Veri merkezleri , bilgisayar sistemleri ile telekomünikasyon ve veri ambarları gibi ek sistemleri barındıran tesislerdir. Veri merkezlerinde işlenen ve saklanan verinin önem derecesine göre elektrik, mekanik, güvenlik sistemleri değişmektedir.

Gelişmişliklerine göre dört seviyede sınıflandırılırlar:

• Tier 1: Küçük işletmelere hizmet veren veri merkezidir. IT, elektrik, mekanik tesisat yedeksizdir. Genel olarak 10 dk’dan daha fazla bir enerji kesintisine önlemleri yoktur.
• Tier 2: Enerji ve soğutma sistemlerinde kısmen yedeklik içerir. Jeneratör kullanarak 24 saatlik bir enerji kesintisine dayanabilmektedir.
• Tier 3: Yedek elektrik şebekesi içerir. Jeneratör kullanarak 24 saatlik bir enerji kesintisine dayanabilmektedir.
• Tier 4: Bütün Tier 3 kriterlerini sağlar. Ek olarak 96 saatlik kesintiye dayanabilmektedir. 7/24 çalışan personel ekibi mevcuttur. Yer seçiminde dikkat edilmesi gereken teknik kriterlere göre hareket edilir, yüksek güvenlik önlemleriyle işletilir.

Oransal olarak %99,982 ile %99,995 arasında %0,013 değeri sembolik gibi gözükse de uygulamada önemlidir. Bir yıllık yani 525600 dakikalık bir süreyi dikkate aldığımızda Tier 3 Seviye yaklaşık 95 dk kullanım dışı kalırken, Tier 4 Seviye yaklaşık 27 dakika kullanım dışı olur. 1 saatlik bir süre servis dışı kalmak, örneğin bir banka için finansal açıdan yüksek maliyet kayıplarına neden olur.

Tier seviyesi yükseldikçe sürekli rejimde sürecin ilerlemesinin önemi artar. Sürekli çalışan elektronik cihazlar için soğutma sistemi önemlidir. Soğutma sistemi:

• Veri merkezinde bulunan cihazların yüksek hızda çalışmasını sağlar.
• Cihazların çalışma sıcaklığını düzenler ve kontrol altında tutar.
• Cihazların performansını arttırır ve ömürlerini uzatır.
• Çalışma sıcaklıklarını düşük tutarak cihazların elektrik tüketimini azaltır.
• Yangın riskini düşürür.

Sonuç olarak, veri merkezinde soğutma sistemi kritik bir konudur ve üstünde iyi durulması gerekir. Genel olarak çalışma prensibi, sıcak hava içeriden dışarıya, soğuk hava ise dışarıdan içeriye taşınması üzerinedir.

Bu önem göz önünde bulundurulduğunda soğutma sistemi için strateji belirlemenin de önemi açığa çıkar. Güç soğutma ve maliyet kriterleri için gelecek durum senaryoları modellenmelidir.

Yer seçiminde bölgenin iklimiyle birlikte, dinamik olarak meteorolojiye dayalı hakim rüzgar yönleri ve şiddeti de tasarım kriterlerinde irdelenmelidir. İklim nasıl bir soğutma stratejisinin izleneceğinin en önemli olgularındandır. Dış ortam ekstrem hava sıcaklığına göre klima santrallerinin kapasite seçimi yapılır.

Güç tüketimlerinin artmaması ve klima ünitelerinin çalışmaması gibi sorunların engellenmesi için ünitelerin taze hava atmosfer emiş sıcaklığı önemlidir.

Bypass Oranı

Meteorolojiye kısmen bağlı, kısmen de tasarım hatalarından dolayı ünitelerin emiş yüzey sıcaklıkları her zaman atmosfer havasının sıcaklığıyla soğutma yapamaz. Emiş yüzey sıcaklıklarının dış hava sıcaklığıyla çalışması temel beklentidir. Fakat bu koşul bypass problemi sebebiyle işletme zamanında sistemi mevcut durum ve fail senaryoları açısından zorlar.

Bypass, bir veri merkezinde soğutma sisteminin taze hava alım menfezlerinden doğrudan dış atmosfer havası yerine, diğer sistemlerden gelen karışım havasını alması durumudur. Bu koşul özellikle yaz aylarında kritik öneme sahiptir. Jeneratör bacası, odası ya da diğer iklimlendirme sistemlerine ait işlenmiş ve atmosfere bırakılan hava doğrudan ya da dolaylı soğutma makinalarının emişine gidebilir. Bu durumda atmosfer havasından daha sıcak bir havayla soğutma, makinaların tüketimini artırır.

Yüksek bypass oranı, veri merkezi için yetersiz soğutmaya işaret eder ve veri merkezinin performansını ve güvenliğini olumsuz etkileyebilir. Diğer taraftan, düşük bypass oranları, veri merkezinde daha yüksek enerji verimliliği ve maliyet tasarrufu sağlayabilir.

Atış havasının, emiş ağzına yönelmemesini sağlayacak tasarım değişikliği (konum değişimi, boru ve kanal ekleri vb.) belirlenmiş tasarım kriterleri üzerinde yapılabilecek en makul iyileştirme alternatifi olabilir.

Bypass oranı ile yüzey sıcaklıkları arasında kesin bir katsayı olmasa da bağlantı vardır. Örneğin dış atmosfer ortam sıcaklığı 41,5 °C olan bir ortamda, emiş yapan bir ünitenin emiş yüzey sıcaklığının da 41,5 °C olması beklenir. Ama jeneratör egzozu, havalandırma egzozu, iklimlendirme ünitesinin kendi atışı, emiş yüzeyinden emilerek sıcaklığı arttırabilir. Bu korelasyonun kurulabilmesi ve doğru tasarım için CFD analizlerinden faydalanılır. CFD analizleri model üzerinden birden fazla senaryonun pratik yöntemlerle denenmesini düşük maliyetlerle sağlayacaktır.

Bir örnek üzerinden bypass oranı hesabı yaparsak:

Atmosfer havası sıcaklığı 41.5 °C olan bir ortamda, bir veri merkezinin çatısında 10 adet

• iklimlendirme ünitesi (emiş ve atış menfezleri),
• jeneratör odalarından atılan gazlar için jeneratör bacası,
• jeneratör fanları ve
• jeneratör taze hava emiş menfezleri bulunsun. Tasarımda odaklanacağımız nokta iklimlendirme ünitelerinin atış yönleridir.

Analizde uygulayacağımız sınır şartlarımız da önemlidir. 41.5 °C atmosfer sıcaklığı dışında uygulanan rüzgar profili ve cihazların sınır şartlarını da tanımlamalıyız.

Şekil 2, Şekil 3 ve Tablo 2’de tanımlanan sınır şartları ile 75 saniye zamana bağlı tamamlanan analiz sonucunda Şekil 4 ve Şekil 5’te görülen sıcaklık dağılımları oluşur. Rüzgar yönü ve cihazların egzoz atış yönlerinden dolayı Şekil 5’te işaretlenen tarafta sıcaklık yığılması oluşur. Bu sıcaklık yığılması atmosfer havası yerine iklimlendirme cihazının egzozu, baca egzozu gibi işlem görmüş gazların tekrar iklimlendirme cihazı tarafından emilmesi sebebiyledir. İklimlendirme ünitesinin egzozundan kaynaklanan sıcak havanın tekrar emiş havasına bypass olması en temel nedendir, jeneratör atık gazları yüksek hız ve sıcaklık sayesinde doğrudan atmosfere karışırlar ve çok az miktarı emiş ünitesine geri gelir. Bunun sayısal olarak takibini CFD analizleri ile yapmak mümkündür.

Bu sorunu çözmek için ünitelerin atışlarını yukarı yönlü verelim ve analizi tekrar tamamlayalım.

Şekil 8 ve Şekil 9’da görüldüğü gibi ünitelerin emiş yönlerine sıcaklık yığılımı sorunu çözülmüştür. Yukarı yönlü iklimlendirme cihazı egzozları, işlem görmüş sıcak havayı emiş ünitelerine yönlendirmeden doğrudan atmosfere vermektedir. Bu sayede bypass oranı düşmüş ve buna bağlı olarak emiş menfezi sıcaklığı da düşmüştür. Bu iyileştirme önerisi proje tasarımı özelinde değişken bir husustur.

Çıkan sonuçlara irdeleyecek olursak, bypass oranı ile yüzey emiş sıcaklığının doğrudan ilişkili olduğunu görürüz. Bypass oranı yükseldikçe yüzey sıcaklıkları olması gereken sıcaklıklardan uzaklaşır. Bu durum ünitelerde fazladan soğutma gücüne ihtiyaç doğurur, bu ihtiyacın karşılanması için daha fazla güç tüketimi oluşur, bunun yanı sıra nominal değerlerinin üzerinde çalışacak bir ünitenin bakım masrafları da yükselir.

Şekil 6 ve Tablo 3’te bulunan sonuçları irdelersek, egzozu yukarı yöne bir kanalla yönlendirmek bypass oranında %40’lara varan iyileştirme ve 5°C derece soğuma sağlayabilir.

 Varsayalım ki bu ünitelerin günlük 12 kW soğutma ihtiyacı karşılasın, COP değerleri 3 olsun. Bunlara bağlı olarak 4 kW güç harcadıklarını kabul edelim. 5 °C derece soğuma bize günlük 20 kWh/gün enerji sarfiyatında azalış sağlayacaktır. 5 adet cihazın optimize edildiğini, düşünürsek 100 kWh/gün enerji sarfiyatında azalış görülür.

Özetle bypass oranı ve yüzey emiş sıcaklıkları bir soğutma makinesinde doğrudan sarfiyatı etkileyen parametrelerdendir. Sonraki haftalarda bypass oranı, yüzey sıcaklıkları ve elektrik maliyetleri arasında bir model kuracak ve kapsamlı bir maliyet analizini inceleyeceğiz.