Распечатать

Сети, № 4, 2008

Мягкий климат для серверов.

8 апреля 2008

Мягкий климат для серверов

Инженерная инфраструктура эволюцинирует вслед за потребностями вычислительных центров. И помимо стоек  с blade-серверами архитекторы ЦОДов вынуждены выбирать адекватные решения для отвода тепла.

Многие решения, предназначенные для отвода тепла, позволяют с определенной степенью эффективности решить данную задачу. Но каждое из них имеет эксплуатационные особенности, дополнительные возможности и ограничения, которые заказчик должен учитывать при выборе системы охлаждения. Ознакомимся с наиболее распространенными климатическим системами и технологиями отвода тепла в ЦОДах.

Особенности кондиционирования

Система кондиционирования ЦОДа поддерживает в замкнутом помещении климатические условия (температуру, влажность, чистоту и подвижность воздуха в заданном диапазоне), необходимые для нормальной работы основного вычислительного оборудования. Требования к таким системам отличаются от требований к климатическим системам других важных объектов. Они включают в себя следующее:

  • поддержка температуры и влажности в заданных узких диапазонах;
  • высокая надежность и отказоустойчивость, в том числе дублирование и резервирование компонентов;
  • развитые функции диагностики и предупреждения отказов;
  • простая управляемость;
  • масштабируемость;
  • минимальная занимаемая площадь;
  • соответствие стандартам TIA-942 «Телекоммуникационная инфраструктура для центров данных», отечественным СНиПам 41-01-2003 и 23-01-99.

Климатические системы ЦОДа условно можно разделить на несколько типов:

  • прецизионные кондиционеры с фреоновым контуром;
  • чиллерные схемы на базе прецизионных кондиционеров охлаждения с выносным воздушным конденсатором либо драйкуллером;
  • полупромышленные кондиционеры на базе сплит-систем — настенные, напольно-потолочные, колонного или кассетного типа.

И прецизионные, и полупромышленные кондиционеры могут работать круглосуточно и круглогодично, но между ними есть несколько различий.

Прецизионные кондиционеры

Прецизионность (от англ. рrecision) — это точность работы кондиционера, которая достигается за счет плавной регулировки вращения вентиляторов, применения дополнительных теплообменников, пароувлажнителей, контроллера с функцией осушения, электрических нагревателей и др. Конструкция прецизионного кондиционера позволяет реализовать разные схемы подачи подготовленного воздуха к шкафам с технологическим оборудованием.

Системы с прецизионными кондиционерами следует использовать в больших помещениях, в дата-центрах с высокой плотностью установки оборудования и большой тепловой нагрузкой, при необходимости поддержания температуры с точностью до 1 градуса (в диапазоне 18–21° С) в условиях относительной влажности воздуха 40–60% без выпадения конденсата. Прецизионные системы рекомендовано использовать и в тех случаях, когда температура наружного воздуха в течение года варьируется в очень широком диапазоне (выходящем за пределы от -45 до 45° С). В России такие системы внедряют операторы связи и крупные банковские структуры, эксплуатирующие большие ЦОДы.

Полупромышленные кондиционеры

Решения на базе полупромышленных кондиционеров пригодны для использования в небольших помещениях для обеспечения кратности воздухообмена не менее 10 при суммарных тепловых нагрузках до 10 кВт. Такие системы резервируются по принципу 1+1 или 2+1 в зависимости от тепловой нагрузки и геометрии помещений. Могут применяться блоки настенного либо потолочного типа. Такие решения технически целесообразны, если помещение имеет малые габариты (высота потолков до 2,5 м) или требуется поддержание температуры в расширенном диапазоне (18–24° С) при относительной влажности 20–80% без выпадения конденсата.

Пример типичного места применения полупромышленных кондиционеров — помещение для источников бесперебойного питания (ИБП).

Чиллерные схемы на базе прецизионных кондиционеров

Система холодоснабжения с чиллером наружной установки — одна из самых распространенных и достаточно простых. В качестве теплоносителя используется этиленгликолевая смесь (для предотвращения замерзания в холодное время года). Циркуляция теплоносителя в системе осуществляется с помощью насосной группы, при этом протяженность трассы и высота ее размещения ограничены только расходонапорными характеристиками.

Двухконтурная система холодоснабжения с промежуточным теплообменником с применением этиленгликоля служит для уменьшения количества гликолевой смеси в системе, удешевления технического обслуживания и удаления из ЦОДа вредной химической смеси в случае протечки. Циркуляция по двум контурам обеспечивается двумя независимыми насосными группами. В состав системы входят расширительный и аккумуляторные баки, запорно-регулирующая арматура. При использовании двухконтурной схемы всегда наблюдается разность температур гликолевого и водяного контуров, поскольку КПД теплообменника меньше единицы.

Чиллеры с конденсатором водяного охлаждения по функционалу похожи на двухконтурные, но в них роль промежуточного теплообменника выполняет сам чиллер. Фреон охлаждает внутренний водяной контур, а теплообменник конденсатора охлаждается гликолевым контуром и драйкулерами наружной установки. Циркуляция по двум контурам обеспечивается двумя независимыми насосными группами. В состав системы также входят расширительный и аккумуляторные баки, запорно-регулирующая арматура. Недостаток такой схемы — большая занимаемая площадь (по сравнению с промежуточным теплообменником), а ее достоинство — более высокий КПД, получаемый за счет уменьшения потерь на теплообменнике.

В холодный период в чиллерах может быть задействована полезная функция свободного охлаждения (freecooling). Она позволяет отводить тепло без использования энергии компрессора — за счет низкой температуры наружного воздуха. Для этих целей служит дополнительный теплообменник с вентиляторами, который может входить в состав чиллера или быть выносным.

Для «транспортировки» холода от источника его получения до охлаждаемого объекта применяют хладоносители. В кондиционерах ЦОДов могут использоваться фреон и гликолевые смеси, различающиеся по теплофизическим свойствам. Три основных хладагента — это R22, R407 и R410.

Хладагент R22 относится к группе ГХФУ (гидрохлорофлороуглеродов) и представляет собой бесцветный газ со слабым запахом хлороформа, не взрывоопасный и не горючий. Однако считается, что R22 вреден для озонового слоя земли.

По разным коридорам

Желание владельцев ЦОДов размещать максимум оборудования на меньшей площади вполне обоснованно, но оно ставит новые задачи перед производителями кондиционеров и холодильной техники, заставляет их искать новые решения. Например, в современном ЦОДе лучше использовать схемы с внутрирядными кондиционерами и изоляцией «горячих» коридоров. Отсутствие перемешивания воздуха из горячего и холодного коридоров повышает номинальную мощность системы охлаждения. Такое решение оптимально, если ряд состоит из одинаковых стоек с примерно равным тепловыделением.

Для наиболее эффективного использования климатических систем в ЦОДе можно выделить четыре зоны активного оборудования с разными схемами охлаждения:

  • зона со стойками с тепловыделением до 5 кВт. Подача подготовленного воздуха в стойки осуществляется через фальшпол, причем высота фальшпольного пространства играет важную роль;
  • зона со стойками с тепловыделением 6–10 кВт. Подача воздуха из-под фальшпола комбинируется с установкой вентиляторных доводчиков над стойками;
  • зона с нагруженными стойками с тепловыделением 10–15 кВт. Используются межстоечные кондиционеры с изолированными горячими или холодными коридорами;
  • стойки с blade-серверами суммарной мощностью 15–24 кВт, оснащенные собственными системами охлаждения.

При проектировании ЦОДа закладываются возможности будущих решений. Правильное планирование зон активного оборудования и зональная оптимизация инженерной инфраструктуры позволяют сберечь до 20–70% инвестиций в систему. Системный интегратор должен обладать опытом и необходимым инструментарием для моделирования подсистем, а также полей температуры, потоков воздуха в рабочем пространстве ЦОДа.

Антон Антонов (AAntonov@nvisiongroup.ru) — руководитель направления по системам кондиционирования, Роман Цветаев (RTsvetaev@nvisiongroup.ru) — главный инженер дирекции инженерных систем «Энвижн Груп»