SİSTEM ODASI İKLİMLENDİRME

 

 

 

İKLİMLENDİRME VE TARİHÇESİ

 

İklimlendirme kapalı bir ortamın sıcaklığını, hava temizliğini, nemini, hava hareketlerini istenilen seviyelere şartlanmasıdır. Tanımlanan seviyelere erişilmesi de kapalı bir ortamda havayı soğutan, ısıtan, temizleyen ve nemini kontrol eden bir süreç ile sağlanır.

Antik Roma’da zenginler, evleri soğutmak için su kemerinden gelen suyu o evlerin duvarlarında dolaştırmışlardır. Orta çağ İran’ında ise sarnıçlarla ve rüzgar kuleleriyle sıcak mevsimde soğutulan binalar inşa edilmiştir. 1820’de, İngiliz bilim adamı ve mucidi Michael Faraday sıkıştırılan ve sıvılaştırılan amonyağın, buharlaşabildiğinde, havayı soğuttuğunu keşfetmiştir.1842’de, Florida’lı doktor John Gorrie  Apalachicola’daki hastanesindeki havayı soğutmak için ürettiği buzları kompresör teknojisine borçludur. Dünya’nın ilk kliması sayılabilecek 30 tonluk sistem ise Brooklyn'de Sackett-Wilhelms Lithographing and Publishing adlı matbaa şirketinin baskı sürecindeki ısı değişimleri sonucu renklerin donuklaşması sorunu doğrultusunda 17 Temmuz 1902'de Willis H. Carrier tarafından geliştirilmiştir.Günümüzde farklı teknikler kullanan iklimlendirme sistemleri bulunmaktadır. Özellikle sistem odalarının iklimlendirilmesinde kullanılan hassas kontrollü klima sistemleri tarihsel süreçteki farklı tekniklerle benzerlik göstermektedir.

İklimlendirme konusunda sıkça kullanılan terimlerin başında BTU ve TON gelir. BTU, İngilizce “British Thermal Unit” (İngiliz Isı Birimi) sözcüklerinin kısaltılmasıdır. Bir libre (0,454 kg) suyun sıcaklığını bir fahrenhayt(F) değiştirmek için gereken ısı miktarıdır. TON ise büyük sistemler için iklimlendirme kapasitesini tanımlamak için kullanılan ölçü birimidir. 1 TON iklimlendirme bir saat içerisinde ortamdan soğurulabilecek 12000 BTU’ya karşılık gelmektedir. 32 °F’taki (0 °C) 1 ton buzun bir gün boyunca sıvılaşmasında ortamdan soğurulacak yaklaşık enerji miktarı olarak biraz daha somutlaştırılabilir.

 

 

 

 

Sistem Odası İklimlendirmesi

 

Sistem odalarında barındırılan sunucu ve diğer ekipmanların sağlıklı bir şekilde çalışabilmeleri için ortamın sıcaklığını, hava temizliğini, nemini, hava hareketlerini istenilen seviyelerde tutulması gerekmektedir.

Küçük sistemlerin basit klima çözümleri ile soğutulması düşünülse de sistem odalarındaki cihazların güç tüketimleri ve cihaz yoğunluğunun zamanla artması ile birlikte hassas kontrollü klima sistemleri ve farklı tasarımların kullanılması gerekmektedir.

 

Sistem odaları tasarlanırken, iklimlendirme sistemleri için seçilecek soğutma kapasitesi sistem odasındaki cihazların güç tüketimleri hesaplanarak belirlenir.

The American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) tarafından önerilen sistem odası sıcaklık ve nem değerlerini veren tablo aşağıdaki gibidir.

 

 

 

Sistem odalarının verimli bir şekilde iklimlendirilmesinde karşılaşılabilecek sorunlar aşağıda belirtilmiştir.

 

- Sıcak ve soğuk hava akımlarının karışması: Cihazların içerisinden geçen havanın sıcaklığının yükselmesine yol açarlar. Ayrıca sistem odası klimalarınının(Computer Room Air Conditioner - CRAC) işledikleri havanın sıcaklığının alçalması, CRAC soğutma bobinlerinin çiy noktasından  aşağıda olmasına ve soğutma kapasitesinin düşmesine yol açabilir.

- Sunucu ve diğer ekipmanlardan çıkan sıcak havanın CRAC yerine tekrar cihazlara girmesi: Özellikle rackların üst bölümlerinde bulunan cihazlar için performans düşüklüğü, beklenenden kısa sürede parça değişikliği ihtiyacı gibi ciddi problemler yaratabilir.

- Soğuk havanın istenilen bir şekilde tüm cihazlara ulaştırılamaması: Yükseltilmiş zemin altından soğuk havanın iletildiği uygulamalarda kablo girişleri için kullanılan delikler ve yükseltilmiş zemin altında bulunan kablolar ve diğer malzemeler soğuk havanın istenilen noktalara iletimi konusunda sorun çıkarmakta ve bazı rackların çok fazla etkilendiği sıcak noktaların(hot spot) oluşmasına yol açmaktadır.

 

- İyi planlanmamış CRAC konumlanması: Soğuk hava akımının istenilen tüm noktalara ulaştırılması için yükseltilmiş zemin altında ilerleyen hava akımının basıncı ve hızı optimum seviyede tutulmalıdır. CRAC ile rackların arasındaki mesafenin uzun olması basıncın azalıp soğuk havanın istenilen noktaya ulaşamamasına, çok kısa olması ise CRAC çıkış noktasında yüksek basınç ile çok yüksek hızlara ulaşan hava akımının havalandırma kanallarından dışarı çıkamaması hatta oda içerisinden yükseltilmiş zemin altına hava çekilmesine yol açabilir.

 

Yukarıda değinilen sorunların temelinde yanlış konumlandırma ile sıcak ve soğuk havanın birbirine karışarak iklimlendirme sisteminin performansını düşürmesi söz konusudur. Sistem odası tasarımı konusunda çeşitli standartlar ve öneriler söz konusudur. ANSI/TIA/EIA-942 standardında da belirtildiği gibi cihazların barındırıldığı racklar sıcak ve soğuk hava koridorları oluşturulacak şekilde konumlandırılmalıdır. Racklar cihazların soğuk havayı aldıkları yüzleri karşılıklı gelecek şekilde konumlandırılarak diğer cihazların ortama verdikleri sıcak havanın soğuk hava ile karışmasının önüne geçilmesi sağlanmalıdır. Aşağıdaki grafikte rackların doğru şekilde konumlandırılması ile oluşturulan sıcak ve soğuk hava koridorları gözükmektedir.

 

 

 

 

Sıcak ve soğuk hava koridorları daha verimli bir şekilde iklimlendirmeyi sağlasa da sıcak ve soğuk havanın birbiri ile etkileşimini tamamen önlemez. İklimlendirme performansını ve verimliliğini arttırmak için sıcak hava ya da soğuk hava koridorlarının sınırlandırılması uygulamaları yapılmaktadır. Sınırlandırma malzemesi olarak şeffaf sınırlandırma perdeleri ya da metal malzemeler kullanılabilir.

 

 Sistem Odası İklimlendirme Tipleri                                                                                     

Yıllar içersinde birçok sistem odası iklimlendirme sistemi geliştirilmiştir. Tablo 2.2’de popüler olarak kullanılan iklimlendirme teknikleri, üreticileri ve endüstride kullanılmaya başladığı süre sıralanmıştır. Ayrıca bu tip klima üreticilerinin isim ve web sitelerinden oluşan tabloya da ek-1’den ulaşabilirsiniz.

 

 

 

Yaygın Olarak Kullanılan Soğutma Sistemleri: a- CRAC Soğutma Sistemleri: 

 

 

Şekil 2.4 CRAC soğutma sistemi 

 

 

CRAC (Computer Room Air Conditioners, Bilgisayar Odası Klimaları) mevcut sistem odalarında en yaygın kullanılan eski tekniklerden biridir.

Sistemin çalışma mantığı kısaca şu şekildedir. Belirli gaz bir kompresör aracılığı ile belirli bir basınç altına getirilip sıvılaştırılır. Ortaya çıkan ısı dış ortama salınır. Daha sonra bir genişleme valfı ile sıvını üzerindeki basınç düşürülüp, ortamdaki ısı çekilip tekrar gaza dönüşmesi sağlanır.  Bu amaçla bu sistemde şekilde 1’de görüleceği gibi fan ünitesi içeren bir adet dış ünite ve ile kompresör ve fan ünitesi barındıran bir iç ünite bulunmaktadır.

Bu sistemler nispeten daha küçük sayılabilecek 30 tona kadar olan soğutma ihtiyacını karşılayabilecek sistemlerdir.

 

CRAH Soğutma Sistemleri (Soğutulmuş Su Bazlı Sistemler):

 

 

Şekil 2.5 CRAH soğutma sistemi

 

                    

Soğutulmuş su bazlı olarak bilinen CRAH (Computer Room Air Handler) sistemi büyük kapasite ihtiyacı bulunan yerlerde yaygın kullanılan bir sistemdir. Yukarda tarif edilen gazın yoğunlaştırılmasından elde edilen soğutma sistemi bu sistemde suyun soğutulması için kullanılmaktadır. Elde edilen soğuk su ilgili noktalara taşınarak bir fan yardımı ile ortamın soğutulması sağlanmaktadır. Bu sistem ile 100 ile1000 ton arasında bir soğutma boyutu elde edilebilmektedir. Büyük alanlarda CRAC sistemine göre enerji anlamında tasarruf sağlamaktadırlar.

 

Sınırlandırılmış Bölge (Containment) Kullanılan CRAC ve CRAH Sistemleri:

 

CRAC ve CRAH sistemlerinde soğutulmuş hava doğrudan sistem odasında bir fan aracılığı ile verilmektedir. Çoğu zaman bu soğuk hava yükseltilmiş döşeme yapılmış sistem odasında sunucularının önünden verilmektedir. Bu sayedede bu bölgede bir soğuk hava koridoru oluşmaktadır. Ancak bu bölgeden verilen soğuk hava ortamdaki sıcak hava ile bir birine karışmaktadır.

 

       Şekil 2.6: Klasik sistem bir soğuk hava çıkış noktası

 

Şekil 2.7 Soğuk hava koridoru için sınırlandırılmış bölge (containment) kullanılan soğutma sistemi

 

Sınırlandırılmış bölge(Containment) kullanılan soğutma sistemlerine ise Şekil 2.7’de görüldüğü gibi soğuk hava fiziksel olarak ayrılmış kapalı bir ortama verilmekte ve var olan sıcak hava ile karışmamaktadır. Bu şekilde izole edilmiş bir soğuk hava koridoru oluşturulmaktadır. Benzeri şekilde sıcak hava koridorunun sınırlandırılmış bölgede bulunması ve buradan sıcak havanın emilerek CRAC sistemine ulaştırılıp soğutulması da kullanılan bir diğer tekniktir.

 

Başlangıçta ekstra bir kurulum maliyeti getiren bu sistem uzun vadede ciddi enerji tasarrufu sağlamaktadır. Yalnız bu sistemde genişleme olanağı daha zordur.

 

 Kabinet Soğutmalı Sistemler:

Sınırlandırılmış bölge sistemine benzeyen bu sistemde sınırlandırılmış alan bir bölge değil sadece bir kabinet de olabilmektedir, bu sistemlerde daha çok Sıvı Soğutmalı sistemler kullanılmaktadır. Az sayıda kabinet olması durumunda veya ısı kaybını çok kritik olması durumunda kullanılan tekniklerdir.

 

Sıvı Soğutmalı Arka Kapı Unitesi ile Aktif ve Pasif Soğutma:

 

  Şekil 2.8 Sıvı soğutmalı arka kapı ünitesi sistemi 

 

 

Bu sistemde soğutulan su ortama direk soğuk hava verilmesi amacı ile kullanılmayıp, kabinetlerin sıcak bölgesi olan arka kapaklarının soğutulmaları amacı ile kullanılmaktadır. Bu amaçla soğuk hava kabinet arka kapaklarınaulaştırılmaktadır. Fan bulunan kapak sistemlerine aktif, fan bulunmaya kapak sistemlerine ise pasif sistemler denmektedir. Diğer sistemlere göre daha verimli olan bu sistem kurulumu zor olan bir sistemdir.