Neden Hassas İklimlendirme

27 Temmuz 2017 Dergi: Temmuz-2017

Hassas iklimlendirme ile konfor tipi iklimlendirme arasındaki farkların anlatıldığı bu çalışmada, büyük/orta/küçük veri merkezleri ve diğer hassas iklimlendirme uygulamaları için son teknoloji çözümler detaylı olarak irdelenerek uygulama örnekleri verilmiştir.

Giriş

Hassas İklimlendirme (CCAC), 70’lerde ilk bilgisayarların çalıştığı odalarda termal-higrometrik (sıcaklık ve bağıl nem) ve hava saflığı koşullarını katı sınırlar içinde tutmak için çok teknolojik ve özelleşmiş seçkin bir grubun ihtiyaçlarını karşılamak üzere oluşturuldu. Bu cihazların büyük miktarlarda ısı yaydığı ve düzgün çalışmalarının ancak uygun iç ortam iklim koşullarında sağlanabileceği çok açıktı. Bu nedenle Hassas İklimlendirme, “konfor” tipi iklimlendirmeden ayrılarak kendine özgü bu ismi aldı. Bu çalışmanın amacı, Hassas İklimlendirmeyi “konfor” tipi iklimlendirmeden ayıran temel özelliklerin yanı sıra RC Group’un sunduğu belli başlı uygulamalar ve hizmetler hakkında bilgi vermektir.

Hassas ve Konfor Tipi:

İki İklimlendirme Tipolojisi Arasındaki Farkların Altı Nokta Halinde Açıklanması

Tanım

Hassas ve konfor tip klimalar arasındaki farklar iki farklı iklimlendirme tipolojisinin hedefleri gösterilerek en anlaşılır şekilde aşağıdaki gibi açıklanabilir.

Hassas

Hassas İklimlendirmenin amacı, işlem gören havanın aşağıdaki parametrelerini kontrol ederek ve katı sınırlar içinde tutarak duyulur ısı yayan elektronik ve diğer tip cihazların doğru çalışmasını sağlamaktır:

- sıcaklık

- bağıl nem

- temizlik.

Konfor

Konfor tipi iklimlendirmenin amacı, işlenen havanın sıcaklığını koruyarak ve kontrol ederek iç ortamda yaşayan/çalışan insanların sağlıklı olmasını sağlamaktır. Bağıl nemi kontrol eden bazı klimaların pazara girmesi ancak son zamanlarda gerçekleşmiştir.

Temel Uygulamalar

Aşağıdaki listenin amacı farkların doğrulanmasıdır. Belli başlı hassas klima uygulamalarının ayrıntılı açıklamaları takip eden sayfalarda gösterilmiştir.

alarko tablo 1

Özellikler

Her iki iklimlendirme sisteminin ihtiyaçları/özellikleri aşağıda gösterilmektedir.

alarko tablo 2

Klimaların Temel Özellikleri

Hassas iklimlendirme serisi ekipman versiyonu/konfigürasyonu/seçenekleri açısından daha kapsamlı olup en gelişmiş kontrol sistemlerini kullanmaktadır:

alarko tablo 3

Önemli

Konfor tipi klimalar aşağıdaki teknik ve ekonomik nedenlerle hassas kontrollü iklimlendirme uygulamalarına uygun değildir:

- 24sa/365g/yıl kullanıma uygun değil.

- Duyulur ısı oranı (SHR) değerinin düşük olması nedeniyle yüksek nemsizleştirme. Bağıl nemin nominal değerlere getirilmesi için nemlendirme gerektiğinden ek enerji maliyetleri.

- Düşük EER değerleri ve sonucunda yüksek enerji maliyetleri.

Konfor tipi bir klimayı düşük fiyata satın almanın avantajı, amorti süresi olarak kolayca hesaplanabileceği gibi düşük enerji verimliliği nedeniyle kısa sürede ortadan kalkar. Ayrıca, konfor tipi klimalar hassas iklimlendirmenin gerektiği kesintisiz kullanıma uygun olmadığından elektrikli ekipman arızaları gibi önceden belirlemenin çok zor olduğu gizli bir maliyet de vardır.

Modern Teknoloji

21. yüzyılın başlamasıyla sanayi, iklimlendirme ve soğutma grubu üreticilerine enerji verimliliğini en üst düzeye çıkaran elektronik sistemlerden ve yeni ısı değişimi teknolojilerinden tam anlamıyla yararlanabilen yeni nesil bileşenler sağladı. Günümüzde RC Group tarafından veri merkezi için üretilen tüm iklimlendirme sistemlerinde sadece bu bileşenler kullanılmaktadır:

- Tümü EC fırçasız motorlarla donatılmış fişli fanlar ve aksiyal fanlar;

- İnvertör BLDC motorlu skrol kompresörler;

- Yağsız manyetik kaldırmalı santrifüj kompresörler;

- Hava/gaz mikro-kanal bataryalı ısı değiştiricileri;

- Elektronik genleşme valfleri;

- İki-yönlü soğuk su valfleri;

- PID mikroişlemcili kontrol sistemleri.

Mevcut RC Group iklimlendirme sistemleri tarafından sağlanan yüksek verimlilik, hassas kontrollü klimaların son teknoloji veri merkezlerinde aşağıda belirtilen ihtiyaçlar doğrultusunda kullanılmalarını sağlar.

Besleme Havası Sıcaklığına Göre Soğutma Kapasitesi Kontrolü

Yeni elektronik cihazlar veri merkezi içinde tekdüze bir sıcaklığı korumak yerine, soğuk havanın önden girerek ve sıcak havanın arkadan çıkarak “sıcak ve soğuk koridorlar” oluşturmasını gerektirmektedir. İklimlendirme açısından bu durum ekipman için sabit bir soğutma akımı (soğuk koridor sıcaklığı), 20°C ile 24°C arasında besleme havası sıcaklığı ve iklimlendirme ünitesine genellikle 35°C ve üzeri dönüş havası sıcaklığı sağlama (sıcak koridor sıcaklığı) anlamına gelir. Yukarıda besleme havası sıcaklığına dayalı soğutma kapasitesi kontrolünün nedeni gösterilmiştir. Makine seçiminin öncelikle gereken hava akışı göz önünde bulundurularak yapılması gerekmekte olup, bu tür bir hava akışına uygun kabin boyutu belirlendikten sonra RC World seçim programı kullanılarak sürece devam edilebilir. Yüksek çalışma sıcaklıklarının enerji ve ekonomi açısından faydaları çok açıktır:

- DX klimalar: Yüksek evaporasyon sıcaklıklarında çalışma olanağıyla EER’nin artması ve makine boyutunun küçülmesi;

- CW klimalar: Daha yüksek giriş/çıkış soğuk su sıcaklıklarında çalışma olanağıyla boyutta küçülme ve soğutma grubu verimliliğinde artış.

Bütün bu makineler MP.EVO mikroişlemcili yeni kontrol sistemiyle donatılmış olup ana özellikleri şunlardır:

- Besleme havası sıcaklığı set değerine dayalı soğutma kapasitesi kontrolü;

- Dönüş havası sıcaklığı veya döşeme altı basınç set değerine dayalı fanların hız kontrolü;

- Eşanjör bataryasına dayalı çiğ noktası hesaplaması;

- Ana bileşenlerin seri yönetimi.

 alarko sekil 1

Sıcak ve soğuk koridorlu kurulum ve besleme sıcaklığı kontrolü

Standart Yük Dağıtımı (Yük Paylaşımı)

Her iki fanı ve kompresörü donatan EC (Elektronik Komütasyonlu) ve BLDC (Fırçasız DC) elektrik motorların iki ortak özelliği vardır:

1. Termal yük değişimlerini kusursuz olarak takip etme olanağı;

2. Kısmi yüklerde yüksek enerji verimliliği.

Sonraki nokta, “stand-by” anlamının tamamen değişmesidir: Artık bazı makineler %100’de ve diğerleri ise beklemede değildir, tüm çalışan makineler kısmi yüktedir. Aşağıdaki şemalarda da açıkça gösterildiği gibi önemli enerji tasarrufları elde edilmektedir.

alarko sekil 2 

Geleneksel sistem ve yük paylaşımı

Veri Merkezinin İklimlendirme Sistemine İlişkin Seçim Faktörleri

Güvenilirlik seviyelerini koruyarak ve bağıl TIER sınıfı kullanılabilirliği sayesinde yüksek çalışma esnekliği, daha iyi enerji verimliliği ve kısa amortisman süreleri sağlayan iklimlendirme sisteminin seçilmesinde önemli rol oynayan bir dizi faktör bulunur. Bunların en önemlilerini şu şekilde sıralayabiliriz:

Toplam Termal Yük

Sistem seçimini belirleyin:

- Yüksek veya ortak yüksek yükler için soğutulmuş su (> 400 kW – 500 kW);

- Düşük veya orta-düşük yükler için doğrudan genleşme (< 150 kW - 200 kW).

Soğutulmuş su kullanımıyla doğrudan genleşme kullanımı çok bariz olmadığından ve açık olmayan durumlar oluşabileceğinden her iki sistemin de dikkatle değerlendirilmesi gerekir.

Termal Yük Düzeni ve Tipolojileri

Klima tipolojisi seçimini belirleyin:

- Yüklerin tekdüze olduğu durumda, çevresel kurulum,

- “Sıcak nokta” durumunda sıralı/raflı kurulum.

Elektronik Ekipman Özellikleri

Odadaki sıcaklık dağıtım seçeneklerini belirleyin:

- Sıcak koridorlar/soğuk koridorlar; ekipman önden soğuk havayı alıp bunu arkadan sıcak olarak çıkaracaksa; “ayna” kurulum. Bu durumda klimalar soğutma kapasitesini besleme havası sıcaklığına dayalı olarak kontrol eder.

- Tüm odada aynı sıcaklık; ekipman soğuk havayı alttan alıp sıcak havayı üstten çıkaracaksa “geleneksel” kurulum. Bu durumda klimalar soğutma kapasitesini dönüş havası sıcaklığına dayalı olarak kontrol eder.

Odanın Özellikleri

Fiziksel/geometrik klima özelliklerini belirleyin:

- Alttan Üfleme (aşağı akışlı hava çıkışı), yükseltilmiş döşeme varsa,

- Üstten Üfleme (yukarı akışlı hava çıkışı), yükseltilmiş döşeme yoksa ve/veya odaya doğrudan hava dağıtımı gerekiyorsa,

- Deplasman (yer değiştirmeli hava çıkışı), değişken yükler söz konusuysa ve/veya klimaları yükseltilmiş döşeme bulunup bulunmadığından bağımsız olarak seçme ihtiyacı varsa.

Coğrafi Konum ve İklim Koşulları

Sistem enerji özelliklerinin seçimini belirleyin:

- Soğuk/karasal iklim bölgelerine kurulum için free cooling bölmeli klimalar veya soğutma grupları,

- Ilıman/sıcak iklim bölgelerine kurulum için konvansiyonel klimalar veya soğutma grupları. Bu seçimi enerji analizi belirler.

Yerin Normatif Özellikleri

İç veya dış ünite özelliklerinin seçimini belirleyin:

- Dağıtımda su kullanılması mümkünse, su soğutmalı mahal iklimlendirme cihazları ve soğutma grupları,

- Katı ses sınırlamaları mevcutsa düşük ses seviyeli versiyon hava soğutmalı soğutma grupları ve kondenserler/kuru soğutucular.

TIER Sınıflandırmaları ve Klimalar ve Soğutma Grubu Bileşenleri

Toplam makine sayısını ve çalışma modu seçimini belirleyin:

- Yük paylaşımı (bütün üniteler kısmi yükte çalışır), eğer: ünitelere EC fanlar, manyetik kaldırmalı yağsız kompresörler ve BLDC kompresörler takılıysa;

- Ünitelere geleneksel bileşenler takılıysa, geleneksel (bazı üniteler %100’de ve diğerleri bekleme durumunda).

Veri Merkezi İç Ortam Düzeni

Çevresel Kurulum

Klimalar veri merkezi duvarları boyunca veya koridor/teknik dış ortam boşluğuna yerleştirilir. İkinci çözüm, kontrol ve bakım işlemlerinin elektrikli ekipman alanına girilmeden yapılmasını sağlar.

alarko sekil 3

Odalarda ve teknik koridorlarda çevresel kurulumu

Sıralı / Raflı Kurulum

Klimalar, soğuk koridordan hava beslemesi ve sıcak koridordan hava alacak şekilde (sıralı kurulum) veya hava beslemesi ve dönüşü doğrudan rafın içinde olacak şekilde (raflı kurulum), bir raf ile bir diğeri arasına kurulur.

alarko sekil 4 

Sıralı ve raflı kurulum

Sıcak / Soğuk Koridor

Önden soğuk hava alan ve arkadan sıcak hava çıkaran elektronik cihazlar, veri merkezi içinde sıcak ve soğuk koridorların oluşmasını sağlar ve oda sıcaklığının tekdüze olmasının tekdüze oda sıcaklığını (tüm odada) gereksiz hale getirir.

alarko sekil 5 

Sıcak koridor - soğuk koridor kurulumları

Muhafaza

Klimalar, soğuk koridordan hava beslemesi ve sıcak koridordan hava alacak şekilde (sıralı kurulum) veya hava beslemesi ve dönüşü doğrudan rafın içinde olacak şekilde (raflı kurulum), bir raf ile bir diğeri arasına kurulur.

alarko sekil 6

Veri Merkezi Endeksi / Sınıflandırmalar

Endeks PUE/DCiE

Bir veri merkezinin enerji verimliliği, PUE endeksi tarafından veya kurulu altyapı toplam gücünü (IT sistemleri+ soğutma + koruma + yedekleme + muhtelif) IT ekipmanı tarafından veri işleme amacıyla kullanılan güçle karşılaştıran DCiE (ve tam tersi) tarafından tanımlanır.

- PUE (Güç Kullanım Etkililiği) = Altyapı toplam gücü / IT ekipmanı gücü [kW/kW, mutlak değer].

- DCiE (Veri Merkezi Altyapı Verimliliği) = IT ekipmanı gücü / Altyapı toplam gücü [kW/kW, yüzde].

PUE veya DCiE başlangıç değeri, enerji verimliliğine ait bir referans değerini temsil eder ve tekrar eden diğer ölçümler için bir test ortamı belirler. Veri merkezi yöneticileri, başlangıç değerlerini son değerlerle karşılaştırarak enerji verimliliğini artırmak için gereken girişimlerin sonuçlarını analiz edebilir ve/veya belirli çalışma koşulları altında enerji endekslerini değerlendirebilir (kısmi PUE ve DCiE). IT sistemlerinin bağlı gücünü altyapı tarafından kullanılan toplam güçle istendiği zaman karşılaştırmak mümkündür.

alarko tablo 4

Diğer Hassas İklimlendirme Uygulamaları

Başta Avrupa’da olmak üzere doygunluk belirtileri göstermesine karşın Telekomünikasyon (TLC), hassas kontrollü iklimlendirme pazarındaki ikinci pazar olmayı sürdürüyor. Pazarı şu şekilde bölümlendirmek mümkündür:

Sabit Telekomünikasyon: Geleneksel küçük/orta veri merkezleri ile kıyaslanabilen telefon odaları, dönüş havası sıcaklık kontrollü ve sıcak/soğuk koridor mantığı bulunmayan çevresel makinelerle donatılmaktadır. RC Group tarafından üretilen tüm mevcut hassas klima serileri, telefon odalarının iklimlendirilmesinde kullanılabilir. Free coolingli ya da free cooling olmaksızın yüksek verimlilik durumunda bir amorti süresi değerlendirmesi gereklidir.

Mobil Telekomünikasyon: Konteynerler ve küçük mobil telekomünikasyon istasyonları, 5 kW’den başlayarak 20 kW’ye çıkan tümü free cooling bölümüyle donatılmış küçük hassas klimalar kullanır.

Diğer hassas kontrol iklimlendirme uygulamaları:

- Güç odaları

- Ölçüm odaları

- Radar odaları

- CAT odaları (Bilgisayarlı Aksiyal Tomografi) / NMR (Nükleer Manyetik Rezonans)

- Kontrol odaları

- UPS odaları (Kesintisiz Güç Kaynağı)

- Batarya odası

- Trafo odaları

Çoğu kurulumda belli sayıda hassas kontrollü iklimlendirme kullanmak gerektiğinden, mevcut tüm RC Group serileri kullanılabilir. Isı yükünün dağılımlı olacağı düşünülüyorsa en uygun olanı doğrudan genleşme çözümüdür. Ancak daha yüksek ısı yüküne sahip diğer odalarda soğutulmuş suyun isteğe bağlı kullanılabilmesi ile chiller suyu soğutmalı hassas iklimlendirme, kurulumu daha rahat hale getirir. Bu durum, veri salonlarında yaygın olarak kurulmuş olan chiller suyu soğutmalı hassas kontrol klimaların büyük veri merkezlerinin güç/UPS/batarya/trafo odalarındaki kullanım durumudur. Bir diğer ilginç fırsat ise, ofislerde yaz iklimlendirmesi için soğutulmuş suyun mevsime bağlı olarak mevcut olmasına dayanır. Bu durumda en iyi çözüm, ofisler için gerekmeyen ve soğutma grubundan alınan soğutulmuş suyla beslenen ilave bir bobinli (ekstre devre EC) doğrudan genleşmeli makinelerle temsil edilir. Klima sıcak mevsimde soğutulmuş su bataryasını kullanır, kompresörler beklemede kalır, gerektiğinde ve soğutma grubu durduğunda çalışır. Ayrıca tüm bu durumlarda bir amorti süresi değerlendirmesi yapılması gereklidir.

Referanslar

ASHRAE, https://www.ashrae.org

Green Grid, http://www.thegreengrid.org/

Uptime institute, http://uptimeinstitute.com/

 

*Kaynak: Alarko Carrier Teknik Bülten, Hava Koşullandırma, Sayı 71



Söyleşi