Julkaisut ja oppaat » Artikkelit » TCS ja FWS: datakeskuksen jäähdytyspiirien rakenne ja toimitusrajat

TCS ja FWS: datakeskuksen jäähdytyspiirien rakenne ja toimitusrajat

 

Nestejäähdytetty datakeskus rakentuu kahdesta piiristä, jotka kohtaavat CDU-yksikössä. Palvelinpiiri eli TCS (Technology Cooling System) kulkee CDU:lta räkkeihin ja kylmälevyihin. Laitospiiri eli FWS (Facility Water System) kulkee CDU:lta lämmön poistoon eli kuivajäähdyttimille, jäähdytyskoneille tai lämmön talteenottoon.

Jako ei ole tekninen yksityiskohta, vaan koko laitoksen rakenteellinen perusratkaisu. Se määrää nestevalinnat, materiaalit, paineet, redundanssin ja sen, kuka toimittaa mitäkin. Tämä artikkeli käy läpi molemmat piirit ja niiden rajapinnan. 


Miksi piirit erotetaan?

Erottelun syy on se, että piirien vaatimukset ovat yhteensopimattomat.

Palvelinpiiri on pieni, suljettu ja ahdas. Sen neste kulkee kylmälevyjen kapeiden virtauskanavien läpi, joten puhtausvaatimus on tiukka ja sallittu paine matala. Laitospiiri taas on suuri, se ulottuu ulos asti, ja sen olosuhteet vaihtelevat ulkolämpötilan mukana. Sen vedenlaatu riippuu paikallisista olosuhteista ja lämmön poiston toteutuksesta.

Jos piirit yhdistettäisiin, laitospiirin paine, epäpuhtaudet ja lämpötilan vaihtelu siirtyisivät suoraan palvelimiin. CDU on siis ennen kaikkea erotin, ja vasta toissijaisesti lämmönsiirtolaite. Yksikön toimintaa käsitellään tarkemmin artikkelissa CDU-yksiköt datakeskuksessa.


Piirien erot

Ulottuvuus

  • Palvelinpiiri (TCS): CDU:lta räkkeihin ja kylmälevyihin

  • Laitospiiri (FWS): CDU:lta lämmön poistoon ja talteenottoon

Neste

  • Palvelinpiiri (TCS): Tyypillisesti 25-prosenttinen propyleeniglykoliseos tai ioniton vesi

  • Laitospiiri (FWS): Vesi tai vesi-glykoliseos paikallisten olosuhteiden mukaan

Puhtausvaatimus

  • Palvelinpiiri (TCS): Tiukka, määräytyy kylmälevyjen kanavien mukaan

  • Laitospiiri (FWS): Väljempi, määräytyy lämmönsiirtimen mukaan

Paine

  • Palvelinpiiri (TCS): Pidetään laitospiirin painetta matalampana

  • Laitospiiri (FWS): Korkeampi, määräytyy putkiston ja nostokorkeuden mukaan

Lämpötilaluokitus

  • Palvelinpiiri (TCS): ASHRAE:n S-luokat

  • Laitospiiri (FWS): ASHRAE:n W-luokat

Kuka vastaa

  • Palvelinpiiri (TCS): Usein laitevalmistaja ja CDU-toimittaja

  • Laitospiiri (FWS): Yleensä laitosurakka

 

Lämpötilaluokat ratkaisevat laitoksen talouden


ASHRAE:n TC9.9-työryhmä on määritellyt laitospiirille W-luokat W17, W27, W32, W40, W45 ja W+, joissa numero kertoo menoveden ylärajan celsiusasteina. Laiteperäiselle palvelinpiirille on vastaavat S-luokat.

Luokan valinta on laitoksen tärkein yksittäinen lämpötilapäätös, koska se vaikuttaa kolmeen asiaan yhtä aikaa. Mitä korkeampi sallittu menovesi, sitä suuremman osan vuodesta laitos pärjää vapaajäähdytyksellä, sitä arvokkaampaa talteen otettu lämpö on ja sitä pienempi tarve on mekaaniselle jäähdytykselle.

Yläraja tulee kuitenkin laitevalmistajan vaatimuksista, ei suunnittelijan toiveista. Luokka on siis sovittava laitetoimittajan kanssa hankkeen alussa. Tähän liittyy myös lämmönsiirtimen asteisuus: palvelinpiirin menolämpötila ei voi olla laitospiirin menolämpötilaa alempi, ja väliin jää muutaman asteen ero. Jos laitteet vaativat 32 asteen menoveden ja asteisuus on kolme astetta, laitospiirin on tuotava vettä enintään 29 asteessa.


Redundanssi kummassakin piirissä

Redundanssi on suunniteltava piirikohtaisesti, ja tässä tehdään tavallinen ajatusvirhe. CDU-yksikön sisäinen pumppuredundanssi suojaa pumpun vialta, mutta se ei suojaa yksikön vialta. Jos yksi CDU palvelee useaa räkkiriviä, sen vikaantuminen pysäyttää ne kaikki riippumatta siitä, montako pumppua yksikön sisällä on.

Ratkaistavia kysymyksiä ovat:

  • mitä yksittäinen vika saa pysäyttää ja kuinka pitkäksi aikaa

  • onko redundanssi N+1 vai 2N kummassakin piirissä

  • voidaanko yksittäinen CDU tai piirin osa erottaa huoltoa varten salia pysäyttämättä

  • riittääkö laitospiirin kapasiteetti, jos yksi kuivajäähdytin on poissa käytöstä kesähelteellä

  • kestääkö automaatio ja sähkönsyöttö saman vikatilanteen kuin mekaniikka

Näistä viimeinen on se, joka jää useimmin tarkistamatta. Mekaanisesti redundantti järjestelmä ei ole redundantti, jos molemmat pumput saavat sähkönsä samasta keskuksesta tai ohjauksensa samasta säätimestä.

Erotusventtiilit ansaitsevat oman huomionsa. Huollettavuus käytön aikana ratkaistaan sillä, mitä voidaan sulkea pois ilman että sali pysähtyy, ja se päätetään putkistosuunnittelussa. Jälkikäteen lisätty erotusventtiili edellyttää piirin tyhjentämistä.


Toimitusrajat

Toimitusraja tarkoittaa sitä kohtaa, jossa yhden toimittajan vastuu päättyy ja toisen alkaa. Nestejäähdytetyssä salissa rajoja on poikkeuksellisen monta, koska samaan piiriin osallistuu laitevalmistaja, CDU-toimittaja, putkiurakoitsija ja laitosurakka.

Tyypillinen jako on, että laitevalmistaja toimittaa kylmälevyt, räkin jakotukit ja letkut, CDU-toimittaja yksikön, putkiurakoitsija salin putkiston ja laitosurakka lämmön poiston. Rajat eivät kuitenkaan ole vakio, ja juuri siksi ne on kirjattava.

Käytännössä nämä kysymykset kannattaa ratkaista ennen tarjouspyyntöjä:

  • missä fyysisessä pisteessä kunkin toimittajan vastuu alkaa ja päättyy

  • kuka määrittelee nestespesifikaation ja kuka hankkii nesteen

  • kuka huuhtelee piirin ja kuka todentaa puhtauden ennen kylmälevyjen kytkentää

  • kuka täyttää piirin ja vastaa ilmanpoistosta

  • kuka tekee piirien tasapainotuksen ja virtausten todentamisen

  • kenen hyväksyntä riittää siirtymiseen käyttöönoton seuraavaan vaiheeseen

  • miten takuu jakautuu, jos vika johtuu nesteestä tai epäpuhtaudesta

Huuhtelu ja puhtauden todentaminen ovat näistä kriittisimmät, koska niiden laiminlyönti vaurioittaa toisen toimittajan laitetta. Vesikemian vaatimuksia käsitellään artikkelissa nestejäähdytyksen vesikemia, suodatus ja materiaaliyhteensopivuus ja käyttöönoton vaiheita artikkelissa datakeskuksen jäähdytyksen käyttöönotto ja luovutus.


Yleisimmät ongelmat

Lämpötilaluokka päätetään ilman laitetoimittajaa. Suunnittelu etenee oletuksella, ja laitevaatimus tulee vastaan vasta kun putkisto on jo mitoitettu.

Redundanssi suunnitellaan vain mekaniikalle. Sähkönsyöttö ja automaatio jäävät yhteiseksi vikapisteeksi.

Erotusventtiilit karsitaan säästösyistä. Säästö on pieni ja se maksetaan takaisin ensimmäisessä huollossa.

Toimitusrajat sovitaan suullisesti. Ne pitävät siihen asti, kunnes jokin menee rikki.

Puhtausvastuu jää määrittelemättä. Kaikki olettavat jonkun muun huuhdelleen piirin.

 

Mitä tietoja ostaja tarvitsee?

 

Toimitusrajakatselmukseen kannattaa tuoda P&ID, laiteluettelo, urakkarajat, IT-valmistajan vaatimukset ja testiohjelma. Finkova voi osallistua toteutus- ja käyttöönottorajojen täsmentämiseen oman toimituslaajuutensa osalta.

 

Jäähdytyspiirit Finkovalta

Finkova tarjoaa datakeskusten jäähdytysjärjestelmien asennus- ja käyttöönottotyötä sekä prosessiteknisiä laitteita, mittausta ja elinkaaripalveluja Suomessa. Hankkeen toimituslaajuus, laitevalmistajan vaatimukset ja hyväksyntävastuut sovitaan erikseen.

Pyydä Finkovalta omaan hankkeeseesi rajattu toteutus- ja käyttöönottokeskustelu. Lähetä yhteydenoton mukana yllä mainitut lähtötiedot, jotta ratkaisu voidaan arvioida käytännön tasolla.

Samalta toimittajalta hoituvat myös piireihin tarvittavat venttiilit,  pumput, virtaus- ja energiamittaus sekä kunnonvalvonta.

Jos hankkeessanne ollaan määrittelemässä piirien rakennetta tai toimitusrajoja, ne kannattaa käydä läpi ennen tarjouspyyntöjä. Toimitusraja, joka sovitaan vasta työmaalla, sovitaan aina jonkun tappioksi. Tutustu myös datakeskuspalveluihimme.

Ota yhteyttä, autamme mielellämme.

Usein kysyttyä

Mitä TCS ja FWS tarkoittavat?

TCS eli Technology Cooling System on palvelinpiiri, joka kulkee CDU-yksiköltä räkkeihin ja kylmälevyihin. FWS eli Facility Water System on laitospiiri, joka kulkee CDU:lta lämmön poistoon eli kuivajäähdyttimille, jäähdytyskoneille tai lämmön talteenottoon. Piirit kohtaavat CDU:ssa.

Miksi jäähdytyspiirit erotetaan toisistaan?

Koska niiden vaatimukset ovat yhteensopimattomat. Palvelinpiiri on pieni ja ahdas, ja sen puhtausvaatimus on tiukka. Laitospiiri on suuri, ulottuu ulos asti, ja sen olosuhteet vaihtelevat. Jos piirit yhdistettäisiin, laitospiirin paine, epäpuhtaudet ja lämpötilan vaihtelu siirtyisivät suoraan palvelimiin.

Mitä nestettä palvelinpiirissä käytetään?

Palvelinpiirissä käytetään tyypillisesti 25-prosenttista propyleeniglykoliseosta tai ionitonta vettä. Nesteen valinta vaikuttaa materiaaleihin, suodatukseen, mittaustekniikkaan ja lämmönsiirtoon. Lopullinen nestespesifikaatio tulee laitevalmistajalta ja nestetoimittajalta, ja se kirjataan hankkeen dokumentaatioon.

Mitä ASHRAE:n S-luokat ovat?

S-luokat kuvaavat laiteperäisen palvelinpiirin lämpötilaolosuhteita samaan tapaan kuin W-luokat kuvaavat laitospiiriä. Luokat on määritellyt ASHRAE:n TC9.9-työryhmä. Palvelinpiirin menolämpötila ei voi olla laitospiirin menolämpötilaa alempi, joten luokat on sovitettava yhteen lämmönsiirtimen asteisuus huomioiden.

Mitä N+1 ja 2N tarkoittavat?

N+1 tarkoittaa, että järjestelmässä on yksi yksikkö enemmän kuin kuorma vaatii, joten yhden vikaantuminen ei pysäytä toimintaa. 2N tarkoittaa, että koko kapasiteetti on kahdennettu. Kumpikaan ei ole viansietoinen, jos kahdennetut laitteet saavat sähkönsä samasta keskuksesta tai ohjauksensa samasta säätimestä.

Mikä on toimitusraja?

Toimitusraja on se kohta, jossa yhden toimittajan vastuu päättyy ja toisen alkaa. Nestejäähdytetyssä salissa rajoja on poikkeuksellisen monta, koska samaan piiriin osallistuvat laitevalmistaja, CDU-toimittaja, putkiurakoitsija ja laitosurakka. Rajat kannattaa kirjata ennen tarjouspyyntöjä.

Kuka huuhtelee nestejäähdytyspiirin?

Tämä on sovittava hankkeessa erikseen, koska vakiovastausta ei ole. Huuhtelu ja puhtauden todentaminen ovat toimitusrajoista kriittisimmät, koska niiden laiminlyönti vaurioittaa toisen toimittajan laitetta. Jos vastuuta ei ole kirjattu, jokainen olettaa jonkun muun huuhdelleen piirin.

Miksi erotusventtiilit ovat tärkeitä?

Huollettavuus käytön aikana ratkaistaan sillä, mitä voidaan sulkea pois ilman että sali pysähtyy, ja se päätetään putkistosuunnittelussa. Jälkikäteen lisätty erotusventtiili edellyttää piirin tyhjentämistä, joten niiden karsiminen säästösyistä maksetaan takaisin ensimmäisessä huollossa.

Kuka päättää lämpötilaluokasta?

Lämpötilaluokan yläraja tulee laitevalmistajan vaatimuksista, joten luokka on sovittava laitetoimittajan kanssa hankkeen alussa. Luokka vaikuttaa vapaajäähdytyksen osuuteen, hukkalämmön arvoon ja mekaanisen jäähdytyksen tarpeeseen, joten se on laitoksen tärkein yksittäinen lämpötilapäätös.

Mitä toimitusrajoista pitää sopia?

Vähintään fyysiset rajapisteet, nestespesifikaatio ja nesteen hankinta, huuhtelu ja puhtauden todentaminen, täyttö ja ilmanpoisto, tasapainotus ja virtausten todentaminen, hyväksyntä käyttöönoton vaiheissa sekä takuun jakautuminen, jos vika johtuu nesteestä tai epäpuhtaudesta.