Проект системы холодоснабжения и кондиционирования воздуха

Мы выполнили проектирование системы кондиционирования и холодоснабжения.

Система кондиционирования и холодоснабжения воздуха

Параметры холодоносителя наружного контура: пропиленгликоль 50%, 7/12°С. Параметры холодоносителя внутреннего контура: вода, 10/16,6°С. Рабочее давление во внутреннем водяном контуре 4,2 атм (включая предварительное давление 1,5 атм). Рабочее давление во гликолевом контуре 4,4 атм (включая предварительное давление 1,5 атм).

Общие указания по монтажу систем

Монтаж и испытания систем производить в соответствии со СНиП 3.05.01-85 «Внутренние санитарно-технические системы». Все разводящие магистрали прокладываются в помещении ЦОД (под фальшполом) и подвале с расстоянием между ними в зависимости от диаметра согласно табл.2 СНиП 3.05.01-85. Все подающие и обратные магистрали внутри помещения, после опресовки систем, изолируются изделиями типа K-FLEX, снаружи изделиями типа AL CLAD. Обеспечить защиту труб, проложенных вдоль пола в подвале специальными конструкциями.

Во внутрирядных кондиционерах ACRC 502 необходимо перенастроить клапан как двухходовой, для этого надо перекрыть вентиль на байпасной линии. Чиллеры устанавливаются снаружи здания на основания высотой 700 мм (смотрите листы 8,9). Для предотвращения процесса кристаллизации гликолевой смеси в наружных трубопроводах вдоль труб 089х3 мм, идущих от чиллеров до врезки в магистральный трубопровод 0133х4 мм, проложить саморегулирующийся греющий кабель, мощностью 20 Вт/м (по 3 кабеля на каждую трубу). Укладка кабеля осуществляется на фальгоскотч, далее трубопроводы изолируются. Теплообменники, циркуляционные насосы и установки поддержания давления устанавливаются на специальные бетонные основания в помещении насосной.

Аварийный приямок в помещении насосной

Проектом предусматривается аварийный приямок в помещении насосной, а также дренажные насосы (1 рабочий, 1 резервный) Unilift KP250-M-1 для отвода холодоносителя из приямка в существующую канализационную систему. Проектом предусматривается насос JP 5-B-B-CVBP для закачки холодоносителя в систему холодоснабжения, который также используется в случае, если требуется опорожнить систему. Насос подключается в специально организованных местах для заполнения и слива системы, а также в любой точке, где установлен сливной вентиль. Внутренний контур системы холодоснабжения заполняется от системы водоснабжения здания. Отдельным проектом разрабатываются узлы крепления трубопроводов по всей трассе гликолевого контура, расположенного на улице, ввод трубопроводов в здание, рама для установки Variomat, защитные конструкции для трубопроводов, проложенных вдоль пола в подвале.

Опорные и подвесные конструкции для стальных труб выполнить в соответствии с типовой серией 5.900-7 (выпуск 0,4) и типовой серией 5.903-13 (выпуск 8-95), а также СНиП 3.05.01-85 «Внутренние санитарно-технические системы». Опоры для полимерных труб выполнить в соответствии с руководством по монтажу. После окончания работ монтажной организацией должны быть выполнены приемо-сдаточные испытания на эффективную холодопроизводительность установки в присутствии технадзора Заказчика и авторского надзора проектной организации.

Воздушное кондиционирование

Условное обозначение системы: СКВ. Основание для проектирования. Основанием для проектирования СКВ являются следующие документы:

Цель и назначение системы

Целью создания СКВ является обеспечение требуемых параметров воздуха в помещении ЦОД для обеспечения бесперебойного функционирования серверного оборудования внутри помещений. СКВ предназначена для поддержания параметров воздуха в соответствии с требуемой точностью и качеством.

Соответствие проектных решений действующим нормам и правилам техники безопасности.

Предлагаемые проектные решения предусматривают использование унифицированных изделий или других компонентов, прошедших, в случаях, предусмотренных нормативными актами РФ, обязательную сертификацию на соответствие действующим требованиям, нормам и правилам техники безопасности, пожаро- и взрывобезопасности и разрешенных к использованию на территории РФ.

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ОБЪЕКТЕ

Объектом проектирования СКВ является помещение. Центр обработки данных находится в здании флигеля и состоит из машинного зала, помещений ИБП1, ИБП2 и насосной. Пребывание обслуживающего персонала в помещении ЦОД не более 2х часов.

Сведения об условиях эксплуатации объекта и характеристиках окружающей среды

Оборудование должно будет находиться в условиях соответствующих стандарту TIA-942 и приведенных в таблице 1.

Таблица 1. Условия эксплуатации серверного оборудования

Структура системы кондиционирования воздуха помещений ЦОД

Основными элементами СКВ предполагаются внутрирядные прецизионные кондиционеры, фэн-койлы, холодильные машины, циркуляционные насосы, теплообменники, аккумулирующие емкости и увлажнители.

Расчетные тепловыделения

Расчетные тепловыделения машинного зала, помещения ИБП1 и ИБП2: Машинный зал:

• Установленная мощность серверного оборудования = 168 кВт цод =168 кВт
• Освещение Оос = 70 м2 х 26 Вт/м2 = 1820 Вт (26 Вт/м2 плотность освещения)
• Приточный воздух Оприт = 200 м3/ч х 0,33 х ( 40°С -22°С ) = 1188 Вт
• Суммарные теплопоступления Ю=Оцод + Qос + Qприт=168+1,8+1,2 =171 кВт

Помещения ИБП

• Теплопоступления от ИБП равны 8,84 кВт (паспортные данные)
• Освещение Оос = 43,5 м2 х 26 Вт/м2 = 1131 Вт (26 Вт/м2 плотность освещения)
• Оприт = 50 мз/ч х 0,33 х ( 40°С -24°С ) = 264 Вт
• Суммарные теплопоступления Ю=Оос + Оприт + ОИБП =1,1+0,3+8,84 =10,24 кВт

Состав системы прецизионного кондиционирования помещений

Заданные параметры в помещении машинного зала будут поддерживаться внутрирядными кондиционерами прецизионного типа с водяными теплообменниками и выдувом воздуха вперед. В помещениях ИБП температура будет поддерживаться с помощью кассетных фэн-койлов. В качестве наружного блока применяется холодильная машина с фрикулингом. В системе кондиционирования воздуха предусмотрена установка теплообменника, с помощью которого осуществляется теплообмен между гликолевым и водяным контуром. Гликолевый контур (50% пропиленгликоль) - система трубопроводов от холодильной машины до теплообменника с параметрами холодоносителя 7/12°С, водяной контур - система трубопроводов от теплообменника до внутрирядных кондиционеров и фэн-койлов с параметрами холодоносителя 10/16,6°С.

Для поддержания точной температуры водяного контура, на подающем трубопроводе устанавливается трехходовой клапан VF3 (куэ=63м3/ч). В случае недостаточной тепловой нагрузки в помещении ЦОД, температура на входе в теплообменник может стать ниже заданной, в этом случае открывается трехходовой клапан и часть обратной воды проходит через него, обходя теплообменник. Балансировочный клапан предназначен для корректной работы 3-х ходового клапана (поз.11 на принципиальной схеме). Настраивается на сопротивление теплообменника единожды в процессе пуско-наладочных работ. В последующих настройках и вмешательствах не нуждается.

На каждом контуре будут смонтированы установки поддержания давления, которые защищают насос от холостого хода и обеспечивают деаэрацию холодоносителя. Система кондиционирования будет построена по схеме резервирования N+1 (в машинном зале в каждом ряду) таким образом, чтобы при выходе из строя или регламентном техническом обслуживании одной из установок резервный агрегат обеспечивал необходимую холодопроизводительность работающих машин.

Холодопроизводительность работающих машин

Количество внутрирядных кондиционеров в машинном зале - 8 шт. ACRC 502 - 6 шт. и ACRС 103 - 2 шт. Кондиционеры работают все одновременно (и «рабочие» и «резервные») с пониженной производительностью (наиболее экономичный режим). В случае отказа одного из кондиционеров, оставшиеся кондиционеры воспринимают нагрузку на себя. Управление групповой работой обеспечивается встроенной системой автоматики кондиционеров. Количество фэн-койлов в помещении ИБП1 - 3шт. 42GWC700C. Количество фэн-койлов в помещении ИБП2 - 3шт. 42GWC700C.

Фэн-койлы в помещениях ИБП1 и ИБП2 работают по схеме «рабочий-резервный» с равномерной наработкой оборудования. В случае выхода из строя рабочего фэн-койла, включается резервный. Управление групповой работой обеспечивается внешней системой автоматики (см. проект АСМУ). Регулировка холодопроизводительности кондиционеров и фэн-койлов в нашей системе будет осуществляться с помощью двухходовых клапанов, расположенных во внутрирядных кондиционерах и фэн-койлах. Во внутрирядных кондиционерах ACRC 502 и ACRC 103 необходимо перенастроить клапан как двухходовой, для этого надо перекрыть вентиль на байпасной линии.

Количество холодильных машин

Количество холодильных машин CLO 1272A - 3 шт. (2 рабочих, 1 резервная), устанавливаются снаружи здания, на специально подготовленную площадку. Все чиллера оснащены контроллером, который позволяет организовать работу группы чиллеров по схеме «рабочий-резервный» с равномерной наработкой оборудования. Настройка режимов производится при пусконаладке. Теплообменники (2шт.), циркуляционные насосы водяного контура (2шт.) и установки поддержания давления (4шт.) устанавливаются на специально подготовленные площадки в помещении Насосной. Алгоритмы работы системы холодоснабжения в целом в зимнее, летнее и переходное время ничем не отличаются друг от друга, кроме алгоритма работы чиллеров, который поясняем ниже.

При температуре наружного воздуха от +7°С и выше чиллеры обеспечивают систему хладоносителем с расчетными параметрами за счет работы компрессоров. При температуре наружного воздуха ниже +6°С (на один градус ниже температуры холодоносителя) чиллер переходит в смешанный режим работы: фрикулинг+компрессоры При температуре наружного воздуха ниже -5°С чиллер полностью переходит в режим работы фрикулинга. Выбор режима работы чиллера обеспечивается штатным контроллером чиллера в зависимости от окружающей температуры. В наружном контуре системы холодоснабжения в качестве холодоносителя выбран водный раствор пропиленгликоля с концентрацией 50%.

Температура начала кристаллизации

Температура начала кристаллизации - это температура, при которой невооруженным глазом можно заметить помутнение, как признак начала кристаллизации. Температура начала образования хлопьев - это температура, при которой визуально наблюдается кашеобразная стадия раствора. Согласно ТЗ минимальная температура -40°С. При такой температуре холодоноситель в резервном чиллере все еще имеет жидкое агрегатное состояние, что позволяет запустить чиллер и насос. Для исключения попадания ледяного холодоносителя в теплообменник предусмотрена байпасная линия с проходным клапаном (поз. 17 на принципиальной схеме) и греющий кабель на трубопроводах включающийся при достижении температуры наружного воздуха ниже +3°С (смотри проект АСМУ).

Для работы СКВ в аварийном режиме в техническом помещении на подающей магистрали будут установлены аккумулирующие емкости (1000л), 9шт. В случае остановки холодильных машин, насосы водяного контура (ЦН1, ЦН2) продолжают работу и обеспечивают совместно с аккумулирующими емкостями требуемые нам параметры воды в течении 20 минут. Трубопроводы, проложенные от магистрального трубопровода водяного контура 089х3 (прямая и обратная вода) до внутрирядных кондиционеров и фэн-койлов выполняются из пластиковых труб PE-Xa 050х4,6, 032х2,9, 020х2,0 в тепловой изоляции (схему соединения стальных труб с пластиковыми см. Лист 20).

Для предотвращения процесса кристаллизации гликолевой смеси в наружных трубопроводах вдоль труб 089х3 мм, идущих от чиллеров до врезки в магистральный трубопровод 0133х4 мм, прокладывается саморегулирующийся греющий кабель, мощностью 20Вт/м (по 3 кабеля на каждую трубу). Системой автоматики предусмотрена подача напряжения на кабель при снижении температуры до 3°С, после чего, в случае необходимости, кабель поддерживает температуру 5°С.

Подача влажного воздуха

Для поддержания требуемого уровня влажности в машинном зале предусмотрен пароувлажнитель UE003XD0E1. Подача влажного воздуха осуществляется в приточный воздуховод. (см. проект ОВ) Подвод воды к увлажнителям осуществляется по трубопроводам из полипропиленовых труб в тепловой изоляции, подключенных от сети водопровода. Отвод дренажа от внутренних блоков прецизионных кондиционеров, фэн-койлов и увлажнителей осуществляется в систему канализации здания с устройством гидрозатвора и разрыва струи. Заполнение системы будет производиться в специально подготовленных для этого точках (см. Лист 5, рабочих чертежей) насосом JP 5-B-B-CVBP.

Способы обеспечения циркуляции воздуха

В помещениях машинного зала устанавливаются внутрирядные прецизионные кондиционеры с фронтальной раздачей воздуха. В помещениях организована схема циркуляции воздуха с использованием горячего и холодного коридора. Также в машинном зале предусмотрен изолированный горячий коридор HACS, для предотвращения смешения горячего и холодного воздуха. В помещениях ИБП будут установлены фэн-койлы кассетного типа с забором воздуха снизу и выдувом охлажденного воздуха горизонтально в 4 стороны.

Оборудование

Внутрирядный прецизионный кондиционер InRow RC с водяным теплообменником:

• Тип ACRC 103. Номинальная охлаждающая способность - 19,6 кВт
• Температура холодоносителя на входе - 10°C
• Холодоноситель - вода
• Схемы отвода отработанного воздуха - горизонтальный воздух на входе
• Воздушный поток - 5000 м3/ч
• Производительность помпы для откачки конденсата - 0.002 л/с
• Входная мощность - 1000 Вт
• Входная частота - 50/60 Гц
• Максимальная высота - 1991.00 мм
• Максимальная ширина - 300.00 мм
• Максимальная глубина - 1070.00 мм
• Масса нетто - 162.73 кг.

Тип ACRC 502

• Номинальная охлаждающая способность - 51,4 кВт
• Температура холодоносителя на входе - 10°C
• Холодоноситель - вода
• Схемы отвода отработанного воздуха - горизонтальный воздух на входе
• Воздушный поток - 10000 м3/ч
• Производительность помпы для откачки конденсата - 0.008 л/с
• Входная мощность - 3000 Вт
• Входная частота - 50/60 Гц
• Максимальная высота - 1991.00 мм
• Максимальная ширина - 600.00 мм
• Максимальная глубина - 1070.00 мм
• Масса нетто - 352.73 кг.

Изолированный горячий коридор:

• Соединительные профили
• Боковые панели
• Потолочные панели
• Дверная перемычка
• Угловое крепление
• Боковая панель
• Вертикальная стойка дверной коробки
• Закладная деталь для крепления порога
• Дверь
• Порог
• Вертикальная стойка дверной коробки
• Закладная деталь для крепления порога
• Боковые панель.

Комплектация изолированного коридора может отличаться от указанной выше в зависимости от технического задания. Фэн-койл кассетного типа 42GW700C (см. файл подбора, приложение 1):

• Явная холодопроизводительность - 5,73 кВт
• Расход воздуха - 1598 м3/ч
• Температурный режим холодоносителя - 10/16,6°С
• Потребляемая мощность - 0,190 кВт
• Высота - 298 мм
• Ширина - 953 мм
• Длина - 822 мм.

Холодильная машина с функцией свободного охлаждения фрикулингом, осевыми вентиляторами, спиральными компрессорами и встроенными циркуляционными насосами CLO 1272A (см. файл подбора, приложение 2):

• Номинальная холодопроизводительность - 118,5 кВт.
• Количество холодильных контуров - 2шт, Температура холодоносителя на входе - 12°C
• Температура холодоносителя на входе - 7°C
• Холодоноситель - пропиленгликоль 50%
• Количество вентиляторов - 10шт.
• Расход воздуха - 33 200 м3/ч
• Потребляемая мощность - 60,46 кВт
• Высота - 2125 мм
• Ширина - 1500 мм
• Длина - 4000 мм
• Вес - 2460 кг.

Промежуточный теплообменник TL6-BFG (см.файл подбора, приложение 3):

• Греющая сторона - вода
• Нагреваемая сторона - пропиленгликоль 50%
• Мощность - 237 кВт
• Объемный расход греющей стороны - 26,38 м3/ч
• Объемный расход нагреваемой стороны - 47,5 м3/ч
• Температурный режим греющей стороны 10/16,6°С
• Температурный режим нагреваемой стороны 7/12°С
• Высота - 1264 мм
• Ширина - 320 мм
• Длина - 620 мм
• Вес - 349 кг.

Одноступенчатый одинарный центробежный насос типа «ин-лайн» TP 40-360/2 (см.файл подбора, приложение 4):

Расход - 27,7 м3/ч

Общий гидростатический напор насоса - 28,5 м

Мощность потребления - 4 кВт

Вес - 74,8 кг.

Оборудование должно обладать следующими характеристиками:

• круглосуточный режим работы
• работа в диапазоне наружного воздуха от - 40 до +40°

Расчет мощности пароувлажнителя

Внутрирядные кондиционеры подобраны таким образом, что при охлаждении воздуха, осушение на теплообменнике кондиционера не происходит. Температура холодоносителя: Вход 10 °С, Выход 16.6 °С Параметры воздуха: Вход в кондиционер: 35 °С, 23% выход из кондиционера (в холодный коридор) 23 °С, 45% Вычисляем производительность увлажнителя:

• Q=L*Y*Ad/1000
• где L= 200 м3/ч расход увлажняемого воздуха Y =1,2 кг/м3, удельный вес воздуха
• Ad=8 г/кг, разность влагосодержания см. ID диаграмму (необходимое количество воды для увлажнения одного килограмма воздуха) Q=200м3/ч*1,2 г/м3*8г/кг/1000=1,9 кг/ч
• Таким образом, для увлажнения приточного воздуха нам необходим увлажнитель мощностью 1,9 кг/ч . По результатам расчета мы выбрали пароувлажнитель UE003, мощностью 3кг/ч, с парораспределителем в приточном воздуховоде.

Взаимосвязь и совместимость СКВ со смежными системами.

Взаимодействие систем ЦОД осуществляется с целью соответствия инженерной инфраструктуры действующим нормам по электро-, взрыво- и пожаробезопасности. Взаимодействие будет осуществляться с помощью штатных коммуникационных и программных средств оборудования систем. Основной используемый сигнальный интерфейс - типа «сухие контакты».

Проектируется взаимодействие систем для следующих случаев:

• пожарная тревога в помещении ЦОД
• аварийная потеря качества электроэнергии, подаваемой от внешних источников электроснабжения
• тревога появления протечки жидкости в системе подпитки пароувлажнителей или дренажной системе.

Взаимодействие систем в случае пожарной тревоги в помещении

В случае поступления сигнала пожарной тревоги с ручных или автоматических пожарных извещателей помещения ЦОД в систему пожарной сигнализации с помощью управляющих релейных выходов станции пожаротушения будет реализовываться следующий сценарий:

Подача сигнала на выключение системы общеобменной вентиляции.

После газодымоудаления снятие сигнала от системы пожарной сигнализации и подача сигнала на включение системы вентиляции. Система кондиционирования воздуха (внутрирядные прецизионные кондиционеры и фэн-койлы) контролируется установкой АГПТ по алгоритму (см. алгоритм в разделе АГПТ).

Взаимодействие систем в случае аварийной потери качества электроэнергии, подаваемой от внешних источников электроснабжения ЦОД.

В случае выхода параметров качества электроэнергии (значений напряжения, частоты) за пределы нормируемых значений по ГОСТ 13109-97 по обоим вводам от внешних источников электроснабжения, либо в случае аварийного отключения электропитания на обоих вводах с помощью управляющих релейных выходов АВР будет реализовываться следующий сценарий отключение системы кондиционирования

В случае появления электропитания на одном из вводов от внешних источников электроснабжения, либо в случае прихода параметров качества электроэнергии в норму, происходит автоматическое включение системы кондиционирования.

Режимы функционирования

СКВ будет функционировать в следующих режимах:

• Основной (непрерывный режим работы, обеспечивающий выполнение всех функций)
• проведения технологических работ (для проведения технического обслуживания)
• аварийный (восстановление функционирования СКВ в результате сбоя или отказа).

В основном режиме СКВ будет функционировать 24 часа в день, 365 дней в году за исключением времени проведения технологических работ. В основном режиме СКВ будет поддерживать параметры воздуха, соответствующие требованиям, предъявляемым со стороны размещаемого в ЦОД оборудования.

Данный режим функционирования обеспечивается следующими техническими решениями:

• применение оборудования, рассчитанного на режим работы 24х7х365
• возможность замены наиболее ответственного оборудования за счет их резервирования по схеме N+1 без полной остановки ЦОД
• применение оборудования, не требующего постоянного присутствия дежурной смены непосредственно в помещении и на объекте
• ротация для основных типов оборудования
• основные компоненты системы имеют коммуникационные возможности для оперативного оповещения обслуживающего персонала об аварийных и предаварийных ситуациях.

Аварийный режим предусматривает несколько видов аварий:

• технологический отказ основного оборудования (чиллер, прецизионный кондиционер, фэн-койл, циркуляционный насос, теплообменник). В случае отказа какого- либо из элементов, он переходит в резерв и с помощью задвижек на трубном кольце выводится из системы для проведения ремонта. Система работает по резервному кольцу.
• протечка системы (в случае повреждения какого-либо элемента трубной системы). В случае протечки в любом из элементов трубы или теплообменнике производится отключение данного элемента от системы с помощью задвижек с целью ремонта. Система работает по резервному кольцу.
• в случае пожара, производится остановка системы вентиляции. Система кондиционирования воздуха (внутрирядные прецизионные кондиционеры и фэн-койлы) контролируется установкой АГПТ по алгоритму (см. алгоритм в разделе АГПТ).

Режим проведение технологических работ

Для проведения технологических работ какого-либо из элементов системы, данный элемент с помощью задвижек выводится из системы в резерв для обслуживания. После проведения всех работ, снова подключается к системе.

• Назад
• Вперёд