Kuidas vähendada riiulite jahtutusventilaatorite võimsustarvet, asendades neis püsivoolu kollektorita mootorid

Riiulite jahtutusventilaatorid kaitsevad tihedaid serverikabiine ülekuumenemise eest, kuid enamikus kohtades töötavad nad siiski püsiva kiirusega.

Miks tarbivad riiulite jahtutusventilaatorid rohkem võimsust, kui seda tegelikult vajatakse

Kuidas AC- ja puhuritega ventilaatorid raiskavad energiat serverikappides

Tavalised AC- ja puhuritega üksused hoiavad kappide jahutusventilaatoreid pidevalt töös fikseeritud kiirusel, sõltumata tegelikust vajadusest. AC-induktsioonmootor tarbib isegi väikese koormuse korral magnetiseerivat voolu ning süsinikpuhurid teevad tarbimisest tingitud hõõrdumist ja elektrilisi kaotsusid, mis muunduvad otse soojuseks. Serverikappide soojusjuhtimissüsteemis tõstab see raiskamine kappi sisemist temperatuuri ja sunnib naaberühikuid töötama intensiivsemalt. Tulemuseks on iseärklev tsükkel, kus võimsustarbimine jääb kõrgeks, samas kui kasulik jahutus ei suurene. Puhuritega mootoritel tekib ka kommutaatori kulunemine, mistõttu väheneb efektiivsus seadme vananedes pidevalt. Kõrgem temperatuur kapis lühendab tundlike ketaste ja plaatide eluiga. Halb jahutus suurendab ka soojusliku väljalülitumise riski, mis võib kappide töö katkestada; pidev kapi ventilatsioon toetab OSHA 29 CFR 1910.94 eesmärki ohutute seadmete ruumide tagamiseks.

Kust pärit on serverikappide soojuskoormused

Soojus kappis ei ole harilikult pidev. Arvutisõlmed, toiteplokid ja salvestusmassiivid järgivad igapäevaseid töötsükleid, mistõttu vajalik õhuvool ja staatiline rõhk muutuvad päeva jooksul. Enamik vanema põlvkonna riiuli jahutusventilaatoreid on mõõdetud kõige halvemate suve tippkoormuste jaoks, mis tähendab, et nad on aastas enamust ajast liiga suured. Püsikiiruselised AC-ventilaatorid ei saa koormuskõverat järgida; nad pumbuvad pidevalt maksimaalset õhukogust ja teevad üleliiasest õhust müra ja soojuse. Reaalne soojuskoormuse mudel algab komponentide võimsusega, millele lisatakse halva kaabelihalduse ja kuumade ridadega konteinerite tiheduse kaotused. Kuumade ja külmade ridade eraldamine ning täitvaplaatide kasutamine võivad vähendada vajalikku õhuvoolu oluliselt enne igasugust riistvaramuudatust. Kaasaegses juhtimisseadmes elektrooniline kommutatsioon võimaldab ventilaatoril koormust järgida mitte selle vastu võidelda, mis on esimene põhimõte iga usaldusväärse energiatõhususe paranduse taga.

Kuidas püsivoolu DC-mootorid parandavad ventilaatori tõhusust

Elektrooniline kommutatsioon mehaaniliste küünarate kaotuste asemel

Püsivoolukindla alalisvoolumootor asendab mehaanilised puhastid rotori asukoha tuvastamisega ja elektroonilise kommutatsiooniga. Puudumisel puhasti hõõrdumist ja kaarete teket langevad vasu- ja raudkaod ning mootori tõhusus kasvab kogu kiirusringis. IEC 60034 tõhususklasside kohaselt saavutab hästi projekteeritud välisrotoriga BLDC-seade IE4- ja IE5-väärse tõhususe, kus võrdlevad vahelduvvoolu raamid jäävad madalamale tasemele. Sama elektriline sisend liigutab rohkem õhku, sest mootoris kulutatakse vähem energiat. Riiulite jahtutusventilaatorite puhul avaldub see kui madalam töötemperatuur keermestuses, pikem isoleerimise eluiga ja stabiilsem pöörlemiskiirus muutuva staatilise rõhu korral. ISO 1940 rotori tasakaaluklassid vähendavad veelgi vibreerimist, mis muul juhul kulutaks pöördemomenti. Välisrotoriga konstruktsioon paigutab magnetmassi ventilaatori keskmesse, parandades inertsit ja käivitusomadusi koormuse all. Seadmete hooldajatel, kes üle vaatavad riiulite jahtutusventilaatoreid täiendamiseks, tuleks eelistada IE4-klassi BLDC-seadmeid.

Muutuva kiiruse regulaator soojuskoormaga sobitatud

Mootori paigaldamine EC-ventilaatorijuhtimisse võimaldab muutuva kiiruse reguleerimist temperatuuri soovitud väärtuse põhjal. Pideva kiirusega riiuli jahutusventilaatorid kulutavad kõige rohkem energiat pauside ajal, samas kui BLDC-platvorm kiirendab ainult siis, kui soojakoormus kasvab, mistõttu energiakulu sobib täpselt vajadusega. See koormuse vastavus on energia säästmise põhiosa võrreldes pideva kiirusega AC-ventilaatoritega. Täpsussulased ja vasestatud mähised tagavad sujuva reageerimise, samas kui rotorite tasakaalustatus piirab vibratsiooni. Impulsslaiuse-moduleeritud juhtimine säilitab madalatel pöörlemissagedustel püsiva pöördemomendi ning vältib seega pöördemomendi kadumist ja ülekoormust, mis toimub liiga väikestes AC-süsteemides ja kulutab energiat ära. Õhuvoolu näitajaid tuleb enne ostu kinnitada AMCA 210 ja ISO 5801 testimismeetoditega, kuna tootjate esitatud tööpiirkonna kõverad erinevad oluliselt üksteisest ja erinevates töötingimustes.

BLDC-ventilaatorite paigaldamine olemasolevatesse riiuli jahutusseadmetesse: tegelik näide

Taust ja probleem kolokatsioonikappide reas

Piirkondlik koasustusoperaator kasutas kappide rida, mille jahutasid vananenud 230 V AC telgpaigutuse seadmed ja mis töötasid püsiva koormusrežiimiga. Suve pärastlõunatel tõusis sisemine temperatuur ohutu vahemiku üle, kuid ventilaatorid ei suutnud kiirust suurendada kompenseerimiseks. Elektri hind oli kõrge ja ruumides oli väga müra. Operaatoril oli vaja lahendust, et vähendada energiatarvet ilma terveid kappe asendamata või teenust peatamata. Mõõdetud logid näitasid, et AC-ventilaatorid tarbisid öösel, kui kappide koormus oli null, ligi nimiväärtusele vastavat võimsust, kinnitades selgelt liialdatud õhuvoolu pakkumist tegeliku soojuskoormuse suhtes.

Lahendus ja mõõdetud loogika mõju

Operaatör paigaldas kappide riiulite jahtutusventilaatoritesse vahetussüsteemi, millel on sama paigaldusala ja mis kasutab püsivoolu-mootorit. Lihtne temperatuurisignaal reguleeris muutuva kiirusega juhtimist, nii et iga süsteem jälgis oma soojakoormust. Sissetungikaitse vastavalt IEC 60529 standardile (IP44) hoiatas täpsuskomponente tolmu eest ning vasestatud mähised koos täpsuspallikeermega tagasid stabiilse efektiivsuse. Pärast CE- ja UKCA-märgistuste ning RoHS- ja REACH-materjalikompliantsi täitmist toimus paigaldus olemasolevasse kappide paigutusse. Kuna õhuvoolu reguleeriti nõudluse järgi mitte pideva kiirusega, vähendas operaatör energiatarvet oluliselt ja kaotas kappide müra, säilitades samas temperatuuri ohutuspiirides.

Kokkuvõte

Püsivoolukatkestuseta mootorisse üleminek on praktiline samm ettevõtete jaoks, kes soovivad energiakulude vähendamist ilma hoone korpust taastehniliselt üle ehitamata. Tõhususe kasv tuleneb külmumisega kaasnevate kaotsuste eemaldamisest ning seejärel muutuva kiiruse juhtimisest, mis järgib tegelikku soojuskoormust mitte fikseeritud töötsüklit. Õige valik, kontroll ja hooldus võimaldavad riiulite jahutusventilaatoritel pakkuda stabiilset soojusreguleerimist väiksema pideva võimsustarbega.

Ostudeks vali kastis oleva kõrgeima soojuskoormusega olukorra jaoks sobiv ventilatsiooniplaat, mille õhuvool ja staatiline rõhk vastavad AMCA 210 ja ISO 5801 standarditele. Kinnita mootori energiatõhususe klass, keskkonna jaoks määratud sissetungikaitse tase ning rootori tasakaalustamise klass. Saabudes kontrolli vasemist mähisesid, laagrite tüüpi ja ühenduste kvaliteeti; nõuame katsetulemusi, mitte ainult väiteid. Kasutamisel kasuta temperatuuripõhist muutuva kiirusega regulaatorit, mitte püsivat töötsüklit, ja kontrolli logisid kord kuus. Hoia filtrid puhtad, et staatiline rõhk jääks madalaks ja mootor ei ülekoormuks. Planeeri laagrite ja tasakaalustamise kontrollid vastavalt töötsüklile; täpsuslaagrid pikendavad hooldusintervalle, kui tagatakse nende õlitamine ja tolmu kontroll. Kontrolli sissetungikaitse tihendid iga kord, kui kast on avatud.

Tavaliselt esinevad küsimused

Küsimus

Mis määrab püsuvoolumootoriga riiuliventilaatori moderniseerimisest saadava energiataotluse vähendamise?

Vastus: Sääst sõltub sellest, kui palju originaalne või puhastatud ühik oli liiga suur ja kui täpselt uus juhtseade järgib tegelikku soojuskoormust. Puhastatud alalisvoolumootor kaotab puhaste ja magnetiseerimisega seotud kaotsikad, samas kui muutuva kiirusega juhtimine vältib pidevat täiskiirusega töötamist. Mõõdetud töötsüklite ja temperatuuri logid näitavad tõelist säästu. Õhuvoolu jõudluse kinnitas AMCA 210 ja ISO 5801, mis kinnitab, et asendusliikumine teeb piisavalt õhku väiksema võimsusega, tagades seega korduvat säästu.

Küsimus

Miks kasutab puhastatud alalisvoolumootor vähem energiat kui alalisvooluventilaator?

Vastus: AC induktsioonmootoril on pidev magnetiseeriv vool ja see kaotab energiat liikumisega seotud hõõrdumise ja kaarumise tõttu. Püsuvoolu põhjata mootor kasutab elektroonilist kommutatsiooni, mistõttu kaovad need mehaanilised kaod ja mootori tõhusus jääb kogu kiirusevahemiku ulatuses kõrgeks. IEC 60034 klassifikatsiooni kohaselt saavutavad väliskiirgajaga püsuvoolu põhjata üksused IE4 ja IE5-väärse tõhususe. Vähem energiat, mis kulub mootoris soojuseks, tähendab rohkemat kasulikku õhuvoolu, mistõttu sama jahutusülesande täitmiseks on pärast moderniseerimist vaja vähem ampreid.

Küsimus

Kuidas paigaldada püsuvoolu põhjata mootoriga ventilaator olemasolevasse riiulisse?

Vastus: Paigaldus kasutab kappi juba olemasolevat paigaldusala ja avatud ruumi, mistõttu püsivvoolu (DC) mootoriga ventilatsiooniplaat sobib täpselt sama ava sisse, kuhu varem paigaldati vahelduvvoolu (AC) seade. Juhtmed ühendatakse saadaoleva püsivvoolu (DC) toiteallikaga või välimise EC juhtseadmega ning temperatuurisensor määrab muutuva kiiruse reguleerimise kõvera. Kapi korpust ei pea ümber ehitama. Pärast paigaldust tuleb kontrollida õhuvoolu ja staatilist rõhku vastavalt standarditele AMCA 210 ja ISO 5801 ning enne kapi tagasitoomist teenusesse tuleb veenduda, et sisenevate osade kaitse (ingress protection) tihedus on säilinud.

Küsimus

Kas olemasolevatesse vahelduvvoolu (AC) ridadesse saab paigaldada püsivvoolu (DC) ventilatsiooniplaadi?

Vastus: Enamik standardkappidega on võimalik kasutada püsivoolu (DC) puhurite komplekti, kui lõike ja paigaldusmuster vastavad originaalpuhurile. Peamine kontrollimise objekt on toiteallikas: puhurite komplekt vajab püsivoolu allikat või elektronilist puhurijuhtimist (EC), mida paljud kaasaegsed seadmed juba pakuvad. Enne ostu tuleb kinnitada pinge ja juhtsignaali ühilduvus, et vältida paigalduskohas toitejuhtmete ümberpaigutamist. Kui vanema süsteemi toide on ainult vahelduvvoolu (AC), lahendab probleemi väike väline püsivoolu teisendaja. Õige riiuli jahtutuse puhurite valik tagab, et moderniseerimine toimub olemasolevas paigalduslahenduses.

Küsimus

Kas püsivoolu (DC) riiuli puhurid vajavad erilist hooldust?

Vastus: Nende hooldust tuleb teha vähem sageli kui puhastatavate üksuste puhul, sest neis puuduvad kuluvad puhastid, kuid lihtne hooldusreeegel aitab siiski säästu kaitsta. Hoidke filtrid puhtana, et staatiline rõhk jääks madalaks ja mootor ei ülekoormuks. Kontrollige täpsusmärgistusi ja rootori tasakaalu planeeritud töötsükli järgi ning kontrollige sisepiirangu kaitseumbriseid pärast iga korra, mil avatakse seadme kapp. Vaadeldes temperatuuri ja kiiruse logisid kord kuus, saate kinnitada, et juhtimisseade jälgib koormust. CE- ja UKCA-märgised näitavad, et seade vastas tootmisel kehtivatele nõuetele.