Chlazení datových center chladičem: jakou chladicí kapalinu zvolit? / Habr

Pro klimatizaci v datových centrech se nejčastěji instalují centralizované vícezónové systémy s vodními chladicími stroji (chillery). Jsou účinnější než freonové klimatizace, protože chladicí kapalina cirkulující mezi vnější a vnitřní jednotkou nepřechází do plynného stavu a jednotka kompresor-kondenzátor chladiče se uvede do provozu pouze tehdy, když teplota stoupne na určitou úroveň. Jednou z nejzásadnějších otázek při navrhování chladicího systému je: jaké chladicí médium je nejlepší použít? Může to být voda nebo vodný roztok vícemocných alkoholů – propylenglykol nebo ethylenglykol. Pokusme se pochopit výhody a nevýhody každé možnosti.

Fyzika a chemie

Z hlediska fyzikálních vlastností (tepelná kapacita, hustota, kinematická viskozita) je voda považována za optimální chladivo. Navíc jej lze bezpečně vylít na zem nebo do kanalizace. Bohužel v našich zeměpisných šířkách se voda používá pouze v interiéru, protože zamrzá při 0 °C. Současně se snižuje hustota chladicí kapaliny a zvyšuje se objem, který zaujímá. Proces je nerovnoměrný a není možné jej kompenzovat pomocí expanzní nádoby. Mrazící oblasti jsou izolovány, statický tlak na stěny potrubí se zvyšuje a nakonec dojde k prasknutí. Vodné roztoky vícemocných alkoholů tyto nevýhody nemají. Zmrazují při mnohem nižších teplotách, aniž by tvořily lokální ohniska. Jejich hustota při krystalizaci klesá mnohem méně než při přeměně vody na led, což znamená, že se objem tolik nezvětšuje – ani zmrzlé vodné roztoky glykolů nezničí potrubí.

Zákazníci si velmi často vybírají propylenglykol, protože je netoxický. Ve skutečnosti se jedná o schválenou potravinářskou přísadu E1520, která se používá v pečivu a dalších potravinářských výrobcích jako činidlo zadržující vlhkost. Používá se v kosmetice a mnoha dalších oblastech. Pokud systém naplníte vodným roztokem propylenglykolu, nejsou nutná žádná zvláštní opatření: zákazník bude potřebovat pouze další nádrž pro kompenzaci netěsností. S ethylenglykolem se pracuje obtížněji – tato látka je klasifikována jako středně toxická (třída nebezpečnosti 5). Její maximální přípustná koncentrace ve vzduchu je 3 mg/mXNUMX, ale vzhledem k nízké těkavosti za normálních teplot se můžete otrávit parami tohoto vícesytného alkoholu pouze při jejich delším vdechování.

Nejhorší situace je u odpadních vod: voda a propylenglykol nevyžadují likvidaci, ale koncentrace etylenglykolu ve veřejných zařízeních na využívání vody by neměla překročit 1 mg/l. Kvůli tomu budou muset majitelé datových center do odhadu zahrnout speciální drenážní systémy, izolované nádoby a/nebo systém pro ředění vypuštěné chladicí kapaliny vodou: nelze ji jednoduše spláchnout do odpadu. Objemy vody pro ředění jsou stokrát větší než objemy chladicí kapaliny a její rozlití na zem nebo podlahu je krajně nežádoucí – toxický vícesytný alkohol je nutné smýt velkým množstvím vody. Použití etylenglykolu v moderních klimatizačních systémech pro datová centra je však také zcela bezpečné, pokud jsou přijata všechna nezbytná opatření.

ekonomika

Vodu lze považovat za prakticky bezplatnou ve srovnání s cenou chladicích kapalin na bázi vícemocných alkoholů. Vodný roztok propylenglykolu pro chladicí a ventilátorový systém je poměrně drahý – stojí asi 80 rublů na litr. Vezmeme-li v úvahu nutnost periodické výměny chladicí kapaliny, bude to mít za následek impozantní množství. Cena vodného roztoku etylenglykolu je téměř poloviční, ale bude nutné ji započítat i do odhadu nákladů na likvidaci, které jsou však také relativně malé. Existují nuance související s viskozitou a tepelnou kapacitou: chladicí kapalina na bázi propylenglykolu vyžaduje vyšší tlak vytvářený oběhovým čerpadlem. Obecně platí, že náklady na provoz systému s etylenglykolem jsou výrazně nižší, proto se často volí tato varianta i přes určitou toxicitu chladicí kapaliny. Další možností, jak snížit náklady, je použití dvouokruhového systému s výměníkem, kdy ve vnitřních místnostech s kladnou teplotou cirkuluje běžná voda a ven teplo předává nemrznoucí roztok glykolu. Účinnost takového systému je poněkud nižší, ale objemy drahé chladicí kapaliny jsou výrazně sníženy.

Výsledky

Ve skutečnosti mají všechny uvedené možnosti chladicích systémů (kromě čistě vodních, které jsou v našich zeměpisných šířkách nemožné) právo na existenci. Výběr závisí na celkových nákladech na vlastnictví, které je nutné v každém konkrétním případě vypočítat již ve fázi návrhu. Jediná věc, kterou byste nikdy neměli dělat, je změnit koncept, když je projekt téměř připraven. Navíc není možné vyměnit chladicí kapalinu, když již probíhá instalace inženýrských systémů budoucího datového centra. Házení a trápení povedou k vážným výdajům, takže byste se měli rozhodnout o výběru jednou provždy.

• chlazení datových center
• Datové centrum
• Chlazení chladiče

Tepelné vlastnosti chladiva ovlivňují konstrukci, procesy a výkon chladicí jednotky. Výběr optimální pracovní kapaliny zvýší ziskovost a šetrnost k životnímu prostředí při provozu jednotky.

Co je ethylenglykol

Ethylenglykol neboli ethan-1,2-diol je dvojsytný alkohol, zástupce vícesytných alkoholů s chemickým vzorcem C.₂H₆O₂Průhledná olejovitá viskózní kapalina bez zápachu a barvy, má nasládlou chuť. Nazývá se také monoethylenglykol, ethandiol, 1,2-ethandiol, dioxyethan.

Rozpustný v acetonu, vodě, terpentýnu, alkoholech. Nerozpustný v parafínu, kaučuku, minerálních olejích.

Odolává zahřátí až do +200 °C při vysoké koncentraci.

Fyzikální vlastnost ethylenglykolu je široce využívána – schopnost udržovat kapalný stav při nízkých teplotách. Při interakci s některými roztoky snižuje jejich teplotu. Byly vytvořeny kapaliny na bázi dioxyethanu, které nezamrzají při -70 °C.

Aplikace ethylenglykolu při konstrukci chladicích zařízení

Díky svým vlastnostem se ethylenglykol stal jednou z hlavních nemrznoucích směsí v oblasti chladicí techniky. Je součástí pracovní látky v:

• tepelné motory;
• klimatizační systémy;
• chladicí jednotky, chladiče;
• solární panely.

V podmínkách, kde běžná voda mrzne, funguje vodný roztok ethylenglykolu.

Pro cirkulaci v systémech se doporučuje zakoupit ethandiol vyráběný společností . Je méně agresivní, nereaguje tak aktivně s kovem, plastem, gumou.

Tepelné nosiče ethylenglykol nebo propylenglykol – který je lepší?

Při posuzování problému jako přísady do chladicí kapaliny je nutné vyhodnotit její účinnost a bezpečnost.

Propylenglykol také patří k zástupcům dvojsytných alkoholů. Při perorálním užití však není toxický a používá se dokonce jako potravinářská přísada. Monopropylenglykol je však viskóznější, což zpomaluje jeho cirkulaci v systému. Má horší tepelnou vodivost a tepelnou kapacitu než ethandiol. Tyto údaje ovlivňují velikost výměníků tepla, radiátorů: čím nižší hodnota, tím větší je potřebná plocha pro výměnu tepla.

Z ekonomického hlediska vypadá ethylenglykol atraktivněji díky své nízké ceně.

• v podnicích s velkým počtem pracovníků;
• v oblastech, kde se v blízkosti nacházejí obytné budovy;
• v průmyslových odvětvích se zvýšenými environmentálními požadavky.

Co může nahradit ethylenglykol v chladicí jednotce a jaká rizika to s sebou nese?

Místo roztoku ethylenglykolu se chladicí systémy plní chloridem sodným, amoniakem a solemi chloridu vápenatého.

Výše uvedené chladicí kapaliny mají vysokou korozivní aktivitu. Neustálý kontakt s nimi rychle poškozuje potrubí a součásti chladicí jednotky. Neustálé opravy a výměny zařízení výrazně zvyšují provozní náklady.

V jakých dalších oblastech se používá ethylenglykol?

Nízké náklady umožnily ethylenglykolu najít uplatnění v různých oblastech:

• Při provozu vozidel. Nemrznoucí kapaliny, brzdové kapaliny s obsahem 60 % ethanolu nezamrzají při teplotě -49 °C. Ostřikovače čelního skla v zimě.
• V kapalinových chladicích systémech jako součást nemrznoucí směsi a dalších roztoků. Používá se v počítačích, automobilech.
• Chladicí kapalina v topných systémech.
• Ředidlo na barvy.
• Při výrobě plynu k odstranění kondenzátu a zabránění tvorbě hydrátu metanu.
• V textiliích, pro tvorbu nití.
• Dezinfekce prostorných prostor.
• Při výrobě polymerů.

Ethylenglykol se přidává do čističe skla, leštidla na boty a barviva na kůži.

Jaká je třída nebezpečnosti a jaké škody na lidském těle způsobuje ethylenglykol v chladicích jednotkách a dalších produktech, ve kterých se používá?

Látka patří do třetí třídy nebezpečnosti podle klasifikace uvedené v .1.007-76, která popisuje obecné bezpečnostní požadavky na výrobu, skladování a manipulaci s nebezpečnými sloučeninami ve výrobě.

Středně toxický ethylenglykol je škodlivý pro lidské tělo. Při požití ve významných koncentracích nastává ve většině případů smrt. Smrtelná dávka je 100–300 ml, počítáno jako 1–1,5 ml na kilogram hmotnosti v jednorázové dávce.

K otravě parami dochází pouze při pravidelném vdechování. Mezi příznaky patří kašel, podráždění, únava, závratě, nevolnost, zvracení, ztráta vědomí.

Jako antidotum užívejte lék “Fomepizol” nebo ethanol, pijte alkohol. V případě mírné otravy zajistěte přístup k čerstvému vzduchu, odstraňte kontaminovaný oděv, umyjte si ruce a vypláchněte ústa čistou vodou.

společnost OMEX se zabývá návrhem a výrobou chladicích zařízení pro průmyslové, zemědělské a komerční podniky. Vyrábíme chladicí jednotky a kompletní projekty pro dodávku chladu do zařízení různého určení. Při vývoji se zohledňují specifika činnosti, přání zákazníka a požadavky státních norem a předpisů.

Chcete-li poradit a zjistit cenu projektu, zavolejte nám na tel +7 (495) 009-02-42 nebo vyplňte formulář zpětné vazby na webu.