач при проектировании инженерной инфраструктуры любого объекта. Известно, что в современных центрах обработки данных (ЦОД) около половины энергопотребления приходится на системы кондиционирования воздуха.

В последнее время все большее применение получили системы косвенного охлаждения с применением промежуточных теплоносителей и водоохлаждающих машин (чиллеров). Применение подобных систем для ЦОД имеет ряд преимуществ — возможность аккумулирования холода, использование естественного охлаждения (free cooling), а также масштабирования и резервирования. При этом системы кондиционирования воздуха могут быть организованы как классическим способом (охлаждение через фальшпол), так и с использованием межрядных кондиционеров или активных охлаждающих плит фальшпола. В зависимости от технического задания и архитектурных особенностей такие системы кондиционирования могут быть комбинированными. Но в любом случае их «сердцем» всегда будет чиллер.

Разрез турбокомпрессора и общий вид вала с рабочими колесами и магнитными подвесками
Разрез турбокомпрессора и общий вид вала с рабочими колесами и магнитными подвесками
Именно водоохлаждающие машины являются основным потребителями электроэнергии в ЦОД, поэтому вопросы устройства энергетически эффективного хладоцентра принципиальны не только с точки зрения инвестиционных затрат, но и последующих эксплуатационных расходов.

С марта 2010 года группа компаний «ТЕРМОКУЛ» активно продвигает на российский рынок энергоэффективные чиллеры с инновационными турбокомпрессорами Turbocor. Основными особенностями турбокомпрессоров являются применение магнитных подвесов (вал с ротором и рабочими колесами поддерживается и центрируется посредством электромагнитного поля), полный отказ от смазки и встроенная система регулирования производительности за счет инверторного управления частотой вращения рабочих колес.

Несмотря на то что чиллеры с компактными турбокомпрессорами дороже аналогов, в конструкции которых применены другие типы компрессоров, экономию можно получить уже на стадии строительства.

Во-первых, компактность и малый вес турбокомпрессоров позволяют разместить холодильное оборудование в небольших помещениях и значительно уменьшить нагрузки на строительные конструкции.

Во-вторых, стартовый ток в турбочиллерах не превышает 5А, что позволяет отказаться от использования дорогостоящих устройств плавного пуска, необходимых для традиционных чиллеров.

В-третьих, энергоэффективные холодильные установки отличаются меньшей установленной мощностью, что снижает затраты на подвод необходимой электрической мощности, а также на мощности систем энерговвода, распределения электроэнергии, ИБП и дизель-генераторы.

В-четвертых, за счет использования магнитных подвесов уровень вибрации при работе компрессоров в 70–100 раз меньше регламентированного самыми жесткими стандартами. Это означает отсутствие дополнительных затрат на вибро- и шумогашение.

В-пятых, широкий диапазон регулирования производительности обеспечивает точное поддержание температуры охлажденной воды без использования баков-компенсаторов.

Чиллер на турбокомпрессорах с водяным охлаждением конденсатора в процессе сборки
Чиллер на турбокомпрессорах с водяным охлаждением конденсатора в процессе сборки
Следует отметить, что основные достоинства применения турбочиллеров и серьезная экономия выявляются в процессе эксплуатации:

  • Большая надежность. Отсутствие масляной системы упрощает конструкцию и повышает надежность агрегата. В работающем компрессоре вообще отсутствуют пары трения и, как следствие, механический износ.
  • Низкие затраты на обслуживание. Отсутствие механического износа и масляной системы значительно упрощает и снижает расходы на техническое обслуживание и плановый ремонт.
  • Стабильно высокая энергоэффективность. Отказ от масла позволяет избежать потерь производительности и роста энергопотребления, связанных с образованием масляных пленок в процессе эксплуатации.
  • Низкие потери. Отсутствуют потери на преодоление сил трения — в аналогичном по производительности винтовом компрессоре из-за них теряется около 10 кВт, магнитный же подвес потребляет всего около 180 Вт.
  • И, самое главное, низкое энергопотребление. Известно, что до 93–98 % времени системы охлаждения работают с частичной нагрузкой. Турбочиллеры в режиме частичной нагрузки эффективнее аналогов на 50–86 %. Это особенно важно для ЦОД, поскольку они всегда проектируются и оснащаются с учетом резервирования систем. Для любых хладоцентров, построенных с резервированием агрегатов (принципы N+1, 2N и подобные), наиболее эффективным решением является одновременная работа всех N+1 смонтированных на объекте турбохолодильных машин в режиме неполной загрузки. Такой подход позволяет дополнительно снизить потребление электроэнергии, а вместе с этим и общие расходы на эксплуатацию.

Важным преимуществом оборудования является то, что низкие эксплуатационные расходы позволяют полностью окупить применение турбочиллеров в среднем в течение 2–4 лет.

Например, для объекта с потребностью в холоде 6,6 МВт при температуре теплоносителя круглогодично 10/15°С, температуре окружающей среды +37°С и параметрах внутри ЦОД +24°С, относительной влажности 50 % имеются два варианта.

Система № 1. 4 винтовых чиллера с водяным охлаждением конденсаторов, гидравлическими модулями и сухими охладителями жидкости (драйкулерами).

Система № 2. 4 турбочиллера с водяным охлаждением конденсаторов, гидравлическими модулями и открытой градирней.

Для обоих вариантов предлагается аналогичное количество неавтономных прецизионных кондиционеров HiRef.

Таблица 1. Сравнение по некоторым энергетическим показателям

ПОКАЗАТЕЛИЕд. изм.СИСТЕМА №1СИСТЕМА №2
Установленная мощностькВт13441140
Количество компрессоровшт.1212
Максимальный рабочий токA320171
Сечение кабеляжил х мм 2 – 185 – 70
Механическое охлаждениечас5311.54365.5
FreeCooling (естествен. холод)час3448.54394.5

Таблица 2. Укрупненные показатели ТЭО

ПОКАЗАТЕЛИЕд. изм.СИСТЕМА №1СИСТЕМА №2
Инвестиционные затратымлн евро3.003.60
Ежегодные затратымлн евро1.410.58
Годовая экономиямлн евро 0.83
Окупаемость всего оборудования *4.34 года
* Срок окупаемости всего установленного оборудования, включая стоимость оборудования хладоцентра и прецизионных кондиционеров

Группа компаний «ТЕРМОКУЛ» предлагает заказчикам полный набор профессиональных услуг: от консультирования и проектирования таких инженерных систем до поставки, монтажа, пуско-наладки и круглосуточного сервиса. Предлагаемые нами энергоэффективные чиллеры с компактными турбокомпрессорами Turbocor были отмечены в номинации «Эффект года» на конкурсе «Продукт года-2011» журнала сетевых решений LAN.

Кроме того, специалисты «ТЕРМОКУЛ» готовы предложить комплексные энергоэффективные решения для объектов различного назначения, в состав которых наряду с турбочиллерами может быть включено и другое необходимое дополнительное оборудование — градирни, гидравлические модули, системы рекуперации тепла. Преимущества такого комплексного подхода, а также высокую инвестиционную привлекательность предлагаемых решений уже успели оценить наши заказчики, среди которых — хладоцентр суммарной производительностью около 9,5 МВт, предназначенный для обслуживания объектов Московского Кремля.

А. В. Селин, ведущий маркетолог группы компаний «ТЕРМОКУЛ»



наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест