Wyciszanie centrów danych w erze chłodzenia cieczą

Utrzymanie niskiej temperatury w centrach danych stało się głównym wyzwaniem inżynieryjnym, ponieważ stają się one coraz większe i bardziej wydajne. Każda szafa rack, serwer i system pamięci masowej generuje ciepło, a wraz ze wzrostem zużycia energii, tradycyjne systemy chłodzenia powietrzem osiągają swoje granice. Ta zmiana doprowadziła do znaczącej ewolucji technologicznej, jaką jest chłodzenie cieczą.

W porównaniu z systemami powietrznymi, chłodzenie cieczą przenosi ciepło bezpośrednio przez kanały cieczowe lub zbiorniki zanurzeniowe. Zapewnia to wyższą sprawność cieplną i niższe koszty energii. Jednak, choć ta innowacja rozwiązuje jeden problem, wprowadza kolejny: nowe środowisko akustyczne . Pompy, przepływ cieczy i jednostki dystrybucji chłodziwa zastępują szum wentylatorów brzęczeniem, ciągłymi wibracjami i hałasem ciśnieniowym, które zachowują się inaczej i wymagają nowych strategii izolacji akustycznej .

Ta transformacja, zarówno dla operatorów, jak i projektantów, oznacza gruntowne przemyślenie kwestii kontroli akustycznej. Izolacja akustyczna centrum danych chłodzonego cieczą koncentruje się na zachowaniu równowagi. Sprawność cieplna, dostępność i zarządzanie drganiami muszą ze sobą współgrać, aby stworzyć obiekty ciche i niezawodne każdego dnia.

 

Czym jest chłodzenie cieczą i jak zmienia ono profil akustyczny

 

Chłodzenie cieczą szybko zastępuje tradycyjne chłodzenie powietrzem w nowoczesnych centrach danych. Pozwala ono na efektywniejsze odprowadzanie ciepła dzięki wykorzystaniu chłodziwa przepływającego przez rury, jednostki dystrybucyjne lub zbiorniki zanurzeniowe, odprowadzając ciepło bezpośrednio od podzespołów elektronicznych. Takie podejście pozwala obiektom obsługiwać większe obciążenia obliczeniowe przy mniejszym zużyciu energii.

Z drugiej strony, z perspektywy akustycznej, chłodzenie cieczą zmienia wszystko. Zamiast dużych wentylatorów i systemów uzdatniania powietrza generujących hałas i przepływ powietrza, głównymi źródłami dźwięku są teraz pompy, zawory i ruch chłodziwa. Energia akustyczna przesuwa się z hałasu powietrza o wysokiej częstotliwości na drgania mechaniczne o niskiej częstotliwości. To bardziej złożone wyzwanie do opanowania.

 

 

Różne metody chłodzenia cieczą generują różne wzorce akustyczne:

• Bezpośrednie chłodzenie układu scalonego zmniejsza hałas przepływu powietrza, ale powoduje buczenie silnika pompy i wibracje poprzez podłączone rury.
• Jednostki dystrybucji chłodziwa (CDU) wytwarzają stały szum tła na skutek ruchu płynu i regulacji ciśnienia.
• Zbiorniki chłodzące zanurzeniowe niemal całkowicie eliminują hałas wentylatora, jednak mogą powodować turbulencje przepływu i rezonans w przewodach cieczowych.

Tradycyjne strategie akustyczne, takie jak panele pochłaniające drgania czy przegrody wentylacyjne, same w sobie nie wystarczają. Skuteczna izolacja akustyczna systemów chłodzonych cieczą musi być ukierunkowana na te nowe ścieżki przenoszenia drgań, wykorzystując połączenie izolacji drgań, obudów akustycznych i tłumików .

Zalety akustyczne chłodzenia cieczą

Chłodzenie cieczą wprowadza nowe rodzaje dźwięku i wibracji, ale oferuje również szereg wyraźnych korzyści akustycznych. Całkowita energia akustyczna wewnątrz chłodzonego cieczą centrum danych może być niższa, jeśli system jest prawidłowo zaprojektowany i konserwowany.

Jedną z głównych korzyści jest redukcja hałasu wentylatorów. Duże wentylatory serwerów i central wentylacyjnych nie są już potrzebne w takiej samej ilości, co eliminuje znaczną część hałasu o dużej i wysokiej częstotliwości, typowego dla środowisk chłodzonych powietrzem.

Co więcej, źródła hałasu stają się bardziej zlokalizowane, co oznacza, że zamiast setek wentylatorów rozproszonych po wielu pomieszczeniach, główny dźwięk pochodzi teraz z pomp lub agregatów chłodniczych, które można odizolować w obszarach mechanicznych. Ułatwia to projektowanie ukierunkowanych rozwiązań dźwiękochłonnych, takich jak obudowy, mocowania antywibracyjne czy bariery akustyczne.

Chłodzenie cieczą zmniejsza również ogólne turbulencje przepływu powietrza w obiekcie, co przekłada się na niższy poziom hałasu otoczenia. Mniejsza liczba kratek wentylacyjnych, tłumików i dyfuzorów minimalizuje odbicia akustyczne, które często występują w dużych halach. Tworzy to bardziej stabilne i przewidywalne środowisko akustyczne. Jest to niezwykle istotne w obiektach działających przez całą dobę.

 

Nowe wyzwania związane z hałasem i wibracjami

 

Przejście z chłodzenia powietrznego na cieczowe zmienia miejsce i sposób generowania hałasu w centrum danych. Zamiast szerokopasmowego przepływu powietrza i hałasu wentylatora, głównymi źródłami stają się hałas mechaniczny i hydrauliczny, o niższej częstotliwości, ale często bardziej uporczywy i trudniejszy do wyizolowania.

Hałas pompy i silnika

Pompy stanowią serce każdego systemu chłodzenia cieczą. Ich silniki generują ciągły szum, który z łatwością przenosi się przez podłogi, ściany i rury.

Turbulencje przepływu i wibracje rur

Przepływając przez kolanka, zawory i armaturę, chłodziwo generuje turbulencje. Te niewielkie zmiany ciśnienia generują pulsujące dźwięki i mogą powodować drgania rur, zwłaszcza przy wysokich natężeniach przepływu. Długie, proste odcinki rur mogą również rezonować jak piszczałki organów, wzmacniając dźwięk zamiast go tłumić.

Rezonans w jednostkach dystrybucji chłodziwa (CDU)

Urządzenia CDU równoważą ciśnienie i temperaturę chłodziwa. Chociaż ich wewnętrzne pompy, czujniki i zawory mogą generować szum tonalny, który powtarza się z określonymi częstotliwościami. Z czasem rezonanse te mogą obciążać pobliskie konstrukcje lub wpływać na kalibrację urządzeń w newralgicznych obszarach.

Hałas konstrukcyjny i konserwacyjny

Ściśle zamontowane urządzenia chłodzące przenoszą drgania na otaczające je konstrukcje, a rutynowa konserwacja, taka jak płukanie przewodów lub testowanie ciśnienia, może tymczasowo zwiększyć poziom hałasu.

Kluczowa różnica polega na tym, że hałas generowany przez chłodzenie cieczą zachowuje się bardziej jak energia drgań niż dźwięk przenoszony drogą powietrzną. To utrudnia jego absorpcję za pomocą tradycyjnych materiałów akustycznych. Zamiast tego, konieczne są ukierunkowane rozwiązania, takie jak mocowania antywibracyjne, izolowane platformy, elastyczne łączniki rurowe oraz obudowy akustyczne zaprojektowane w celu tłumienia rezonansu mechanicznego.

 

Strategie projektowe dla skutecznej izolacji akustycznej

 

Projektowanie izolacji akustycznej centrów danych chłodzonych cieczą wymaga znalezienia równowagi między izolacją akustyczną, kontrolą drgań i wydajnością cieplną. Każdy element systemu chłodzenia musi zostać poddany izolacji akustycznej, bez wpływu na wydajność chłodzenia lub dostęp do konserwacji.

Izolowanie pomp i jednostek chłodzących

Pompy należą do głównych źródeł drgań. Montaż ich bezpośrednio na betonowych posadzkach pozwala na rozchodzenie się hałasu w całej konstrukcji. Najskuteczniejszym rozwiązaniem jest montaż ich na antywibracyjnych podstawach i platformach pływających, które minimalizują kontakt i zapobiegają przenoszeniu drgań.

Sprężynowe systemy izolacji DECIBEL zostały zaprojektowane właśnie w tym celu, aby wspierać ciężki sprzęt, zapewniając jednocześnie stabilną pracę. Zapobiegają one rozprzestrzenianiu się drgań o niskiej częstotliwości w budynku, chroniąc zarówno sprzęt, jak i personel.

 

 

Obudowy i bariery akustyczne

Obudowa hałaśliwego sprzętu pomaga ograniczyć hałas mechaniczny u źródła. Firma DECIBEL produkuje obudowy dźwiękoszczelne na zamówienie, które redukują hałas generowany przez pompy, agregaty chłodnicze i jednostki chłodnicze. Obudowy te wykorzystują panele ze stali o wysokiej gęstości, wyłożone materiałem dźwiękochłonnym, aby blokować hałas przenoszony drogą powietrzną, zapewniając jednocześnie bezpieczny dostęp do urządzeń konserwacyjnych.

W przypadku otworów, które muszą pozostać dostępne, w punkcie wejścia zintegrowany jest stalowy system tłumików akustycznych. Taka konstrukcja zapewnia maksymalną redukcję hałasu bez ograniczania dostępu ani wentylacji.

Zarządzanie wentylacją i hałasem przepływu powietrza

Nawet przy chłodzeniu cieczą, uzdatnianie powietrza pozostaje niezbędne dla zapewnienia klimatyzacji pomieszczeń i bezpieczeństwa urządzeń. Aby kontrolować hałas wentylacji, na wlotach i wylotach powietrza można zainstalować żaluzje akustyczne i tłumiki. Żaluzje DECIBEL z serii AL® i tłumiki LW REG redukują hałas ruchu powietrza bez wpływu na wydajność przepływu. Wykonane są ze stali ocynkowanej lub malowanej proszkowo, co zapewnia wysoką odporność na warunki atmosferyczne i długą żywotność.

Systemy ścienne i drzwiowe

Pomieszczenia pomp i maszynowni często dzielą ściany z pomieszczeniami monitoringu lub pomieszczeniami dla personelu. Powierzchnie te powinny być pokryte dźwiękoszczelnymi systemami paneli, takimi jak perforowane panele PZP™ , które pochłaniają i blokują dźwięk przenoszony drogą powietrzną. W punktach wejścia, drzwi akustyczne z podwójnymi profilami uszczelniającymi i rdzeniami izolacyjnymi zapewniają stałą wydajność. Połączenie uszczelnionych drzwi i paneli o dużej masie zapewnia ciągłą barierę akustyczną w całej obudowie.

 

Rozważania dotyczące modernizacji i budowy nowych obiektów

 

Planując adaptację akustyczną centrów danych chłodzonych cieczą, podejście różni się w zależności od tego, czy obiekt jest nowy, czy jest przebudowywany z systemu chłodzonego powietrzem. Każdy scenariusz wiąże się z unikalnymi wyzwaniami w zakresie przestrzeni, dostępu i integracji systemów.

Modernizacja istniejących obiektów

Modernizacja starszych, chłodzonych powietrzem centrów danych w celu umożliwienia chłodzenia cieczą jest skomplikowana. Budynki te nie zostały zaprojektowane z myślą o ciężkich systemach pomp mechanicznych ani strefach izolacji wibracyjnej. Miejsce na obudowy akustyczne lub mocowania antywibracyjne może być ograniczone, a istniejące konstrukcje mogą już przenosić dźwięk przez podłogi, ściany i rurociągi.

W takich przypadkach strategie kontroli hałasu skupiają się na jego powstrzymywaniu i adaptacji:

• Montaż modułowych barier akustycznych lub częściowych obudów wokół hałaśliwego sprzętu.
• Dodanie elastycznych złączy rurowych i mocowań izolacyjnych w celu zapobiegania przenoszeniu drgań przez istniejące konstrukcje.
• Stosowanie paneli akustycznych i drzwi w celu oddzielenia stref mechanicznych od pomieszczeń zajmowanych przez ludzi.
• Montaż żaluzji akustycznych lub tłumików na otworach wentylacyjnych w celu ograniczenia hałasu przepływu powietrza.

Rozwiązania te pozwalają obiektom na osiągnięcie standardów zgodności bez przerywania bieżącej działalności. Modernizacja może przebiegać etapami, w pierwszej kolejności koncentrując się na obszarach o największym natężeniu hałasu, przy jednoczesnym utrzymaniu działania systemów.

Projektowanie nowych obiektów chłodzonych cieczą

Nowe budynki dają możliwość integracji parametrów akustycznych od samego początku. W takich projektach inżynierowie akustycy współpracują z zespołami mechanicznymi i konstrukcyjnymi, aby zapewnić wzajemne wsparcie systemów izolacji akustycznej i chłodzenia.

Kluczowe etapy projektowania obejmują:

• Strefowanie: umieszczanie pomp i jednostek chłodzących z dala od obszarów zajmowanych przez ludzi.
• Izolacja strukturalna: projektowanie oddzielnych fundamentów lub podłóg pływających dla urządzeń narażonych na duże wibracje.
• Zintegrowana konstrukcja przepływu powietrza: łączenie tłumików i żaluzji w systemy wentylacyjne, co pozwala uniknąć późniejszej modernizacji.
• Optymalizacja materiałów: wybór paneli i obudów dźwiękochłonnych, które nie zatrzymują ciepła.

 

Równoważenie parametrów akustycznych i efektywności chłodzenia

 

Izolacja akustyczna w centrach danych chłodzonych cieczą nie może negatywnie wpływać na chłodzenie. Systemy akustyczne powinny tłumić hałas, nie ograniczając przepływu powietrza ani nie powodując gromadzenia się ciepła. Prawidłowo zaprojektowane obudowy wykorzystują perforowane panele stalowe, żaluzje akustyczne i tłumiki, aby umożliwić wentylację i jednocześnie zmniejszyć hałas.

 

Zgodność i standardy

 

Kontrola hałasu w centrach danych jest wymogiem prawnym i bezpieczeństwa.

• Dyrektywa UE 2003/10/WE ustala limit narażenia pracowników na poziomie 87 dB(A).
• Przepisy brytyjskie dotyczące hałasu w miejscu pracy (2005) definiują poziomy 80 dB(A) i 85 dB(A) jako poziomy reagowania.
• W USA norma OSHA 29 CFR 1910.95 ogranicza narażenie do 90 dB(A) w ciągu ośmiu godzin.
• Hałas środowiskowy podlega również regulacjom normy BS 8233:2014 , która określa dopuszczalne limity hałasu w budynkach i wokół nich.

Systemy akustyczne DECIBEL zapewniają zgodność z normami przy jednoczesnym zachowaniu wydajności chłodzenia.

 

Monitorowanie, konserwacja i przyszłe trendy

 

Systemy redukcji hałasu wymagają regularnych przeglądów, aby zachować skuteczność. Należy sprawdzać amortyzatory drgań, tłumiki i uszczelki pod kątem zużycia lub poluzowania, które mogłoby przenosić dźwięk przez konstrukcję. Niewielkie zmiany ciśnienia chłodziwa również mogą zwiększyć poziom hałasu.

Instalacja czujników drgań i okresowe testy akustyczne pomagają wcześnie wykryć zmiany. Ciągła konserwacja pozwala zachować zgodność z przepisami i wydłużyć żywotność sprzętu, a jednocześnie zapewnia cichą, bezpieczną i niezawodną pracę centrów danych w dłuższej perspektywie.

 

 

Wraz z rozwojem centrów danych, mającym na celu zaspokojenie rosnącego zapotrzebowania na moc obliczeniową, chłodzenie cieczą stało się niezbędne do utrzymania wydajności i niezawodności. Jednak każdy postęp techniczny wiąże się z nowym wyzwaniem akustycznym. Pompy, zawory i systemy chłodzenia generują drgania o niskiej częstotliwości i hałas przenoszony przez konstrukcję, które wymagają specjalistycznego rozwiązania.

Dzięki połączeniu izolacji wibracyjnej, obudów akustycznych, tłumików i precyzyjnie zaprojektowanych paneli, DECIBEL zapewnia kompletne rozwiązania dla tej nowej generacji obiektów.

Począwszy od wczesnej fazy projektowania aż po długoterminowy monitoring, DECIBEL wspiera inżynierów, architektów i operatorów centrów danych, oferując im rozwiązania dostosowane do ich potrzeb, oparte na sprawdzonej wiedzy specjalistycznej.

Skontaktuj się z firmą DECIBEL, aby zaprojektować lub wyposażyć swoje chłodzone cieczą centrum danych w systemy akustyczne zapewniające bezpieczeństwo, wydajność i ciszę, a wszystko to w idealnej równowadze.