Poptávka po elektrické energii se globálně neustále zvyšuje. Jedním z důvodů, zejména v posledních letech, je rostoucí tlak na snižování emisí v průmyslu, dopravě i dalších oblastech. Omezené výrobní kapacity elektřiny pak vedou k nárůstu její prodejní ceny. Důraz na úspory energií a vyšší efektivitu provozu je proto kladen i v oblasti technologií datových center.
Držet krok s technologickými inovacemi v oblasti datových center vyžaduje značné úsilí, specifické know-how a zkušenosti. V Altronu se snažíme udávat trendy i v této oblasti. K realizaci projektů přistupujeme inovativně a s využitím nejmodernějších technologií, příkladem může být výstavba nového datového centra pro Seznam.cz v Benátkách nad Jizerou – DC Nagoja, které bylo úspěšně spuštěno letos v březnu.
Začněme ale pěkně od začátku. Nejprve jsme si museli říci, co od nového datacentra očekáváme z hlediska provozně-technických vlastností a jaké jsou nároky na jeho energetickou efektivitu. Od toho se dále odvíjela skladba jednotlivých systémů a použitých technologií. Následně bylo třeba dát dohromady týmy expertů pro každou odbornou oblast, ať už z vlastních řad Altronu, nebo z partnerských firem, které s námi na celém projektu spolupracovaly. A tak se zrodila skupina Altron Innovation Lab, jejímž hlavním úkolem je právě vývoj nových technologií pro provoz datových center.
Kromě samotných IT zařízení spotřebovává v každém datovém centru nemalou část elektřiny také systém chlazení datových sálů. Provoz konvenčních klimatizačních jednotek, využívajících kompresorové chlazení vzduchu, je energeticky velmi náročný. Proto jsme se zde rozhodli implementovat sofistikovaný systém chlazení založený na technologii tzv. přímého free-coolingu. Systém je tvořen pěti samostatnými jednotkami, a jako celek je schopen dodávat řádově stovky tisíc m3 vzduchu za hodinu. Vstupní vzduch je vháněn soustavou ventilátorů a ochlazován za pomoci adiabatického chlazení, tedy zkrápěním vodní mlhou. V kombinaci s velkým objemem vzduchu, cirkulujícího prostorem datového sálu, se tento systém i v horkých letních dnech ukázal v našich klimatických podmínkách jako dostatečně účinný. Vzduch lze takto zchladit i o více než 10 °C, což je z hlediska provozních podmínek vyhovující – teplota vstupního vzduchu se i během léta pohybuje v maximech do 26 °C. Od podzimu do jara pak systém funguje v režimu směšování chladného venkovního vzduchu s ohřátým výstupním vzduchem. Takto lze pohodlně dosahovat stanovené teploty na vstupu při současném snížení energetické náročnosti. Výzvu pro nás představovalo mimo jiné i zohlednění rosného bodu a minimalizace hrozby kondenzace vlhkosti na chladných částech konstrukce budovy uvnitř datového sálu. Přesným stanovením a propočtem teplotních a vlhkostních limitů vstupního vzduchu v průběhu roku jsme však toto riziko úspěšně eliminovali.
Další zajímavostí námi užívaného systému chlazení je, že pro rozprašování vodní mlhy využíváme jako zdroj zásobní nádrž na dešťovou vodu o objemu 300 m3. V horkých letních dnech systém pro chlazení spotřebuje řádově jednotky m3 této tzv. šedé vody denně, objem nádrže tak pokryje celou letní sezonu. Voda před použitím samozřejmě prochází pískovými filtry, kde je zbavena mechanických nečistot, a UV lampami, které zlikvidují přítomné bakterie. Celý systém chlazení je tak efektivní nejen ekonomicky, ale i z ekologického hlediska, protože nedochází ke zbytečnému plýtvání pitnou vodou.
V datovém centru Nagoja jsou přítomny celkem dvě rozvodny nízkého napětí, každá o dvou napájecích větvích s vlastní UPS zálohou a vlastním motorgenerátorem o výkonu 1500 kW. UPS se spolu s dalšími silovými prvky nacházejí v prostoru rozvoden, a proto se i zde musíme vypořádat se značným množstvím tepla, které je třeba odvádět pryč a rozvodny chladit. Na druhou stranu, samotné motorgenerátory potřebují pro zajištění spolehlivého startu předehřev bloku motoru na cca 45 °C. To lze zajistit elektrickými topnými tělesy, které však představují spotřebu okolo 6 kW pro každý motor. I to byl důvod, proč jsme se v Altronu rozhodli vybudovat systém zpětného získávání tepla z obou rozvoden a využívat ho k předehřevu všech čtyř motorů. Za tímto účelem bylo do DC Nagoja nainstalováno tepelné čerpadlo voda-voda se dvěma vodními okruhy a s vlastní zásobní nádrží pro každý z nich. Spotřeba elektřiny tohoto celku se pohybuje v obvyklých podmínkách mezi 4 až 5 kW, což je jen zlomek toho, co by spotřeboval předehřev elektrický.
Všechny tyto technologie osazené v datovém centru Nagoja samozřejmě vyžadují robustní a inteligentní systém řízení. Pod taktovkou odborného týmu Altronu tak vznikla nová řídicí platforma Altrix Control Platform, skládající se z moderních HW komponent, virtuálních PLC automatů, pokročilé algoritmizace řídicích procesů, dotykových HMI panelů pro lokální ovládání, a dalších komponent.
Společně s kolegy z Fakulty aplikovaných věd plzeňské ZČU a společnosti REX Controls jsme sestavili potřebné matematické modely a naladili optimální parametry PID regulace celé vzduchotechnické soustavy. Samozřejmostí je také precizní monitoring nově nasazených technologií, máme tak přehled o každém spotřebovaném litru motorové nafty, stavu jednotlivých jističů, chodu čerpadel, přítoku či spotřebě dešťové vody v zásobní nádrži, ale i o veškerých provozních parametrech vzduchotechnických jednotek včetně teplot, vlhkostí a tlakových poměrů na datovém sále.
Výsledkem všech jednotlivých inovací je výjimečná efektivita, kdy se Altronu podařilo dosáhnout vytyčeného cíle – energetický koeficient PUE (Power Usage Effectiveness) se pohybuje pod žádanou hodnotou 1,15 pro celé datové centrum.
autor: Ing. Jakub Prikner (HW & SW Engineer, Altron Innovation Lab)