Ứng dụng máy bơm ly tâm trục đứng đa tầng trong các trung tâm dữ liệu được làm mát bằng chất lỏng-quy mô lớn{1}}

Tóm Tắt Quyết Định|Đối với các trung tâm dữ liệu được làm mát bằng chất lỏng-quy mô lớn, việc lựa chọn máy bơm không chỉ đơn thuần là vấn đề mua sắm các thiết bị riêng lẻ; đó là quyết định cân bằng giữa khả năng làm mát, mức tiêu thụ năng lượng liên quan đến PUE-, khả năng mở rộng và độ phức tạp trong vận hành. Ưu điểm của máy bơm ly tâm nhiều tầng trục đứng chỉ chuyển thành giá trị kinh doanh có thể định lượng được khi được hỗ trợ bởi các ranh giới hệ thống thích hợp, kiến ​​trúc dự phòng và chiến lược điều khiển.

Khi-cụm điện toán mật độ cao tăng tải nhiệt trên mỗi giá, các giải pháp làm mát bằng chất lỏng-chẳng hạn như tấm làm mát-lạnh và làm mát ngâm-sẽ truyền nhiệt trực tiếp hơn đến hệ thống nước-của cơ sở. Đối với khách hàng doanh nghiệp, vòng tuần hoàn nước làm mát đã phát triển từ một hệ thống phụ trợ đơn thuần thành nền tảng cho hoạt động kinh doanh liên tục; bất kỳ sự mất ổn định nào về tốc độ dòng chảy hoặc chênh lệch áp suất không chỉ ảnh hưởng đến mức độ thoải mái mà còn dẫn đến hiện tượng điều tiết máy chủ, cảnh báo hệ thống hoặc thậm chí ngừng hoạt động dịch vụ.

Máy bơm ly tâm trục đứng đa tầngsử dụng nhiều cánh quạt để đạt được cột áp cao trong một diện tích nhỏ gọn, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các tình huống có không gian sàn hạn chế, điện trở hệ thống đường ống cao và yêu cầu về chênh lệch áp suất ổn định. Cấu hình dọc của chúng tạo điều kiện thuận lợi cho các bố cục tích hợp, trong khi các bố trí bơm song song và bộ điều khiển-điều khiển tần số biến thiên (VFD) có thể dễ dàng tích hợp vào các trạm làm mát mô-đun. Tuy nhiên, tính phù hợp không có nghĩa là ứng dụng "một-kích thước-phù hợp với-tất cả": chỉ cần chọn một máy bơm lớn dựa trên lưu lượng đỉnh và cột áp tối đa có thể khiến hệ thống hoạt động ngoài phạm vi-hiệu suất cao trong thời gian dài trong điều kiện tải-thấp, do đó làm mất đi lợi ích tiết kiệm năng lượng- thông qua tổn thất điều tiết, chu kỳ khởi động-dừng thường xuyên và hoạt động kém hiệu quả.

Độ tin cậy là mối quan tâm hàng đầu. Thiết kế hệ thống máy bơm phải phù hợp với SLA của hệ thống thay vì chỉ được gắn nhãn "N{1}}" Cần xác minh thêm để đảm bảo rằng, sau sự cố của bất kỳ máy bơm đang vận hành nào, máy bơm dự phòng có thể tự động hoạt động trong khung thời gian cho phép; sự dao động áp suất trong quá trình chuyển đổi không kích hoạt các cơ chế bảo vệ ở phía CDU hoặc máy chủ; và không còn điểm lỗi duy nhất nào liên quan đến van một chiều, bộ truyền động tần số thay đổi (VFD), cảm biến, nguồn điện điều khiển hoặc các đầu cắm chung. Đối với các khu vực vận hành quan trọng, có thể sử dụng các chiến lược như cấu hình máy bơm song song, vận hành quay, cấp nước theo vùng hoặc hệ thống-đầu mối kép, với mô phỏng sự cố được tích hợp vào quy trình nghiệm thu và vận hành thử tích hợp.

Tải trung tâm dữ liệu dao động trong suốt cả năm. Chi phí điện chủ yếu được xác định bởi hiệu suất tổng hợp của máy bơm trong nhiều phạm vi tải khác nhau và khả năng của hệ thống điều khiển trong việc duy trì các điểm vận hành gần vùng hiệu suất cao. Đánh giá đấu thầu nên tập trung vào "mức tiêu thụ năng lượng hàng năm" hơn là hiệu quả ở một điểm đánh giá duy nhất; điều này liên quan đến việc tính toán công suất đầu vào dựa trên cấu hình giờ tải-thông thường qua các tốc độ dòng chảy, cột áp và số lượng máy bơm song song khác nhau, đồng thời tính toán hiệu suất động cơ, tổn thất truyền động tần số thay đổi (VFD), tổn thất do điều chỉnh van và cài đặt áp suất chênh lệch quá mức. Chiến lược-được thiết kế tốt kết hợp trình tự bơm theo giai đoạn với phối hợp VFD thường mang lại độ ổn định cao hơn so với việc chạy một máy bơm lớn duy nhất ở tần số thấp trong thời gian dài và nó điều chỉnh tốt hơn các biến thể tải liên quan đến việc xây dựng theo từng giai đoạn.

Các trung tâm dữ liệu được làm mát bằng chất lỏng-quy mô lớn thường được phân phối theo từng giai đoạn. Các trạm bơm phải kết hợp các quy định về kết nối trong tương lai, khả năng kiểm soát và biên độ thủy lực hợp lý-mà không để những biên độ đó dẫn đến-hoạt động kém hiệu quả về lâu dài. Một cách tiếp cận ưu việt hơn là chia quy mô cuối cùng thành các mô-đun có thể nhân rộng, trong đó mỗi mô-đun xác định tốc độ dòng thiết kế, độ giảm áp suất cho phép, số lượng bộ phận bơm và ranh giới điều khiển; sau đó có thể thêm các mô-đun hoặc bộ phận bơm bổ sung có cùng thông số kỹ thuật khi các phòng máy chủ mới trực tuyến. Chiến lược này tránh được sự kém hiệu quả của "thiết bị quá khổ cho tải nhỏ" trong giai đoạn đầu, đồng thời giảm thiểu rủi ro liên quan đến việc sửa đổi đường ống chính và thực hiện cắt hệ thống trong các lần mở rộng tiếp theo.

Khả năng bảo trì thiết bị ảnh hưởng trực tiếp đến Thời gian sửa chữa trung bình (MTTR). Mặc dù máy bơm nhiều tầng trục đứng có diện tích nhỏ nhưng cách bố trí địa điểm vẫn phải tính đến khoảng trống nâng động cơ, lối vào để thay phốt cơ khí, không gian để tháo khớp nối, thoát nước ở đế và các điều khoản cách ly để bảo trì. Các điểm giám sát phải bao gồm áp suất đầu vào và đầu ra tối thiểu, chênh lệch áp suất, tốc độ dòng chảy, dòng điện động cơ, độ rung và nhiệt độ ổ trục hoặc động cơ; dữ liệu từ các điểm quan trọng phải được tích hợp vào BMS hoặc DCIM. Thay vì chỉ lắp đặt thêm cảm biến, điều quan trọng hơn là thiết lập ngưỡng cảnh báo, đường cơ sở của xu hướng và giao thức ứng phó, cho phép nhân viên vận hành và bảo trì phân biệt giữa các vấn đề như tắc nghẽn bộ lọc, dị thường của van, rủi ro tạo bọt và xuống cấp thiết bị.

Trong đánh giá thương mại B2B, chi phí nên được chia thành thiết bị, lắp đặt và vận hành, mức tiêu thụ điện năng, bảo trì theo lịch trình, phụ tùng thay thế, tổn thất do thời gian ngừng hoạt động và mở rộng công suất hoặc trang bị thêm. Đối với các trạm bơm hoạt động quanh năm-, mức tiêu thụ điện năng và nguy cơ ngừng hoạt động thường cần được chú ý nhiều hơn so với chênh lệch giá ban đầu. Do đó, nhà cung cấp cần phải cung cấp đường cong hiệu suất, phạm vi hoạt động cho phép, dữ liệu hiệu quả, thông số kỹ thuật về độ rung và tiếng ồn, chi tiết về vật liệu và lớp đệm kín, danh sách phụ tùng thay thế và cam kết đáp ứng dịch vụ, cũng như xác định rõ ràng cơ chế chấp nhận và khắc phục đối với các trường hợp hiệu suất sai lệch so với giá trị được đảm bảo.

Đầu tiên, hãy xác định rõ ràng ranh giới thiết kế.
Các tham số đầu vào tối thiểu phải bao gồm: tải CNTT hiện tại và cuối cùng; nhiệt độ cung cấp và trở lại; chênh lệch nhiệt độ thiết kế; lưu lượng từng nhánh; giảm áp của mạch quan trọng nhất; giới hạn áp suất cho phép đối với thiết bị và đường ống; và yêu cầu về thành phần chất lỏng và chất lượng nước. Tốc độ dòng chảy thường được xác định bởi tải nhiệt và chênh lệch nhiệt độ, trong khi đầu bơm phải được tính toán dựa trên điện trở thực tế của đường ống, van, bộ trao đổi nhiệt và thiết bị đầu cuối. Không nên sử dụng chiều cao của tòa nhà làm đại diện đơn giản cho người đứng đầu một hệ thống-vòng khép kín, cũng như không nên tổng hợp những điều không chắc chắn một cách máy móc thành hệ số an toàn quá cao.

Thứ hai, đảm bảo các điểm vận hành bao trùm được cấu hình tải thực tế.
Đánh dấu các điều kiện vận hành tối thiểu, điển hình và cao điểm trên đường cong của máy bơm; xác minh rằng các điểm này nằm trong phạm vi hoạt động liên tục cho phép của nhà sản xuất; và đánh giá Đầu hút thực dương (NPSH). Hoạt động-tần số thấp đòi hỏi phải chú ý đến khả năng tản nhiệt của động cơ, tốc độ dòng chảy tối thiểu, độ ổn định của bộ điều khiển và sự cộng hưởng cơ học. Đối với cấu hình máy bơm song song, hãy phân tích các điểm vận hành và hiệu suất cho các kịch bản-bơm đơn,{4}}bơm kép và nhiều-bơm. Cài đặt biến tần (VFD) phải phù hợp với vị trí cảm biến chênh lệch áp suất; đặt cảm biến quá gần máy bơm có thể dẫn đến chênh lệch áp suất đầu cuối quá mức và tiêu thụ năng lượng không cần thiết.

Thứ ba, căn chỉnh vật liệu và vòng đệm phù hợp với chất lượng nước.
Các bộ phận được làm ướt bằng thép không gỉ thường nâng cao độ sạch và khả năng chống ăn mòn, nhưng lựa chọn cuối cùng phải tính đến nồng độ ion clorua, nồng độ glycol (ethylene hoặc propylene), giá trị pH, nhiệt độ vận hành và phương pháp nước bổ sung. Vật liệu dành cho phốt cơ khí và vòng chữ O{1}}cũng như điều kiện bôi trơn phải tương thích với môi trường chất lỏng. Nếu hệ thống rất nhạy cảm với các hạt, hãy lắp đặt bộ lọc thích hợp ở đầu nguồn của máy bơm và theo dõi chênh lệch áp suất để tránh chẩn đoán sai các vấn đề tắc nghẽn do công suất bơm không đủ.

Thứ tư, đảm bảo các chiến lược kiểm soát có thể kiểm chứng được.
Xác định các chế độ vận hành cụ thể, chẳng hạn như vận hành bình thường, tải thấp, mở rộng hệ thống,-lỗi bơm đơn, lỗi cảm biến, khôi phục nguồn điện và chế độ cháy/khẩn cấp. Logic điều khiển phải kết hợp khởi động mềm, dàn máy bơm (chuyển đổi số lượng máy bơm đang hoạt động), chống-đi theo chu kỳ (ngăn chặn việc khởi động/dừng thường xuyên), cân bằng thời gian chạy, bảo vệ lưu lượng tối thiểu và tự-kiểm tra định kỳ máy bơm dự phòng. Khi giao hàng, việc xác minh không chỉ đơn giản là xác nhận hoạt động của máy bơm; nó cũng phải xác nhận thời gian phục hồi chênh lệch áp suất, phạm vi dao động, báo cáo cảnh báo và khả năng ghi đè thủ công trong nhiều tình huống khác nhau.

Quan niệm sai lầm 1: Chỉ so sánh giá mua. Việc bỏ qua các yếu tố như mức tiêu thụ điện năng, tổn thất do thời gian ngừng hoạt động và thời gian cung cấp phụ tùng thay thế có thể biến thiết bị-có chi phí thấp thành tài sản có chi phí-cao.

Quan niệm sai lầm 2: Áp dụng giới hạn an toàn quá mức dựa trên điều kiện hoạt động cao điểm. Điều này khiến điểm vận hành luôn lệch khỏi vùng hiệu suất-cao, dẫn đến tiếng ồn, độ rung, tổn thất điều tiết và khả năng điều khiển không ổn định.

Quan niệm sai lầm 3: Đánh đồng "N+1" với tính sẵn sàng cao. Nếu các bộ phận như cảm biến, bộ điều khiển, hệ thống phân phối điện hoặc đường ống chung vẫn còn một điểm lỗi duy nhất thì sự dư thừa chỉ tồn tại trên giấy tờ.

Quan niệm sai lầm 4: Giả sử bộ điều khiển tần số thay đổi (VFD) tự động đảm bảo tiết kiệm năng lượng. Mức tiết kiệm thực tế phụ thuộc vào đặc tính điện trở của hệ thống, điểm đặt, vị trí cảm biến và hoạt động phối hợp của nhiều bộ phận.

Quan niệm sai lầm 5: Coi việc chấp nhận thiết bị là chấp nhận hệ thống. Thông số kỹ thuật về hiệu suất đáp ứng máy bơm riêng lẻ không đảm bảo nó có thể đáp ứng-nhu cầu của người dùng cuối trong mạng lưới đường ống thực tế hoặc trong các tình huống chuyển đổi dự phòng.

Đối với các trung tâm dữ liệu được làm mát bằng chất lỏng-quy mô lớn, giá trị cốt lõi của máy bơm ly tâm trục đứng nhiều tầng nằm ở khả năng cung cấp áp suất chênh lệch ổn định với kích thước nhỏ gọn, đồng thời thích ứng với sự biến động của tải thông qua cấu hình máy bơm song song và điều khiển tần số{2}}biến thiên. Tuy nhiên, thứ mà khách hàng bên B{4}}cuối cùng mua không chỉ đơn thuần là "tốc độ dòng chảy và cột áp" mà còn là khả năng làm mát mang lại hiệu suất ổn định qua nhiều năm hoạt động.

Một giải pháp hoàn thiện phải đáp ứng bốn yêu cầu chính: duy trì khả năng làm mát cho các tải trọng tới hạn bất chấp bất kỳ điểm hỏng hóc nào; duy trì hiệu quả hợp lý trên các cấu hình tải thực tế; giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động để trang bị thêm trong quá trình mở rộng công suất theo từng giai đoạn; và cho phép định vị và phục hồi lỗi nhanh chóng khi xảy ra hiện tượng bất thường. Chỉ bằng cách kết hợp các mục tiêu này vào thông số kỹ thuật thiết kế, điều khoản mua sắm, giao thức vận hành tích hợp và đường cơ sở O&M thì máy bơm ly tâm thẳng đứng nhiều tầng mới có thể phát triển từ một thiết bị đơn thuần thành tài sản đáng tin cậy hỗ trợ sự phát triển ổn định của hoạt động điện toán.