Циркуляція повітря в дата-центрі - переосмислення

Безліч проблем, з якими стикаються оператори дата-центрів, пов'язані з циркуляцією повітря: локальні відмінності тиску, неефективний розподіл повітряних потоків, «гарячі точки» і «холодні точки», а також багато іншого. Більшість з цих проблем, якщо не всі, випливають з недоліків, характерних для базового проекту ЦОД.

Швидкість повітря і «гарячі точки» – боротьба з проблемою

В переважній більшості сучасних ЦОД (виключаючи об'єкти, де використовується рідинне охолодження) для передачі надмірної теплової енергії з машзалу в зовнішнє середовище потрібне застосування значного об'єму повітря. Дослідження показали, що на це йде близько 4,5 мільйона літрів повітря на хвилину з розрахунку на один мегават IT-навантаження. Під час циркуляції повітряних мас вони проходять через повітроохолоджувачі. Причому в деяких областях серверної ферми їх швидкість більш висока (особливо поблизу повітроохолоджувачів), ніж в інших.

З-за фізичного явища, названого ефектом Вентурі (також відомого як ефект інжекції потоку, що передбачає прискорення ламінарного повітряного потоку під час проходження повітряних мас через плавне звуження, яке обертається зниженням тиску в зоні звуження ), відносно висока швидкість руху повітряних мас і велика кількість вузьких повітроводів призводять до формування локальних перепадів тиску всередині приміщення з серверами. Цей ефект виступає основною причиною виникнення у машзалах ЦОД «гарячих точок». Ділянки простору, для яких характерний низький тиск, можуть перешкоджати проходженню потоку повітря через сервер. Різниця тиску також призводить до того, що частина повітряних мас повертається туди, де вони вже побували, встигнувши там нагрітися. В обох випадках спостерігається формування ділянок простору з підвищеним рівнем температури і, як наслідок, надмірний нагрів серверів.

Ця проблема зазвичай вирішується шляхом штучного формування надлишкового тиску, а також за допомогою жорсткого поділу гарячих і холодних областей за допомогою «гарячих» / «холодних» коридорів (систем ізоляції повітроводів). Панелі-заглушки, підлогове покриття з регульованою повітропроводністю, жорсткий контроль температури і тиску в межах усього дата-центру – ось ключові дії, спрямовані на усунення описаних вище проблем. Буде проблема «гарячих точок» в ЦОД вирішена повністю чи ні у прийнятні строки, сказати складно, так як практично кожна серверна ферма унікальна, але в будь-якому разі все це піде IT-інфраструктурі лише на користь.

Тонкощі організації електроживлення вентиляторів

Розрахунки показують, що на частку приводів вентиляторів припадає від семи до дев'яти відсотків від загальної вартості електроенергії, що йде на живлення дата-центру. Отже, приводи вентиляторів є винуватцями формування від семи до дев'яти відсотків зайвої теплової енергії, яка з'являється при експлуатації серверної ферми. Таким чином, з-за них на систему охолодження ЦОД припадає досить істотне навантаження. Крім того, перепади тиску, що формуються вентиляторами, можуть призвести до витоку повітря. Щоб нівелювати негативні наслідки цих двох факторів, операторам ЦОД доводиться забезпечувати більш активну циркуляцію повітряних мас усередині дата-центрів, ніж потрібно безпосередньо для охолодження серверів.

Це все є неминучим наслідком охолодження за допомогою повітря? Не обов'язково. Альтернативний підхід до організації циркуляції повітря в дата-центрі дозволяє «усунути гарячі точки», скоротити витрати на забезпечення вентиляторів електроенергією і значно знизити частоту технічного обслуговування охолоджувачів повітря.

Переосмислення інфраструктури і підходу до проектування дата-цента

Альтернативний підхід до організації руху повітряних потоків всередині дата-центру передбачає впровадження інфраструктури, оптимізованої для низької швидкості вентиляції. Використання цього методу зводиться до впровадження вентиляторів з відносно великою площею поперечного перерізу, які ефективно переміщають великі об'єми повітря. Використання відносно тонких, але при цьому великих охолоджувачів виправдано в переважній більшості ситуацій. Причому такий апгрейд вимагає лише незначних коригувань конструкції серверної ферми.

Повітря буде надходити на низькій швидкості з коридору між настінними повітроохолоджувачами і кондиціонерами для машзалу в ці великі вентилятори, а потім повітряні маси будуть прискорюватися і перенаправлятися в серверні стійки. Після того, як повітря поглине зайву теплову енергію, що виробляється компонентами серверів, воно подається назад в кондиціонери через витяжний канал, розташований на протилежній до припливних вентиляторів стороні машзалу. Завдяки низькій швидкості руху повітряних мас даний підхід дозволяє вирішити проблему локальних змін тиску, робить штучний контроль тиску непотрібним і знижує потребу в електроенергії з боку приводів вентиляторів. Слід також пам'ятати, що великі вентилятори є нескладними в конструкційному плані, характеризуються мінімальним зносом та помірними вимогами до технічного обслуговування.

У відсутність перепадів тиску клімат-контроль також спрощується. Замість контролю динамічно мінливих параметрів тиску і температури в машзалі дата-центру, клімат-контроль в умовах низької швидкості вентиляції зводиться до забезпечення достатнього обсягу охолодженого повітря. Збалансувати фактичний обсяг доступного повітря з необхідним дозволяє регулювання швидкості обертання лопатей вентиляторів з обох сторін (витяжних і припливних).

Додатковою перевагою цього підходу є можливість спрощеного впровадження механізму природного охолодження з використанням зовнішнього повітря (фрікулінг). Коридор (повітропровод) між зовнішньою стіною ЦОД і витяжними вентиляторами виступає ідеальним майданчиком для попередньої обробки повітря, що надходить зовні, змішування його з нагрітими повітряними масами, що надходять з машзалу, (для підвищення температури при необхідності), фільтрації та підвищення вологості (знову ж, якщо це необхідно). Температурний діапазон для природного охолодження може змінюватись від 12 до 25 градусів за Цельсієм (з 54 до 75 градусів за Фаренгейтом), дозволяючи операторам ЦОД домагатися істотного зменшення витрат на охолодження. А при використанні адаптованої до впливів високих температур серверної та мережевої інфраструктури, верхня межа може бути відсунута ще далі. Навіть в умовах помірного клімату цей підхід дозволяє довести коефіцієнт ефективності використання електроенергії (Power Usage Effectiveness; PUE) до 1.07 одиниці.

Визначтеся, що краще для вашого дата-центру

Скорочення споживання електроенергії на згадані вище 7 відсотків при переході на великі і повільні вентилятори означає пропорційне зниження заборгованості перед комунальниками. Крім того, в даному випадку знижується навантаження на вентилятори у системах кондиціонування повітря, що, в свою чергу, веде до зменшення витрат на їх технічне обслуговування.

Причина того, що рівень інвестицій у створення дата-центру з низькою швидкістю вентиляції буде нижче (порівняно із звичайним ЦОД), менш очевидна. Описані вище масиви припливних і витяжних вентиляторів у формі «стін», безсумнівно, стануть причиною додаткових витрат. Тим не менш, за рахунок зменшення споживання електроенергії вентиляторами потужність блоків розподілення електроживлення (PDU), джерел безперебійного живлення (ДБЖ), дизель-генераторних установок (ДГУ) та іншого обладнання для електропостачання ЦОД може бути зменшена на 7 відсотків, що здешевить ці елементи допоміжної інфраструктури та знизить витрати на їх техобслуговування. Зважаючи на те, що вентиляторами буде генеруватися менше тепла, холодопродуктивність кондиціонерів, також може бути зменшена.

Впровадження описаної вище конструкції на етапі проектування нової серверної ферми призведе до економії приблизно 4-5 відсотків від загального обсягу капітальних витрат (якщо не враховувати IT-обладнання) порівняно з інвестиціями в звичайний ЦОД. Можливо, це доволі скромні цифри, але з часом зниження капітальних витрат у поєднанні з економією на експлуатаційних витратах виллється в досить суттєві відмінності в плані загальної фінансової ефективності не на користь звичайної серверної ферми.

Правила використання матеріалів сайту