Bloco de rotação de condicionadores de ar: dispositivo, regras de conexão e configuração do módulo

A quebra de um condicionador de ar no escritório não interrompe o trabalho da equipe, certo? A situação é bem diferente nas salas de servidores, onde é necessário um resfriamento contínuo do ar. Ao incluir o bloco de rotação de condicionadores de ar no sistema, evita-se até mesmo o breve excesso dos valores limites de temperatura.

Essa solução evita a falha dos equipamentos do servidor e cria condições para a execução estável das tarefas de serviço. Vamos explicar como organizar o bloco de rotação. Explicaremos como fazer a redundância dos condicionadores de ar e daremos dicas sobre como instalar e configurar o dispositivo.

Indicadores de temperatura do ar na sala de servidores

Blocos de rotação são implementados nos sistemas de climatização de muitos laboratórios, data centers, oficinas de produção em indústrias de alta tecnologia. É um elemento indispensável no equipamento de salas de servidores, que existem em praticamente toda organização séria.

Na era da tecnologia da informação, até mesmo empresas novas e em crescimento buscam usar seus próprios equipamentos de servidor para processar, armazenar e trocar dados com parceiros e clientes.

Ao regime de temperatura na sala de servidores são impostas exigências rigorosas, cujo cumprimento só é possível com a presença de dois ou mais condicionadores de ar

Para o equipamento de servidor é destinada uma sala tecnológica separada, a chamada sala de servidores, onde é necessário manter as condições de operação especificadas na documentação técnica do fabricante. Em particular, um dos parâmetros mais importantes é a temperatura do ar.

De acordo com a recomendação da Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE), a temperatura nas salas de servidores deve estar entre 18 °C e 27 °C. A maioria das empresas especializadas, por exemplo, as que fornecem serviços de hospedagem, não permitem que a temperatura do ar ultrapasse 24 °C.

O aumento da temperatura, mesmo por um curto período, pode causar falhas no equipamento servidor, e para eliminar o acidente será necessária a substituição de componentes caros.

Limites de temperatura tão rigorosos são devidos às características operacionais dos servidores. O superaquecimento local de alguns dispositivos que compõem o servidor leva à sua quebra. No final, tudo se resume à perda de informações importantes, interrupções nos processos produtivos, comerciais, logísticos e, consequentemente, à perda de reputação e lucro.

O servidor moderno é equipado com um sistema interno de dissipação de calor. Todos os componentes internos que geram calor durante seu funcionamento são resfriados. Mas é impossível evitar completamente a troca de calor devido à falta de vedação do gabinete. Apesar dos dissipadores e até do resfriamento líquido, a temperatura dentro do gabinete será próxima à temperatura ambiente.

Os seguintes componentes são mais sensíveis às condições climáticas de operação:

• processador central;
• disco rígido;
• memória RAM.

Com o aumento da temperatura, ocorre a expansão dos materiais que compõem os componentes do disco rígido. Isso leva à falha dos discos magnéticos, cabeçotes e sistema de posicionamento. Problemas com o disco rígido podem resultar na perda de informações importantes.

Para resfriamento local de processadores de servidor e memória RAM, são utilizados dissipadores metálicos, mas com um aumento significativo da temperatura do ar ambiente, eles não conseguem fornecer proteção contra superaquecimento.

Em servidores modernos, são instalados dispositivos de memória RAM equipados com seu próprio sistema de resfriamento passivo (dissipadores). Mas a situação não muda com isso. Os dissipadores podem salvar a RAM apenas com um aumento de temperatura muito breve e insignificante. Mas com um aquecimento mais forte do ar, eles são ineficazes.

O sistema de proteção do processador é acionado automaticamente em caso de superaquecimento, o que leva ao desligamento do servidor e à impossibilidade de sua operação normal e ininterrupta. Muitos microchips também não toleram altas temperaturas, especialmente nas pontes sul e norte.

Não se deve contar que, se a temperatura externa (da rua) estiver em uma faixa aceitável, é possível dispensar o resfriamento do ar na sala do servidor. É necessário levar em consideração todos os indicadores de geração de calor e influxos de calor. Assim, a potência térmica dos servidores é de 80-90% da potência elétrica consumida e frequentemente ultrapassa 1 kW.

Portanto, o uso de equipamentos caros e importantes para a solução de tarefas de negócios, sensíveis a aumentos e flutuações de temperatura, requer um condicionamento de ar adequadamente organizado, no qual cada sistema split deve funcionar sem interrupções.

Finalidade e estrutura do bloco de rotação

A organização do sistema de resfriamento através da instalação não apenas de condicionadores de ar principais, mas também sobressalentes, reservas, por si só não resolve a situação.

É necessário coordenar o funcionamento de todos os aparelhos de forma que, em quaisquer condições, a temperatura no ambiente permaneça estável. Para esse fim, utilizam-se complexos especializados, que frequentemente são chamados simplesmente de coordenadores.

Organização do sistema de climatização, incluindo os condicionadores de ar principal e reserva, uma unidade de controle, duas unidades de execução e três sensores térmicos com conexão ao barramento para notificação de incêndio e situações de emergência.

O complexo padrão inclui uma unidade de controle e unidades executoras. Juntos, eles desempenham as seguintes funções básicas:

• controle do funcionamento do sistema;
• comutação dos condicionadores de ar em caso de falhas;
• garantia do funcionamento alternado;
• distribuição uniforme das horas de trabalho.

Um sistema de climatização confiável para a sala de servidores consiste em pelo menos dois condicionadores de ar: o principal e o reserva. Cada um deles, pelas suas características técnicas, deve ser capaz de manter as condições de temperatura necessárias na sala de servidores.

Quando um condicionador de ar quebra, o módulo de rotação liga rapidamente o segundo aparelho, que está em boas condições. Ao executar esta função, os sensores térmicos são acionados, medindo a temperatura e reagindo ao menor aumento. A função de reserva ajuda não apenas em situações de emergência, mas também, por exemplo, durante manutenção programada e reparo dos condicionadores de ar.

Uma das opções de organização do sistema de refrigeração na sala de servidores com um bloco de reserva e alimentação dos condicionadores de ar a partir de um disjuntor separado

A implementação dessa solução permite trocar os filtros, recarregar os condicionadores de ar com refrigerante, realizar operações mais complexas em qualquer momento conveniente, enquanto continua a manter o microclima ideal na sala de servidores.

O bloco de rotação também garante o funcionamento alternado dos condicionadores de ar e sistemas split e, como resultado, o tempo total de operação é aproximadamente o mesmo. Isso prolonga o período entre manutenções e a vida útil do equipamento de resfriamento.

Esquemas de redundância de condicionadores de ar

É possível implementar vários esquemas de reserva, que são convencionalmente designados como N+1 e 2N, onde N é o número de condicionadores de ar que desempenham a mesma função no sistema (do inglês 'Need' – 'Necessidade').

O esquema mais simples, que implica o uso de apenas um condicionador de ar reserva, é o N+1. Se o sistema de rotação não estiver configurado, o condicionador de ar reserva é ligado apenas em casos de emergência e assume toda a carga.

No sistema pode haver vários condicionadores de ar principais em operação e cada um deles tem um condicionador de ar reserva, o que é designado como 2N e significa 100% de reserva. É claro que quanto mais condicionadores de ar reserva, maior a tolerância a falhas do sistema.

Particularidades da instalação no exemplo do BURR-1

Mostraremos como é feita a instalação com um exemplo concreto. Na Rússia, são amplamente utilizados os blocos de controle de rotação e redundância BURR-1, que funcionam em conjunto com os blocos executivos especializados BIS-1. O número de blocos executivos pode variar dependendo do número total de aparelhos de ar condicionado no sistema.

Esquema de conexão do BURR-1 e BIS-1 com transmissão de sinais por canal infravermelho, com possibilidade de coordenação do funcionamento de 15 aparelhos de ar condicionado

A configuração do BURR-1 inclui, além do próprio dispositivo, um sensor de temperatura. Os blocos executivos são adquiridos para cada aparelho de ar condicionado. Eles são equipados com uma sonda IV e uma almofada adesiva dupla-face para fixá-la. O termossensor é adquirido separadamente.

Ressalta-se que a configuração dos coordenadores depende do fabricante e frequentemente inclui todo o conjunto necessário de termossensores e acessórios auxiliares.

Antes do início dos trabalhos de instalação, o equipamento é desligado da energia elétrica, e outras exigências de segurança são observadas.

O BURR-1 possui um invólucro de plástico, conveniente para instalação em um perfil metálico especial – trilho DIN, que é colocado no quadro elétrico, próximo aos disjuntores. Para este fim, um trilho DIN de 3,5 cm de comprimento é adequado.

O BIS-1 é instalado sobre o aparelho de ar condicionado ou diretamente no seu invólucro, fixado com uma almofada adesiva dupla-face. Na área de entrada das persianas direcionais, fixa-se o sensor de temperatura. É aqui que ele poderá detectar o fluxo de ar frio e determinar que o aparelho de ar condicionado está em funcionamento.

Além disso, o sistema necessita de um termossensor remoto comum, que é instalado em um suporte na parede da sala do servidor, a uma distância igual dos aparelhos de ar condicionado. Este sensor não deve sofrer influência térmica externa, por exemplo, proveniente de radiadores de aquecimento.

Caso seja possível organizar a fiação elétrica, o bloco de controle BURR-1 pode ser instalado fora da sala de quadro elétrico, por exemplo, na parede ou até mesmo em uma sala adjacente.

Ao BURR-1 são fornecidos um manual e uma instrução detalhada, onde são dadas recomendações de instalação e apresentados esquemas; uma das vantagens do modelo é a conexão do termossensor e da alimentação elétrica sem a necessidade de respeitar a polaridade.

A sonda do emissor é instalada de modo que ela "olhe" para o fotodetector do aparelho de ar condicionado a uma distância não superior a 10 cm, com um ângulo de desvio permitido de 45-60 graus.

O alcance de transmissão de um sinal de rádio estável é de 50 metros. Ou seja, é a distância máxima entre os blocos principal e executivo. É desejável reduzi-la para diminuir o nível de interferência proveniente de equipamentos externos.

Devem ser destacadas as seguintes características da instalação:

• ausência de cabos;
• possibilidade de expansão do sistema;
• implementação de diferentes esquemas de redundância.

Ao conectar o módulo de rotação dos condicionadores de ar, não será necessário estender cabos para transmitir sinais de controle, o que, além disso, economiza espaço na sala do servidor. A composição do sistema de ar condicionado é variável.

Podem ser incluídos diferentes números de condicionadores de ar, com potências distintas. À medida que a empresa se desenvolve e aumenta a infraestrutura da sala do servidor, pode adicionar novos condicionadores de ar ao sistema conforme necessário (até 15 aparelhos no total).

Princípio de funcionamento do bloco de rotação

Durante a operação com o BURR-1, comandos são transmitidos por rádio na frequência de 433 MHz para os módulos executores, que ligam e desligam os condicionadores de ar usando emissores infravermelhos, de acordo com as configurações estabelecidas. Os condicionadores de ar devem ser equipados com fotoreceptores. A maioria dos modelos modernos, inclusive domésticos, atende a esse requisito.

O módulo executor BIS-1M é geralmente instalado na parede diretamente acima do condicionador de ar; durante a operação, recebe sinais de rádio do módulo de controle e envia comandos para ligar e desligar o condicionador de ar via canal IV.

É realizado o monitoramento contínuo dos sensores de temperatura. Comparando os dados obtidos, determina-se o estado de cada condicionador de ar. Se o condicionador de ar estiver ligado e o sensor instalado em suas persianas indicar que a variação de temperatura na saída é inferior a 2 °C, as potências de reserva são ativadas e um sinal de alarme é emitido.

Como é realizada a configuração

Com base nas configurações do módulo de rotação definidas pelo usuário, os condicionadores de ar são ligados e desligados. É respeitada uma ordem específica e intervalos de tempo determinados.

Para acessar o menu de configurações do módulo de controle, pressione «Enter». Se as configurações forem alteradas durante a operação, no momento em que este botão é pressionado, o módulo pode estar transmitindo comandos de acordo com o protocolo anterior. Nesse caso, será necessário aguardar um pouco, continuando a pressionar «Enter».

Os itens do menu de configurações são agrupados em várias categorias, incluindo o registro dos módulos executores, parâmetros de tempo e temperatura. As informações sobre o funcionamento do sistema são exibidas no visor do módulo de controle. São apresentadas na forma de frases claramente formuladas e símbolos convencionais. No visor, é possível ver o tipo de comando transmitido e seu status atual, o que facilita a configuração e a operação subsequente do BURR-1.

Utilizando o painel de controle, é atribuído um número a cada condicionador de ar e definida sua função. Os condicionadores de ar são agrupados de acordo com sua função: reserva, participantes da rotação, etc.

O painel frontal do BURR-1 com display LCD e botões de controle, devido ao seu tamanho compacto, ocupa pouco espaço no quadro elétrico; graças à ergonomia bem projetada, é conveniente para definir configurações.

Usando o painel de entrada de dados, defina os valores máximos permitidos de temperatura na sala do servidor, a temperatura de conexão, desconexão, ativação do alarme, bem como os parâmetros de tempo relativos à operação conjunta e à rotação.

O modo de operação da unidade atuadora é determinado pela mudança de cor e frequência de piscada do diodo localizado na parte inferior do invólucro. Por exemplo, quando a unidade atuadora está no modo normal e aguarda um comando da unidade de controle, seu LED pisca lentamente na cor verde.

Ao receber tal comando, uma luz amarela acende por 1-2 segundos. A execução do comando de ativação é acompanhada por piscadas frequentes na cor verde. Se ocorrer uma desativação, o LED acende na cor vermelha e também pisca frequentemente.

Após definir as configurações e desejar sair do menu, pressione o botão «ESC». Se nenhum botão for pressionado por 4 minutos, ou seja, inatividade total, a saída será realizada automaticamente.

Se não houver pressionamento de botões, pois está ocorrendo a gravação de um comando e um sinal infravermelho é esperado, a saída automática não ocorrerá. Observe que, ao realizar algumas operações, pressionar «ESC» resultará em uma saída do menu, na qual as alterações feitas nas configurações não serão salvas.

Independentemente do modelo, o processo de configuração é intuitivo, como visto na foto do coordenador de trabalho dos condicionadores de ar SRK-M3, indicando os botões de controle, sensores, LEDs de serviço e informação.

Quando a unidade está no modo de configurações, o controle de rotação é suspenso, embora todos os temporizadores continuem funcionando, contando o tempo de operação de cada grupo de condicionadores de ar e o tempo de rotação.

O processo de configuração do módulo de controle de rotação é descrito detalhadamente no manual que o acompanha.

Regras de manutenção do equipamento

Para garantir o funcionamento normal e uma longa vida útil, realize manutenções regulares nas unidades de controle e atuadoras. A cada 3-4 meses, verifique a confiabilidade da fixação, a qualidade das conexões e a integridade dos conectores. Os bornes e as superfícies externas dos invólucros devem ser limpos de poeira conforme ficarem sujos, evitando que detritos e objetos estranhos caiam sobre eles.

Fatores de escolha e funcionalidades adicionais

No mercado, estão disponíveis diferentes modelos e modificações de unidades de rotação e reserva de condicionadores de ar, diferindo entre si:

• quanto às características;
• quanto ao conjunto de funções;
• quanto ao método de montagem;
• quanto ao tipo de controle.

O sinal de controle pode ser transmitido não apenas pelo canal infravermelho, como no BURR-1, mas também por fios. A configuração difere quanto ao número de sensores de temperatura. Os próprios sensores podem operar com uma certa margem de erro, da qual depende, em certa medida, a velocidade de atuação da unidade de rotação. Também se dá atenção ao erro do temporizador. Esses e outros dados devem estar especificados na documentação que acompanha o produto.

Ao escolher o coordenador, são considerados os requisitos do sistema de ar condicionado, sua composição e configuração. Assim, para aparelhos de ar condicionado sem fotorreceptores, é possível selecionar dispositivos com tipo de controle com fio. Um critério importante é a funcionalidade do dispositivo.

Hoje, é possível adquirir unidades de rotação com uma ampla gama de funções. Além de realizar suas tarefas principais, esses dispositivos reiniciam automaticamente os aparelhos de ar condicionado cujo funcionamento foi interrompido por falta de energia elétrica. Eles impedem o desligamento dos aparelhos de ar condicionado caso alguém acidentalmente dê esse comando pelo controle remoto.

Uma das unidades de redundância mais simples para dois aparelhos de ar condicionado, à esquerda botões para registro e configuração, à direita botões para alternar entre os modos operacional e de serviço.

Ao conectar os loops de alarme, são transmitidas mensagens sobre situações de emergência. Por exemplo, uma mensagem de incêndio é enviada se a temperatura na sala do servidor subir acima de um determinado valor (normalmente a 69°C). O sinal pode ser enviado para o painel do corpo de bombeiros, também é possível notificar a equipe por meio de SMS.

Eventos e dados dos sensores térmicos são registrados em registros não voláteis. É fornecida a possibilidade de controle remoto através das interfaces RS485 e Ethernet. Há suporte para o protocolo de comunicação industrial Modbus.

Após conhecer a descrição e as especificações técnicas do dispositivo, é importante verificar a relevância de sua funcionalidade para fazer uma escolha justificada e economicamente viável.

É preciso considerar que a continuidade do resfriamento depende não apenas da unidade de redundância, mas também dos próprios aparelhos de ar condicionado. Em salas de servidores, são usados sistemas de precisão, duto e sistemas split inverter de parede. A última opção é a mais procurada, pois esses equipamentos são significativamente mais baratos e ocupam menos espaço.

Condicionadores de ar de parede garantem o resfriamento adequado das salas de servidores e, ao contrário dos modelos de precisão, podem ser usados em espaços de pequena área.

Ao escolher um condicionador de ar de parede, atenção é dada à capacidade de refrigeração, que deve corresponder ao excesso de calor a ser neutralizado.

O sistema de ar condicionado deve funcionar na sala do servidor independentemente da época do ano. Se o limite inferior da temperatura de operação dos aparelhos de ar condicionado for limitado a -10°C, kits de baixa temperatura são adquiridos adicionalmente.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Comissionamento do sistema de ar condicionado com coordenador na sala do servidor:

Desembalagem e visão geral da unidade de rotação para dois aparelhos de ar condicionado:

Para o resfriamento ininterrupto e 24 horas da sala de servidores e para evitar falhas de equipamento, são usados blocos de rotação e redundância, que ligam e desligam os condicionadores de ar de acordo com um algoritmo definido. Em caso de falha ou falta de potência de um dos condicionadores, o reserva é imediatamente ativado. Devido ao funcionamento alternado, a vida útil dos condicionadores é aumentada.

Por favor, deixe comentários no bloco abaixo. Conte sobre sua própria experiência na instalação e configuração do bloco de rotação para o sistema de climatização. Compartilhe informações úteis e fotos relacionadas ao tópico do artigo, faça perguntas.