Befuktning i datacenter

Luftfuktning i datacenter

Användningen av luftbefuktare i datacenter har genomgått stora förändringar under de senaste åren. Från de tidiga datorerna som använde hålkort och behövde luftbefuktning för att bibehålla kortens fysiska egenskaper, till datalagring på magnetband som krävde en viss luftfuktighet för att förhindra att damm och smuts fastnade på rullarna.

I takt med den tekniska utvecklingen har även behovet av luftfuktning i datacenter förändrats. Det främsta skälet till att luftfukta datahallar har varit att motverka elektrostatiska urladdningar (ESD) som kan skada känslig elektronik. Servrarna har dock utvecklats så att risken för skador från ESD minimeras, vilket minskar behovet av luftfuktning i datahallar.

Detta ledde till att ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers) år 2008 ändrade sina rekommenderade riktlinjer för den acceptabla lägsta luftfuktigheten i datacenter. Tidigare angavs en lägsta relativ luftfuktighet på 40 % RH (relativ luftfuktighet), men denna gräns sänktes och mäts nu i daggpunkt istället för relativ luftfuktighet, eftersom studier visat att den absoluta luftfuktigheten har större inverkan på ESD. Den nya rekommenderade nedre gränsen är en linje som sträcker sig från 18 °C torrtemperatur och 5,5 °C daggpunktstemperatur till 27 °C torrtemperatur och 5,5 °C daggpunktstemperatur. Inom detta intervall av torrtemperaturer och en daggpunkt på 5,5 °C varierar den rekommenderade relativa luftfuktigheten mellan cirka 25 % och 45 %.

Sänkningen av den rekommenderade lägsta luftfuktigheten har lett till färre timmar per år då befuktning (och den därmed förknippade energianvändningen) för att motverka ESD är nödvändig. Befuktning behövs dock fortfarande under vintermånaderna, då kalla utetemperaturer leder till mycket låg luftfuktighet inomhus och ökar de potentiella riskerna med ESD.

Traditionellt har elektrodångbefuktare, inbyggda i CRAC-enheterna (Computer Room Air Conditioning), använts för att motverka ESD i datacenter. Denna typ av luftbefuktare har dock hög energiförbrukning och stora underhållskrav, vilket ger höga totala driftskostnader. På senare tid har energisnåla kallvattenluftbefuktare använts i innovativa energibesparingsstrategier.

Till exempel använde Fujitsus datacenter i norra London år 2008 luftbefuktare för att förebygga ESD genom att förvärma den kalla, mättade friskluften till 30 °C med värme som återvunnits från datahallarna. Genom att värma den inkommande luften kunde den ta upp mer fukt, och efter befuktning med den energisnåla JetSpray-luftbefuktaren återfördes den till en rumstemperatur på 17 °C vid en optimal relativ luftfuktighet på 50 % ±10 %. Energikostnadsbesparingen genom att använda en JetSpray-luftbefuktare i kombination med värmeåtervinning, jämfört med en ångbefuktare, uppgick till cirka 35 000 pund per år.

Ändringen i ASHRAE:s riktlinjer för klimatkontroll innebar en utvidgning av det rekommenderade temperaturintervallet, från 20–25 °C till 18–27 °C, samt en höjning av den maximala luftfuktigheten från 55 % relativ luftfuktighet till 69 % relativ luftfuktighet och en daggpunkt på 15 °C. Denna uppmjukning av riktlinjerna gjorde användningen av energisnåla system för ”fri luftkylning” mer praktiskt genomförbar i datacentermiljöer. Frisk luft som tas in från utsidan används för kylning istället för kompressordrivna CRAC-enheter. I det brittiska klimatet kan denna typ av kylning upprätthålla en datahallsmiljö på de rekommenderade nivåerna under cirka 70 % av året.

Parallellt med användningen av friluftskylningssystem fick befuktning en annan roll inom datacentermiljön. En kallvattenluftbefuktare ger cirka 680 W kylning för varje 1 kg fukt som den fördunstar och kan drivas med så lite som 550 W samtidigt som den tillför upp till 840 kg/tim. Genom att komplettera friluftskylningssystemen med evaporativ kylning från kallvattenluftbefuktare kan användningen av friluftskylningssystemen utökas från 70 % av året till 95 %, vilket minskar beroendet av kompressordriven kylning till endast 5 % av året – de allra hetaste dagarna.

Det finns två typer av evaporativ kylning med kallvattenluftbefuktare – direkt och indirekt. Vid direkt evaporativ kylning tillför luftbefuktaren fukt till den inkommande luften, vilket ökar luftfuktigheten samtidigt som temperaturen sänks. Indirekt evaporativ kylning innebär att luftbefuktaren arbetar med frånluften. Innan luften släpps ut befuktas och kyls den, för att sedan ledas genom en värmeåtervinning som överför den kalla värmeenergin till den inkommande luften. Detta kyler den inkommande luften utan att tillföra ytterligare fukt.

Kompletta luftbehandlingsaggregat med värmeåtervinning börjar nu tillverkas med denna typ av innovativ indirekt evaporativ kylning inbyggd. Luftbehandlingsaggregatet leder returluften genom en evaporativ luftbefuktare, vilket befuktar luften och kyler den med flera grader. Luftbehandlingsaggregatets enhet för värmeåtervinning överför sedan en del av detta temperaturfall till den inkommande friskluften, vilket minskar belastningen på energikrävande kylaggregat. Andra kompakta luftbehandlingsaggregat som använder luftbefuktare för direkt evaporativ kylning har kunnat uppnå en kylning på upp till 12 °C från befuktaren vid användning i datacentermiljöer i varma klimat.

Effektiviteten hos ett datacenter mäts i det som kallas Power Usage Effectiveness (PUE), vilket är ett förhållande mellan den energi som förbrukas av servrarna jämfört med energiförbrukningen hos andra tjänster såsom belysning, kylutrustning etc. Om ett datacenter har ett PUE-värde på 2,0 innebär det att för varje kW som används av servrarna används ytterligare en kW av de andra tjänsterna inom datacentret. Idealt sett bör PUE ligga så nära 1,0 som möjligt. De reviderade ASHRAE-riktlinjerna och den därpå följande användningen av friluftkylning har lett till att många moderna datacenter byggs med ett kraftigt reducerat PUE-värde.

Även om de reviderade riktlinjerna har minskat behovet av luftfuktning för att motverka ESD, har användningen av luftbefuktare i datacenter faktiskt ökat som en följd av detta. Energisnåla kallvattenluftbefuktare ger inte bara energieffektivitet i fråga om befuktning under de kalla vintermånaderna, utan bidrar också till att sänka PUE under de varmare månaderna när friluftkylning ensam inte ger tillräcklig kylning för att tillgodose behovet.