Datakeskuksen jäähdytysjärjestelmästä puhutaan kilowatteina, mutta kilowatteja ei mitata suoraan. Ne lasketaan virtauksesta ja lämpötilaerosta. Siksi mittaus ei ole jäähdytysjärjestelmän lisävaruste, vaan se, minkä varassa koko suorituskyvystä käytävä keskustelu käydään.
Mittausta tarvitaan kolmeen eri tarkoitukseen, ja ne asettavat erilaiset vaatimukset. Käyttöönotossa todennetaan, että jokainen piiri saa suunnitellun virtauksen. Käytön aikana seurataan energiankulutusta ja hyötysuhdetta. Kolmanneksi mitataan kaupallisesti, kun hukkalämpöä myydään kaukolämpöverkkoon tai kun laitoksen tunnuslukuja raportoidaan viranomaiselle. Tämä artikkeli käy läpi, miten nämä toteutetaan. Kokonaisuuteen voit tutustua datakeskuksen jäähdytyksen kattavassa oppaassa.
Mitä mitataan ja mistä
Siirretty teho saadaan virtauksen, lämpötilaeron ja nesteen ominaislämpökapasiteetin tulona. Käytännössä tämä tarkoittaa, että jokaisessa mittauspisteessä tarvitaan virtausmittaus ja kaksi lämpötilamittausta.
Tyypilliset mittauspisteet nestejäähdytetyssä laitoksessa ovat:
-
laitospiirin kokonaisvirtaus ja lämpötilat CDU-yksiköiden ensiöpuolella
-
palvelinpiirin virtaus CDU:n toisiopuolella
-
räkkirivikohtaiset jakotukit palvelinpiirissä
-
lämmönpoisto eli kuivajäähdyttimien ja jäähdytyskoneiden piirit
-
lämmön talteenoton piiri ja luovutus kaukolämpöverkkoon
-
lisä- ja täydennysvesi
Näistä räkkirivikohtainen mittaus ja lisävesi jäävät useimmin pois. Molemmat ovat kuitenkin niitä, jotka kertovat eniten. Rivikohtainen virtaus paljastaa epätasapainon ennen kuin se näkyy lämpötiloissa, ja lisäveden kulutus paljastaa vuodon ennen kuin se näkyy lattialla.
Mittaustekniikat ja niiden soveltuvuus
| Tekniikka | Kuvaus ja käyttökohteet |
|---|---|
| Clamp-on-ultraäänimittari, kannettava | Mittaa putken ulkopuolelta ilman asennusta tai prosessin keskeytystä. Soveltuu käyttöönoton todentamiseen, piirien tasapainotukseen ja kiinteiden mittarien tarkistamiseen. |
| Clamp-on-ultraäänimittari, kiinteä | Mahdollistaa jatkuvan mittauksen ilman painehäviötä ja liikkuvia osia. Soveltuu pysyvään energianseurantaan sekä jälkiasennuksiin olemassa oleviin piireihin. |
| Linjaan asennettava ultraäänimittari | Tarjoaa tarkan jatkuvan mittauksen, kun putkisto voidaan rakentaa mittarin ympärille. Sopii uusiin asennuksiin, joissa tarkkuusvaatimus on korkea. |
| Magneettinen virtausmittari | Tarjoaa tarkan mittauksen sähköä johtaville nesteille. Soveltuu laitospiireihin ja vesikiertoisiin järjestelmiin, mutta ei ionittomalle vedelle. |
| Lämpöenergiamittari | Laskee siirretyn energian virtauksen ja lämpötilaeron perusteella. Soveltuu lämmön talteenottoon, energianseurantaan ja kaupalliseen mittaukseen. |
Nestejäähdytetyssä datakeskuksessa on kaksi tekniikkavalintaan vaikuttavaa erityispiirrettä.
Palvelinpiirin neste ei välttämättä johda sähköä. Jos piirissä on ionitonta vettä, magneettinen virtausmittaus ei toimi lainkaan, koska se perustuu johtavuuteen. Tällöin vaihtoehdoiksi jäävät ultraäänimittaus ja Coriolis-mittaus. Glykoliseoksissa johtavuus on korkeampi, mutta se on silti tarkistettava eikä oletettava.
Glykoli muuttaa laskennan. Glykolipitoisuus vaikuttaa sekä äänennopeuteen että ominaislämpökapasiteettiin. Jos mittari on konfiguroitu vedelle, mutta piirissä kiertää 25-prosenttinen propyleeniglykoliseos, sekä virtaus- että tehomittaus näyttävät väärin. Nesteen ominaisuudet kuuluvat siis mittarin konfigurointiin, ja ne on päivitettävä, jos nesteen koostumus muuttuu.
Clamp-on-mittaus käyttöönotossa
Käyttöönotossa mitataan kymmeniä pisteitä kerran. Kiinteän mittarin asentaminen jokaiseen niistä olisi kohtuutonta, joten työ tehdään kannettavalla clamp-on-ultraäänimittarilla.
Menetelmän etu on siinä, mitä sen ei tarvitse tehdä. Putkea ei katkaista, piiriä ei avata, painehäviötä ei synny eikä mittaus edellytä tuotannon keskeytystä. Sama laite kiertää kaikki mittauspisteet, ja samalla sillä tarkistetaan kiinteiden mittarien näyttämät. Juuri tämä ristiintarkistus on käyttöönoton arvokkain yksittäinen mittaus, koska se erottaa mittausvirheen prosessivirheestä.
Mittaustekniikoiden eroja käsitellään laajemmin virtausmittareiden kattavassa oppaassa, ja tuotevaihtoehtoihin voit tutustua [virtausmittarivalikoimassamme.
Lämpöenergiamittaus
Lämpöenergiamittari koostuu kolmesta osasta: virtausmittarista, yhteen sovitetusta lämpötila-anturiparista ja laskimesta, joka laskee näistä siirretyn energian. Eurooppalainen tuotestandardi on EN 1434, ja kaupallisessa käytössä mittarilta edellytetään tyypillisesti mittauslaitedirektiivin 2014/32/EU mukaista tyyppihyväksyntää.
Tässä on yksi kohta, joka kannattaa selvittää ajoissa. Lämpöenergiamittari hyväksytään lämmön mittaukseen, mutta kaikissa Euroopan maissa sitä ei ole hyväksytty käytettäväksi jäähdytyksen kaupalliseen mittaukseen. Laitoksen sisäiseen energianseurantaan sitä voi käyttää vapaasti, mutta jos mittausta käytetään laskutuksen perusteena, vaatimukset tulevat ostajalta ja paikallisesta lainsäädännöstä. Suomessa kaukolämmön ja kaukojäähdytyksen mittausta käsittelee Energiateollisuus ry:n suositus K13/2022, ja se on luontevin lähtökohta silloin, kun hukkalämpöä myydään verkkoon.
Lämpöenergiamittauksessa lämpötila-anturit ovat tarkkuuden kannalta tärkeämmät kuin virtausmittari, ja tämä yllättää usein. Syy on lämpötilaerossa. Jos lämpötilaero on 20 astetta, 0,1 asteen anturivirhe aiheuttaa noin 0,5 prosentin virheen tehoon. Jos lämpötilaero on viisi astetta, sama anturivirhe aiheuttaa noin kahden prosentin virheen. Nestejäähdytyksessä lämpötilaerot ovat usein pieniä, joten anturipari ja sen asennus ratkaisevat mittauksen laadun.
Mikä pilaa mittauksen käytännössä
Riittämätön suora putkiosuus. Mutka, venttiili tai pumppu juuri ennen mittaria vääristää virtausprofiilin. Nyrkkisääntönä tarvitaan noin kymmenen putkihalkaisijaa suoraa putkea ennen mittaria ja viisi sen jälkeen, mutta tarkka vaatimus tulee mittarin valmistajalta. Tämä on tavallisin syy siihen, miksi kaksi mittaria samassa piirissä näyttävät eri lukemaa.
Ilma piirissä. Ultraäänimittaus perustuu äänen kulkuun nesteessä, ja ilmakuplat katkaisevat signaalin. Epävakaa lukema on usein merkki ilmasta eikä mittarin viasta.
Putken kunto clamp-on-asennuksessa. Mittaus tapahtuu putken seinämän läpi, joten pinnoite, korroosio tai putken sisäpuolinen kerrostuma vaikuttaa tulokseen. Asennuskohdan pinta on puhdistettava ja putken todellinen seinämänpaksuus syötettävä mittariin.
Anturien sijoitus ja eristys. Jos lämpötila-anturi on väärässä kohdassa tai eristys on puutteellinen, se mittaa osittain ympäristön lämpötilaa. Pienillä lämpötilaeroilla tämä riittää pilaamaan koko energiamittauksen.
Kalibrointi unohtuu. Mittarit ajautuvat hitaasti, eikä ajautuminen näy mistään, ellei sitä tarkisteta. Kalibrointiväli kannattaa kirjata huolto-ohjelmaan jo käyttöönotossa.
Mittaus ja raportointivelvoite
EU:n energiatehokkuusdirektiivi velvoittaa vähintään 500 kW:n IT-teholla toimivat datakeskukset raportoimaan vuosittain energiatehokkuustietonsa, ja raportoitaviin tunnuslukuihin kuuluvat PUE, WUE ja ERF. Nämä luvut lasketaan mittaustuloksista, joten mittausrajat eli se, mitä kukin mittari kattaa, on päätettävä suunnitteluvaiheessa.
Käytännön sudenkuoppa on, että mittaus rakennetaan laitoksen ohjausta varten, mutta ei raportointia varten. Ohjaukseen riittää suuntaa antava lukema, raportointiin ei.
Käyttöönotossa mitattu lähtötaso on tässäkin keskeinen. Piirikohtaiset virtaukset, lämpötilaerot ja energiamittarien lukemat luovutushetkellä ovat se vertailukohta, johon laitoksen myöhempää suorituskykyä verrataan.
Virtaus- ja energiamittaus Finkovalta
Mittaus on Finkovan ydinosaamista datakeskusten ulkopuolellakin. Toimitamme virtausmittarit, teemme käyttöönoton mittaukset ja piirien tasapainotuksen sekä huolehdimme kalibroinnista osana elinkaaripalveluitamme. Samalta toimittajalta hoituvat myös piirien ympärille tarvittavat venttiilit, pumput ja kunnonvalvonta
Jos hankkeessanne ollaan määrittelemässä mittauspisteitä tai raportoinnin mittausrajoja, ne kannattaa käydä läpi ennen kuin putkisto on suunniteltu valmiiksi. Jälkikäteen lisätty mittauspiste maksaa moninkertaisesti sen, mitä se olisi maksanut suunnitteluvaiheessa. Tutustu myös datakeskuspalveluihimme.
Ota yhteyttä, autamme mielellämme.