Кондиционирование серверных с помощью бытовых сплит-систем производства «MITSUBISHI ELECTRIC»

В настоящее время одной из традиционных областей применения бытовых сплит-систем стало обеспечение технологического кондиционирования серверных в небольших коммерческих компаниях, использующих локальные компьютерные сети. Тепловыделение серверов в таких сетях, обеспечивающих обработку коммерческих задач, пользование интернетом и электронной почтой, составляет 3-8 кВт. Под серверные в этих организациях выделяется, как правило, приспособленные помещения небольших размеров (2-6 м2), часто не имеющее систем принудительной вентиляции и контроля влажности воздуха.

В большинстве случаев технические требования со стороны заказчика на оснащение такого объекта сводятся к обеспечению непрерывного, круглогодичного поддержания заданной температуры в диапазоне 19-21 град. С. Требования по влажности воздуха для большинства серверных не являются определяющими. В качестве дополнительного иногда выдвигается требование организации удалённого мониторинга системы кондиционирования, по большей части, в пределах помещения компании.

В качестве наиболее рационального решения задачи климатического обеспечения серверных такого уровня «КОМПАНИЯ ХИКОНИКС» предлагает бытовые сплит-системы без инвертера серии MS-GF VA / MU-GF VA производства Mitsubishi Electric в комплекте с коммерческими устройствами ротации и резервирования и средствами обеспечения работы при низких наружных температурах (низкотемпературный комплект).


Такое решение для небольших серверных является оптимальным по критерию стоимость/эффективность. Резервированный комплекс сплит-систем MS-GF VA / MU-GF VA обеспечивает высокую надёжность, имеет низкую стоимость и эксплуатационные расходы, обладает хорошей ремонтопригодностью, длительным сроком службы и, в целом, соответствует современным требованиям к системам технологического кондиционирования.

Повышенные требования к точности и стабильности выдерживания температуры и влажности к системам отвода тепла от цифровой техники коммерческого класса не имеет оснований. Оценки показывают, что в типичных режимах работы кондиционеров в серверных уровень влажности воздуха не опускается ниже 30-35% и практически никогда не достигает критического значения (20%). В холодный период года при использовании естественной вентиляции относительная влажность в помещении может снизиться до нескольких процентов. Это может потребовать искусственного увлажнения, которое легко обеспечивается с помощью недорогих бытовых увлажнителей воздуха.

Выдвигаемые в ряде случаев требования к точности поддержания целевой температуры выше, чем ± 1.0 град. С, которую обычно обеспечивают сплит-системы, представляется неоправданными. Такие требования не входят в перечень «Требования и рекомендации к серверному помещению и системам» и в стандарты TIA/EIA-569 и TIA/EIA-942-A. Высокая точность поддержания температуры требует специального обустройства помещения, уменьшающего посторонние теплопритоки , установки специальной системы распределения воздуха, обеспечения контроля температуры по всем рабочим зонам помещения, устройства системы рассеянного освещения и специальной принудительной вентиляции, выдерживания влажности воздуха с высокой точностью, ограничение присутствия персонала и т. п.

Следует отметить также, что использование инвертерных систем для кондиционирования серверных помещений и иных data-центров нерационально. Инвертерные системы более сложны и дороги, многие инвертеры в режиме охлаждения имеют встроенную защиту по низким наружным температурам в диапазоне -12 -20 град. С. Эти ограничения можно преодолеть технической доработкой аппаратов, что производится некоторыми компаниями. Однако ресурс и надёжность таких систем уменьшается, а стоимость возрастает. Инвертерные технологии предназначены для достижения комфортных климатических параметров кондиционирования и обеспечены соответствующими программно-аппаратными средствами, но их возможности не востребованы при использовании в серверных помещениях. Специально созданные для обслуживания data-центров прецизионные кондиционеры используют в основном безинвертеные технологии. В таких аппаратах инвертерные устройства часто являются опционными.

Предлагаемая вниманию серия безинвертерных сплит-систем MS/MU-GF VA работает только в режиме охлаждения и включает 6 моделей внутренних настенных блоков MS-GF20/25/35/50/60/80VA и соответствующих наружных блоков MU-GF20/25/35/50/60/80VA номинальной холодопроизводительностью 2,3/2,5/3,45/4,85/6,4/8,0 кВт. Минимальная целевая температура этих приборов -16 град. С.



Основные параметры систем приведены в таблице ниже.

Наружные блоки серии MU-GF VA имеют гарантированный рабочий диапазон наружных температур от +21 до +46 град. С, который не удовлетворяет условиям круглогодичного применения.

Такой диапазон характерен для любых сплит-систем без инвертера, поскольку в этих простых и дешёвых системах не устанавливаются электронные средства регулирования процесса конденсации в зависимости от наружной температуры. Для обеспечения работоспособности сплит-систем MS/MU-GF VA в режиме охлаждения при температуре окружающей среды до -30 град. С наружные блоки MU-GF VA оснащаются комплектом для низкотемпературного применения. Комплект включает (см. рис. 1): регулятор давления конденсации РДК-8.4 или 9.9; ленточный нагреватель картера компрессора НК-5.4; ленточный нагреватель капиллярной трубки НКТ-6.6 и, при необходимости, нагреватель дренажного шланга НД 5.5.


Рис.1

Ленточный нагреватель картера компрессора НК-5.4 - саморегулирующийся греющий кабель с концевой муфтой и "холодным концом" для подключения к электропитанию (220В). Выделяемая мощность кабеля (от 1.5 до 60 Вт) автоматически изменяется в соответствии с температурой корпуса картера. Диапазон рабочих температур -40 +70ОС. Кабель подключается к клеммам питания наружного блока и работает непрерывно. В тёплый период года или при достижении картером достаточной температуры нагреватель практически не потребляет электрической мощности.

Ленточный нагреватель капиллярной трубки НКТ-6.6 предназначен для подогрева терморегулирующего дросселя — капиллярной трубки. Подогрев капилляра препятствует загустению масла в просвете трубки при низкой температуре и нарушению процесса дросселирования. Саморегулирующийся кабель нагревателя изменяет свою мощность от 1.5 до 30 Вт в соответствии с температурой воздуха. Диапазон рабочих температур -40 +70 град. С. Подключение и энергопотребление этого нагревателя аналогично изложенному выше.

Регуляторы давления конденсации РДК-8.4 и 9.9 предназначены для изменения скорости вращения вентилятора внешнего блока в зависимости от температуры наружного воздуха для стабилизации давления конденсации фреона. Это обеспечивает безаварийную работу сплит-системы при низких температурах. Полупроводниковый термодатчик прибора для измерения температуры хладагента (давления конденсации) устанавливается на среднем участке теплообменника. Датчик должен быть закреплён в середине змеевика теплообменника со стороны расположения компрессора и блока электроники во избежании влияния потока воздуха от вентилятора на его показания. Микропроцессорная схема формирует сигнал регулирования питающего напряжения на двигатель вентилятора.

Регуляторы РДК-8.4 предназначены для сплит-систем MS/MU-GF20/25/35/50VA, РДК-9.9 - для MS/MU-GF60/80VA. На момент подготовки статьи готовится к производству универсальный регулятор.

Нагреватель дренажного шланга НД 5.5 позволяет осуществить отвод конденсата из кондиционера при отрицательных температурах, если дренаж выведен наружу. В качестве нагревательного элемента используется саморегулирующийся кабель, изменяющий свою мощность в зависимости от температуры окружающего воздуха. Потребляемая мощность 1,5 - 60 Вт. Диапазон рабочих температур -40°С - +70°С. Длина 0,3; 0,5; 0,7; 1,0 м. Напряжение питания 220 В. Нагреватель подключается к клеммам питания внутреннего блока и устанавливается внутри дренажной магистрали или снаружи с последующим утеплением.

Низкотемпературный комплект прошёл полный цикл испытаний и сертифицирован для установки на сплит-системы MS-G VA/MU-G VA производства Mitsubishi Electric. Сертификат соответствия RU.C.004.A № 20685 от 01 июня 2010 г.

Комплект может быть установлен самостоятельно или смонтирован в сервисном центре ООО «КОМПАНИЯ ХИКОНИКС» при заказе наружного блока MU-G VA в низкотемпературном исполнении.

Для организации бесперебойной непрерывной работы систем технологического кондиционирования используются средства ротации и резервирования. Эти устройства обеспечивают чередования работы кондиционеров с заданным периодом времени и поддержание нормального температурного режима в случае отказа одного из кондиционеров или недостатка его производительности, а также предусматривают возможность оповещения об аварийных ситуациях. В подавляющем числе случаев применяется 100% резервирование с использованием двух одинаковых сплит-систем. Доля запросов на реализацию 50% резервирования (два рабочих один резервный кондиционер) по нашим наблюдениям составляет менее 10%. Использование 50% резерва в серверных целесообразно только при значительной разнице в стоимости оборудования в пользу такого способа резервирования.

ООО «КОМПАНИЯ ХИКОНИКС» предлагает две основных системы ротации и резервирования для комплекса на базе MS-G VA/MU-G VA: прибор УРК-2Т, действие которого состоит в программно организованном прерывании и возобновлении электропитания внутренних блоков сплит-систем и комплект ротации и резервирования БУРР-1/БИС-1, управляющий кондиционерами путём воспроизведения инфракрасного сигнала включения и выключения.

Устройство ротации кондиционеров УРК-2Т реализует 100% резервирование и ротацию комплекса из двух сплит-систем любой производительности. Комплекс БУРР-1/БИС-1 позволяет организовывать как 100%, так и 50% схемы ротации и резервирования комплекса, включающего до 15 любых сплит-систем с инфракрасным управлением, разделённых на две или три группы.

Отметим, что надёжность средств ротации и резервирования должны превышать надёжность управляемых ими систем. Современные кондиционеры являются весьма надёжными приборами, имеющими большой ресурс (бытовые кондиционеры производства Mitsubishi Electric — 9 лет и выше). В то же время в характеристиках коммерческих приборов ротации и резервирования, имеющихся на климатическом рынке, количественные параметры надёжности отсутствуют. Это объясняет желание заказчиков обеспечивать приборы ротации и резервирования средствами удалённого контроля состояния системы кондиционирования.

Для исключения отказов климатической системы из-за отказа самих устройств ротации и резервирования логика их работы предусматривает принудительное включение всех кондиционеров в случае выходе из строя этих устройств или прерывании их электропитания . Это реализуется применением нормально замкнутых контактов в цепях электропитания сплит-системам в УРК-2Т и автономное срабатывание исполнительных устройств БИС-1 на включение кондиционеров при потере связи с центральным контроллером БУРР-1.Оповещение об аварийной ситуации предусмотрены на обеих моделях приборов по специальным цепям аварийного оповещения.

Комплект устройства ротации кондиционеров УРК-2Т включает (Рис. 2):

Рис.2

- прибор в монтажном щитке;

- датчик температуры (3 шт);

- держатель комнатного датчика температуры (1 шт.);

- инструкция по эксплуатации.

Основные рекомендации по устройству системы технологического кондиционирования на базе двух сплит-систем MS-GF VA/MU-GF VA и УРК-2Т состоят в следующем:

-прибор УРК-2Т устанавливается в электрощите вместе с автоматами защиты кондиционеров или располагается на стене серверной или соседнего помещения с организацией соответствующих электропроводок;

-кондиционеры рекомендуется включать на разные фазы электросети;

-внутренние блоки кондиционеров устанавливаются на одном уровне на расстоянии не более 3м друг от друга. Между блоками не должно быть препятствий. Расположение блоков друг под другом не допускается;

датчик комнатной температуры располагается в держателе между кондиционерами на равном расстоянии от них. Следует исключить постороннее тепловое воздействие на датчик; два термодатчика для контроля кондиционеров устанавливаются на теплообменники внутренних блоков вблизи штатных датчиков и тщательно теплоизолируются;

-подключение фаз кондиционеров к контактам прибора должно строго соответствовать подключению датчиков.

Функциональные настройки и обслуживание выполняются с помощью двух кнопок режимов (Р-рабочий, С-сервис), двух кнопок установки параметров (1 и 2), LED-индикаторов «Температура» и «Время ротации» и трёхзначного цифрового индикатора. Схема подключения УРК-2Т приведена на рис. 3.




Рис.3.

Прибор обеспечивает работу в двух режимах: «Рабочем» и «Сервисном».В рабочем режиме производится:

-ротация кондиционеров с выбранным периодом (1-48 часов);

-включение в работу резервного кондиционера при неисправности основного (пропадание фазы кондиционера, признак неисправности основного кондиционера по показанию его термодатчика);

-включение в работу обоих кондиционеров при превышении температуры в помещении заданного порога;

-включение в работу обоих кондиционеров при отказе УРК-2Т или отключении его питания;

-отключение обоих кондиционеров при срабатывании дополнительного датчика (может подключаться сеть охранной или пожарной сигнализации);

-аварийное предупреждение обо всех нештатных ситуациях по соответствующим каналам и индикация о характер аварии на цифровом индикаторе.

В сервисном режиме (вход с паролем 121212) производится:

- ввод функциональных параметров;

- ручное управление системой;

- запуск ускоренного тестового режима.

Подробные инструкции приведены в паспорте прибора УРК-2Т.

Комплекс ротации и резервирования кондиционеров на основе воспроизведения инфракрасных сигналов управления БУРР-1/БИС-1 представляет собой единую микропроцессорную систему. В состав комплекса входит Блок Управления Ротацией и Резервированием БУРР-1 в качестве центрального программируемого контроллера (рис. 4) и несколько Блоков Исполнительных Специализированных БИС-1 по одному на каждый внутренний блок кондиционера (рис. 5). Электропитание БИС-1 осуществляется от клемм питания внутреннего блока.

Рис.4


Рис.5



Система БУРР-1/БИС-1 реализует различные схемы ротации и резервирования комплекса, включающего до 15 сплит-систем, объединённых в две или три группы. Управление осуществляется путём посылок по радиолинии команд от центрального блока БУРР-1 устройствам БИС-1 на включение или выключение определённых кондиционеров в соответствии с запрограммированной логикой управления системой. Посылки содержат код инфракрасного сигнала, свойственного определённому кондиционеру. Исполнительное устройство БИС-1 воспроизводит через свой световод этот сигнал. Радиообмен производится на мало подверженной помехам частоте 433 МГц. Гарантированная дальность радиопередачи составляет 50 м. (рис. 6). Предварительно на внутренних блоках выставляются целевая температура, скорость вентилятора и положение створок.

Рис. 6

В процессе настройки системы производится «обучение» контроллера БУРР-1 кодам ИК-управления каждого кондиционера через встроенный в прибор фотоприёмник. Логика ротации и резервирования вводится через интерактивный интерфейс БУРР-1. Состояние системы кондиционирование анализируется блоком БУРР-1 сравнением температуры в помещении, замеренной термодатчиком блока, с заданными при настройке характерными уровнями, а также по результатам опроса исполнительных блоков БИС-1. Блоки БИС-1 выявляют неисправность БУРР-1 в процессе циклического опроса в системе. Оповещения об аварийных ситуациях передаются от БУРР-1 по двум цепям: с нормально замкнутым и нормально разомкнутым контактами.

ООО «КОМПАНИЯ ХИКОНИКС» поставила порядка тысячи комплексов технологического кондиционирования серверных на базе сплит-систем MS-GF VA/MU-GF VA в низкотемпературном исполнении и средств ротации и резервирования УРК-2Т или БУРР-1/БИС-1, которые успешно эксплуатируются в различных климатических зонах РФ и ближнего зарубежья.