VERİ MERKEZLERİ İÇİN YÜKSEK VERİMLİ ÇÖZÜMLER SUNUYORUZ

Boreas A.Ş., veri merkezlerinin endirekt adyabatik metotla soğutulması için yüksek verimli “DC Master Adia Mechanic Cooler’’ isimli yeni bir cihaz geliştirdi. DC Master, dış sıcaklık ve nem seviyeleri aşırı olsa bile, en verimli ve uygun maliyetle çalışabilen bir cihaz. Çeşitli dizayn şartlarında, cihaz performans ölçümünü gerçekleştirecek şekilde bir test merkezi de hayata geçiren Boreas A.Ş., aynı zamanda Windows tabanlı özel yazılım olan, BOREAS DC Master seçim programını da geliştirdi. Tüm bu yenilikleri Boreas A.Ş. Genel Müdür Yardımcısı İzzet Tanyol, Tesisat Market okurları ile paylaştı

Boreas A.Ş. olarak, 2017 yılının Mart ayında Açık Grubu Şirketleri bünyesine katılarak yeni bir unvan ve markayla pazara girdik. O günden itibaren Ür-Ge, Ar-Ge, üretim ve ihracat çalışmalarımız devam ediyor. Son olarak veri merkezlerinin endirekt adyabatik metotla soğutulmasına yönelik yeni bir cihaz olan “DC Master Adia Mechanic Cooler”ı geliştirdik. Bu cihazın üretilmesinin yanında aynı zamanda test edilmesi de gerekiyordu. Çünkü bunu satın alan kurumlar test ederek almayı tercih ediyor ve cihazın performansını bizzat görmek istiyor. Cihazın tasarımı ve üretimine karar verdikten sonra test edilebilmesi için laboratuvar araştırması yaptık. Özellikle Avrupa’yı araştırdık. Çünkü cihazı Avrupa’nın ötesinde başka bir yere göndermek efektif olmayacaktı. Fakat araştırma yapınca bu testi yapabilecek bir kurum olmadığı ortaya çıktı. Öyle olunca biz de kendi test merkezimizi kurmaya karar verdik. Nitekim baktığımızda, dünyadaki diğer rakiplerimizin de kendi tesisleri içerisinde test merkezlerini kurduklarını gördük. Bir yandan DC Master’ın tasarım süreci devam ederken, diğer yandan da test merkezinin tasarımı, her ikisine ilişkin üretimler ve detaylı araştırmalarımız devam etti. 9 ay gibi bir sürede her ikisini de tasarladık ve ürettik. Ek olarak, her iki sistemin yazılımıyla, DC Master’a özel hesaplama ve seçim yazılımını da geliştirdik. Ardından test süreçlerimizi tamamladık. Böylece hem cihaz, hem de test sistemi bu sınavı başarıyla geçti ve kabul gördü.

DC Master Adia Mechanic Cooler ve Gelişim Süreci
DC Master Adia Mechanic Cooler’ın iki farklı tipi var. Bu iki tip, farklı tasarımlar gerektiriyor. Biri “tavandan bağlantılı”, yani cihaz veri merkezinin tavanında yer alıyor ve direkt aşağıya doğru emiş ve üfleme yapıyor. Diğeri ise “duvardan bağlantılı”, yani cihaz veri merkezinin herhangi bir duvarında yer alıyor, cihazın duvardan kanal bağlantıları var, direkt karşıya doğru üfleme ve emiş yapıyor. Bu cihazı geliştirmemizin altında yatan sebep; veri merkezinin içinde yer alan IT ürünlerinin çok fazla ısı üretmesi ve dolayısıyla ortaya çıkan verimli soğutma ihtiyacına çözüm sunmaktır. Veri merkezi dönemsel olarak yoğun çalışabiliyor ya da temposunu düşürebiliyor. Yoğunlukları yaşadığı dönemlerde de ısı yükleri artış gösteriyor. Bunu, bilgisayar ve telefonların aşırı kullanım sonucunda ısınmasına benzetebiliriz. Dönemsel sıcaklıkların değiştiği, bilgisayar ve telefonlarımız üzerinden veri kullanımımızın arttığı zamanlarda, yani yoğun kullanım paralelinde veri merkezlerindeki işlemler artıyor ve bunlara bağlı olarak da ısı yükleri artıyor. Bu ısı yüklerinin de oradan uzaklaştırılması gerekiyor. Isı yüklerinin uzaklaştırılması için; Chiller ve DX üniteler gibi klasik metotlar da var. Fakat maliyet açısından baktığımızda, klasik chiller çözümünü baz alacak olursak free cooling bir chiller kullanıldığında %25, endirekt adyabatik soğutuculu sistem kullanıldığında ise %70’lere varan bir işletme tasarrufu söz konusu oluyor.

DC Master Adia Mechanic Cooler’ın ismi 3 metotla soğutma yapmasından geliyor. Bu metotlardan biri “free cooling”. DC Master Adia Mechanic Cooler, iklim koşullarının uygun olduğu dönemlerde free cooling yapıyor, dış havayı ısı geri kazanım eşanjöründen, iç havayı da eşanjörün diğer hattından geçirerek soğutma sağlıyor. Bu arada şunu da belirtmemde fayda var; talep edilen sıcaklıklar veri merkezinden veri merkezine değişim göstermekle beraber, genellikle üfleme sıcaklığı 24°C, dönüş sıcaklığı da 36°C istenir. Sistem, yaklaşık 12°C’lik bir sıcaklık farkıyla çalışıyor.

Diğer bir metot olan “Endirekt Adyabatik Soğutma” havaya su püskürtülerek suyun buharlaşması ile sağlanıyor. Bu yolla dış havanın sıcaklığı yaş termometre sıcaklığına yaklaşıyor. Isı geri kazanım eşanjörü sayesinde de endirekt metotla veri merkezinin havası soğutuluyor. Dışarıda hava sıcaklığı 20-25°C civarındayken yaş termometre sıcaklığı 16-17°C civarında olabiliyor. Böylelikle 16-17°C’lik bir sıcaklığa ulaşıldığı takdirde içeriden dönen 36°C’lik havayı 24°C’ye kadar soğutma imkânı elde ediliyor.

Üçüncü metot ise kompresör ve soğutucu akışkan kullanılarak yapılan “mekanik soğutma”. DC Master Adia Mechanic Cooler, bu üç soğutma metodunu kullanarak çalışıyor. Mevsim koşullarının uygun olduğu dönemlerde free cooling, free cooling’in yetersiz olmaya başladığı dönemlerde endirekt adyabatik soğutma devreye giriyor ve endirekt adyabatik soğutmanın da yetersiz kaldığı, yüksek sıcaklıklı, yüksek bağıl nemi olan dönemlerde ise mekanik soğutma sistemi destekli çalışıyor.

Öyle dönemler oluyor ki; endirekt adyabatik soğutma desteği ile enerji harcaması free cooling’den daha az oluyor, yani free cooling aslında o kadar da free değil, onun da bir bedeli var. İhtiyaç olan soğutma kapasitesini elde edebilmek için hava debisinin buna uygun şekilde kullanılması lazım. Dış hava sıcaklığı biraz yükselmeye başladığında, 20-22°C civarındaki ısı transferinin, veri merkezi salonuna sağlanması gereken 24°C’lik hava sıcaklığıyla beklenen kapasiteyi elde edebilmek zorlaşıyor. Her bir cihazın yaklaşık 200 kW’lık soğutma kapasitesi verebilmesi gerekiyor. Farklı büyüklükler var ama ben bir örnek üzerinden gitmeye çalışıyorum. 200 kW’ı elde edebilmek için termodinamik denkleme baktığımızda ya sıcaklık farkını ya da hava debisini artırmamız gerekiyor ki, aynı soğutma kapasitesini elde edebilelim. Dış hava ile iç hava arasındaki sıcaklık farkının azaldığı yerde hava debisini artırmak gerekiyor. Hava debisini artırdığımız zaman da fan devrini artırıyoruz ve daha çok enerji çekiyoruz demektir. Fanın çektiği enerji, hava debisinin veya devrinin küpüyle orantılı olarak değişiyor. Küçük devir değişiklikleri dahi çok yüksek enerji sarfiyatlarını beraberinde getiriyor. Mekanik ya da adyabatik soğutma olmadan bir yere kadar free cooling yapmaya devam edebiliyoruz ve bu da hava debisini yükselterek, enerji sarfiyatını artırıyor. DC Master Adia Mechanic Cooler’ın avantajı da düşük enerji sarfiyatlı olarak çalışabiliyor olması. Bunu sağlamak (cihaz içerisindeki algoritma sayesinde) hem iklim koşullarının gerektirdiği mod ile çalışmaya, hem de maliyete bakıyor. Bunlara bakarak, su ve elektrik birim fiyatını da girebiliyoruz. Örneğin; dış hava sıcaklığı 15°C iken dahi endirekt adyabatik soğutmayı çalıştırıyor ve dış hava tarafı sıcaklığını düşürüyor. Böylelikle daha küçük hava debisiyle soğutma yapabiliyor, az bir su sarfiyatı ilave edip, enerji sarfiyatını önemli seviyelerde aşağı çekebiliyor. Bunların hepsine cihaz kendi karar veriyor. Bazı durumlarda mekanik soğutmayı devreye sokmak, endirekt adyabatik veya free cooling çalıştırmaktan daha ekonomik olabiliyor. Onu da sistem görüyor, kendisi karar veriyor ve o modda çalışmaya geçiyor. Sistem, modlar arasında iklim koşullarını ve maliyeti dikkate alarak uygun olanı seçiyor ve bunlar arasındaki uygun kombinasyona göre çalışıyor.

DC Master Adia MEchanic Cooler'ın Klima Santralinden En Farklı Yönü: Otomasyon Yazılımı ve Algoritması
Veri merkezlerinin performansını ölçmeye yönelik Power Usage Efficiency (PUE) diye bir büyüklük var. PUE, kullanılan enerjinin ne verimlilikte kullanıldığının, yani belli bir ısı yüküne karşı soğutma için kaç kW’lık enerji harcadığınızın bir ifadesi. Veri merkezi geneli için PUE değeri söz konusu iken, veri merkezinin DC Master gibi bileşenleri için benzer şekilde hesaplanan, Partial Power Usage Efficiency (pPUE) söz konusudur.

Geliştirdiğimiz hesaplama yazılımı, klima santrali seçim programına benzer fakat DC Master Adia Mechanic Cooler için özelleştirilmiş bir yazılım. Windows tabanlı olan BOREAS DC Master algoritma seçim programı, seçilen hava koşulu için pPUE değerini hesaplayabiliyor, düşük pPUE ve düşük işletme maliyetini optimum noktada buluşturabilmemize olanak sağlıyor.

Belirli bir ortamın sıcaklık ve nem koşulları için DC Master’a ait genel performans verileri, sıcaklık verileri ve veri merkezi tasarım kriterlerine yaklaşımını hesaplayabiliyoruz, otomasyon sistemimizin buna göre çalışmasını sağladığımız gibi ayrıca bu verileri test sistemimizde doğruluyoruz. Otomasyon sistemimizin merkezinde dokunmatik ekran ile desteklenmiş PLC kontrol paneli bulunuyor. Yüklü olan algoritmamız sayesinde sıcaklık ve nem koşulları hedeflerini sıcaklık dalgalanmalarına yol açmadan kısa zaman aralığında tutturabiliyoruz.

DC Master Adia Mechanic Cooler’ın klima santralinden en farklı yönü; otomasyon yazılımı ve algoritması. Kontrol sistemi içerisinde yer alan algoritmayı Boreas A.Ş. olarak biz geliştirdik. Yani cihazı bir taraftan mekanik olarak tasarlarken, diğer taraftan da geliştirdiğimiz algoritma ile otomasyon yazılımını oluşturduk. Veri merkezi işletmecilerinin talebi; cihazın 24°C sıcaklığı sabit olarak sağlaması, bunu yaparken de en az enerjiyi sarf etmesi ve mod değişikliklerinde herhangi bir şekilde sıcaklık değişimlerine sebep olmaması, basınç dengesini sağlayabilmesi. Tüm bunların yanında %40-%60 aralığında nem koşulunu da sağlaması gerekiyor. Yani bu sistemin sıcaklık, nem ve basınç koşullarını dengede tutması gerekiyor. DC Master, bunların hepsini sağlayabilen bir cihaz. Otomasyon için geliştirdiğimiz yazılımda kendimize özgü algoritma sayesinde sıcaklık hedeflerini, hava debisini çok hızlı bir şekilde tutturduğumuzu, sıcaklık dalgalanmalarına sebep olmadan sıcaklığın sabit seyrettiğini testler sırasında gördük. Cihaz, veri merkezinde ne kadar ısı yükü olduğunu tespit edebiliyor ve bu tespit ettiği ısı yüküne bağlı olarak bir çalışma noktası belirliyor. Dış hava koşullarına bakıyor ve dış hava debisini belirliyor. Bunlar belli olduktan sonra, dış hava debisi ve çalışma modları üzerinde oynamalar yaparak, sabit sıcaklık sağlıyor. Bu sabit sıcaklığı sağlamak adına yüklediğimiz algoritma, cihazı hesapladığı çalışma noktasında çalıştırırken PID kontrolü de yaparak, hassas ayarlama sağlıyor. Klasik anlamda bir klima santrali otomasyonu gibi çalışsaydı, PID’yi başlangıçtan itibaren yapmaya başlayacak, 24°C’lik çıkış sıcaklığını elde edebilmek için sıcaklığın yukarıya ve aşağıya salınmasına yol açacaktı, yani dalgalanmalar olacaktı. Sonunda da sinüsün genliğini azaltarak set edilen sıcaklığa ulaşmaya çalışacaktı. Bu zaman alan bir süreç, oysa DC Master’da çok hızlı bir şekilde hedefe ulaşabilen ve dalgalanmaların olmadığı çok farklı bir algoritma kullanmış olduk.

Hem DC Master hem test sistemi hem de yazılımlar olmak üzere, aslında üç projeyi kısa bir sürede gerçekleştirdik. Tüm bunları bir seneden az bir sürede yapmış olmamız, Ar-Ge ve mühendis ekibimizin çok güçlü olduğunu gösteriyor. Test sistemi hakikaten zor bir süreçti. Çünkü veri merkezi cihazının bir fan sistemi var, bu bir debi ve basınç oluşturuyor. Buna seri bağlanmış, test merkezine ait ikinci bir fan sistemi daha var ve bunları uyum içinde çalıştırabilmek, kanallarda ölçülmesi gereken debi ve basıncı proje değerlerine otomasyon ile getirebilmek ve sabit tutabilmek gerekiyor. Dış ve iç hava şartlarının benzetimini sağlamak üzere bir chiller ve kazan sistemimiz bulunuyor. Böylece mevsimlerden bağımsız olarak +15°C / +40°C aralığında dış hava sıcaklığı, +30°C / +40°C veri merkezi dönüş sıcaklığı oluşturulabilmektedir.

DC Master Adia Mechanic Cooler Soğutma Görevini Aksatmadan Nem Alma da Yapıyor
Veri merkezlerinde enerji harcamalarını azaltmak için PUE’yi düşük tutmak gerekiyor. Düşük PUE sağlamak için de DC Master Adia Mechanic Cooler gibi cihazlar kullanmak gerekiyor. Soğutma, veri merkezlerinin işletme maliyetinde çok önemli bir paya sahip olduğundan soğutma cihazlarının çok verimli olması şart. Bunun için pPUE değerinin düşük olması gerekir. DC Master Adia Mechanic Cooler cihazımızda pPUE değerini düşük tutmak üzere en yüksek verimli EC motorlu fanlar ve özel yüksek COP değerine sahip kompresörler kullanıyoruz. Cihazın içindeki tüm bileşenlerin en yüksek verimi sağlaması gerekiyor. Çok düşük dirençli filtreler kullanıyoruz. Cihaz içinde sızdırmazlığı yüksek olan ve 2000 Pa’da teste tabi tutulan reküperatörler kullanıyoruz.

Nem alma fonksiyonu için BOREAS’a özel bir tasarım gerçekleştirerek, DC Master Adia Mechanic Cooler’ın soğutma görevini aksatmadan nem almasını da sağladık. DC Master’da yedekleme mantığı çok yüksek seviyede. Hem fanlar hem kompresörler yedekleme mantığıyla çalışıyor. Nominal debiyi sağlamak için 5 fan yeterli, fakat 6 fan kullanılıyor, biri yedek ama o da sürekli çalışıyor. Nominal debiyi sağlamak için bütün fanlar düşük devirle çalışıyor. Fanlardan birinin arızalanması halinde, kalan 5 fanın devirlerini yükselterek yine aynı performansı vermelerini sağlıyoruz. Kompresörlerde de yine benzer şekilde. Bunun dışında cihaz bir miktar taze hava alabiliyor. İçeride insanların çalıştığı dönemler oluyor ve bu dönemlerde cihaz taze havayı da sağlayabiliyor. Ayrıca içerideki basınç dengesinin korunması da önemli, DC Master basınç dengesini de koruyabiliyor.

Veri merkezi içerisinde beyaz ve sıcak alanlar diye ayrılmış bölümler var. Beyaz alan soğuk bölge, 24°C havanın üflendiği bölgedir. Sıcak alan ise serverlar da ısındıktan sonra havanın toplandığı bölümdür. Orada sıcaklık 36°C’yi bulur. Bu alan içerisinde kapıların açılması halinde basınç dengesi değişir. Havanın her zaman soğuk taraftan sıcak tarafa doğru akış yapabilmesini sürdürebilmek gerekiyor, bunun için de içeride basınç sürekli ölçülüp kontrol altında tutuluyor. 5 Pa gibi basınç farkının devamlı sağlanabilmesi gerekiyor. Basınç sensörleri durumu algılıyor, buna bağlı olarak otomasyon sistemi fan devirlerini ayarlıyor ve basınç dengede tutuluyor.

Test Merkezinin Tasarımı
Test merkezimizi, çeşitli dizayn şartlarında cihaz performans ölçümünü gerçekleştirecek şekilde tasarladık. Test merkezindeki bütün sensörler, öncelikle kalibrasyon işleminden geçirildi, sertifikalandırıldı. Alman kuruluşu TÜV Rheinland da test gözetimi yaptı. Gözetim öncesinde TÜV Rheinland başka bir kalibrasyonlu cihazla sensörlerin doğru ölçüm yapıp, yapmadığını kontrol etti. Böylelikle sensörler hem kalibre edilmiş oldu hem de doğru ölçüm yaptığı için onaylanmış oldu. Test merkezinin tasarımı yurtdışında da benzer usullerle yapılıyor. Bizim de burada uyguladığımız şekilde dış ve iç havanın benzetimi iki adet klima santrali ile gerçekleştiriliyor. Elimizdeki bu sistemle ve ona bağlanmış kazan ve chiller sistemiyle +15°C /+45°C arasında dış hava koşullarının benzetimini yapabiliyoruz. Dış havayı istediğimiz sıcaklığa getirmek adına klima santrallerinden birini kullanıyoruz. İç hava için ise ikinci bir klima santralimiz var, bu klima santralimiz de yine 36°C dönüş hava sıcaklığını sağlıyor.