Załóż konto na portalu i bezpłatnie pobierz wydanie Rynku Instalacyjnego 7-8/2018

Systemy chłodzenia centrów danych

Nowe rozwiązania serwerów mają wyższe dopuszczalne temperatury pracy i tolerancję zmienności parametrów, dzięki temu temperatura w serwerowni może być wyższa.
Nowe rozwiązania serwerów mają wyższe dopuszczalne temperatury pracy i tolerancję zmienności parametrów, dzięki temu temperatura w serwerowni może być wyższa.
Fot. K. Kuczyński

Centra danych zmieniają się – przetwarzane są w nich coraz większe ilości danych, co bezpośrednio przekłada się na wymagania względem stosowanych instalacji (w tym klimatyzacji), zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomicznym. Ich jednoczesne spełnienie nie jest łatwym zadaniem – parametry techniczne muszą iść w parze ze skutecznością i niezawodnością.

W artykule:

• Przegląd ciekawych rozwiązań technologicznych stosowanych w systemach chłodzenia serwerowni
• Metody chłodzenia urządzeń w serwerowniach
• Efektywność energetyczna i optymalizacja centrów danych

Zadaniem klimatyzacji centrów danych nieodmiennie pozostaje utrzymanie odpowiedniej temperatury urządzeń elektronicznych. Przekroczenie maksymalnej dopuszczalnej temperatury urządzenia jest jedną z najczęstszych przyczyn poważnych awarii, na co w niektórych procesach biznesowych absolutnie nie można sobie pozwolić. Dlatego urządzenia klimatyzacyjne do centrów danych (zwanych czasem serwerowniami) muszą cechować się niezawodnością i skutecznością w odbieraniu zysków ciepła niezależnie od panujących warunków (np. temperatury zewnętrznej). Jest to coraz większe wyzwanie – lawinowo rosnąca ilość przetwarzanych danych wymaga większej mocy obliczeniowej urządzeń.

Nowe technologie (np. serwery blade) sprawiają, że w mniejszej przestrzeni można „upakować” więcej mocy obliczeniowej. Przekłada się to na wzrost gęstości mocy szaf z serwerami, a tym samym na ogromne zyski ciepła – mówimy o wysokiej gęstości mocy, poczynając od 7 kW na szafę, a w dzisiejszych rozwiązaniach z pojedynczej szafy IT trzeba odprowadzać 15–25 kW, nie są też rzadkością większe zyski (np. 40 kW).

Taki rozwój centrów danych stawia dwa ogromne wyzwania: skuteczne i niezawodne odprowadzenie dużych zysków ciepła (high density) oraz energooszczędność budynku centrów danych, a właściwie optymalne zużycie energii, gdyż oszczędności nie mogą następować kosztem niezawodności. Warto przypomnieć, że konstrukcja agregatów musi przystawać do wymaganego poziomu niezawodności (np. dla centrum danych TIER III i TIER IV według standardów certyfikacyjnych Instytutu Uptime konstrukcja musi zapewniać 99,99% dostępności). Oznacza to w wielu wypadkach konieczność stosowania systemów redundantnych, czyli uzupełnienia każdej szafy klimatyzacyjnej o jej odpowiednik, który w razie awarii może w krótkim czasie przejąć jej zadania. Przykładowo szafy klimatyzacji precyzyjnej Montair z oferty Klima-Therm mają możliwość pracy redundantnej wbudowanej, co pozwala na naprzemienne sterowanie aż 12 jednostkami.

Metody chłodzenia

Do chłodzenia urządzeń w serwerowni stosuje się następujące rozwiązania (są one w ofercie m.in. firmy Vertiv, d. Emerson):

  • systemy z wodą lodową – wysokosprawne agregaty wody lodowej i agregaty wykorzystujące free cooling przez cały rok,
  • adiabatyczne systemy wody lodowej, np. opatentowane urządzenie Liebert AFC – agregat ze stuprocentowym free coolingiem,
  • system odparowania bezpośredniego: „ekonomizer” pompowanego czynnika, szeregowe urządzenia chłodnicze połączone z zewnętrznymi skraplaczami mikrokanałowymi. Mogą one działać z wysoką temperaturą powietrza powrotnego,
  • rozwiązanie z free coolingiem ewaporacyjnym – pośredni wymiennik powietrze/powietrze i technologie odparowania w jednym, bez wykorzystania energochłonnych sprężarek.

Najczęściej stosuje się tzw. szafy klimatyzacji precyzyjnej, których sercem jest agregat wody lodowej.

Współczesne szafy – jak np. rozwiązanie Uniflair Schneider Electric – cechują się zintegrowaniem wszystkich elementów elektrycznych i hydraulicznych w jednej obudowie. Możliwa jest fabryczna instalacja m.in. obiegu free coolingu, podstawowych pomp, napędów o zmiennej prędkości czy zbiorników wody. Dzięki takiej koncepcji poziom dostępności jest większy, a rozwiązania takie jak wbudowany automatyczny przełącznik toru zasilania (gwarancja zasilania z dwóch źródeł), przyłącze do dodatkowego zewnętrznego zasilacza UPS czy komunikacja sieciowa bez urządzenia master lub zewnętrznego zmniejsza awaryjność urządzenia.

Przy zastosowaniu „klasycznych” szaf klimatyzacji precyzyjnej z agregatami wody lodowej w strefie HD można zastosować dwa rozwiązania technologiczne:

  • klimatyzację in-row (rzędową)
  • klimatyzację z nadmuchem pod podłogę.

W rozwiązaniu in-row szafy ustawione są w rzędach z szafami serwerowymi, tworząc tzw. zimne i ciepłe korytarze, które muszą być wyraźnie rozdzielone. Przepływy powietrza w takim rozwiązaniu uzależnione są od rozmieszczenia szaf – bez przerwy technologicznej nie można zatem zmienić ich ustawienia. Rozwiązanie to pochłania także więcej cennej przestrzeni.

W przypadku nadmuchu pod podłogę (musi to być oczywiście odpowiednio wykonana podłoga techniczna) zimne powietrze doprowadzane jest do każdego punktu szafy, natomiast otwarta strefa gorąca stanowi swego rodzaju bufor, przejmujący ciepło podczas ewentualnej awarii klimatyzacji. Wpływa także na bardziej równomierny niż w przypadku klimatyzacji rzędowej rozkład ciepła w samej szafie serwerowej. Różnica temperatury między przodem a tyłem urządzenia jest mniejsza, co dobrze wpływa na jego żywotność, gdyż urządzenia elektroniczne źle znoszą wahania temperatury.

W przypadku stosowania nadmuchu przez podłogę bardzo ważne jest zapewnienie odpowiedniej dystrybucji powietrza. Przykładem może być stosowany przez Fast Group system rozwiązań firmy Tate. Składają się na niego specjalnie zaprojektowane kratki nawiewne Direct Aire (umożliwiają chłodzenie szaf o gęstości ponad 25 kW na jednostkę, podczas gdy dla kratek tradycyjnych wartość ta wynosi ok. 6–7 kW na szafę), które zapewniają, że 93% powietrza wydmuchiwanego przez kratkę (w porównaniu do 50% zapewnianego przez kratkę tradycyjną) trafia na przód szafy serwerowej.

Kolejny produkt to inteligentna przepustnica Smart Aire ze sterownikiem odpowiedzialnym za utrzymanie zadanej temperatury dzięki regulacji ilości nadmuchiwanego powietrza w zależności od zapotrzebowania.

Bardziej zaawansowane rozwiązanie to moduły Power Aire – połączenie specjalnej kratki nawiewnej i w zależności od potrzeb jednego bądź czterech wentylatorów. Całość kontrolowana jest za pomocą regulatora mikroprocesorowego i zestawu czujników temperatury. To rozwiązanie typu plug&play umożliwia skuteczną absorpcję zysków ciepła z szaf o gęstości mocy do 40 kW na jednostkę.

Moduł Power Aire jest też dobrym rozwiązaniem przy modernizacji serwerowni poprzez wprowadzenie do szaf sprzętu o większej gęstości mocy.

Coraz chętniej stosowanym rozwiązaniem w klimatyzacji centrów danych jest chłodzenie adiabatyczne, umożliwiające mniejsze zużycie energii. System chłodzenia adiabatycznego wykorzystuje właściwości chłodzące wody do obniżenia temperatury powietrza wewnątrz komory serwerowej. W komorze takiej szafy serwerowe – odwrotnie niż w chłodzeniu tradycyjnym – ustawione są przodem do siebie, co ułatwia przepływ ciepłego powietrza wymuszany przez wentylator.

 

  • Powietrze przez kanał wywiewny wyprowadzane jest do wymiennika ciepła (krzyżowego) na dachu, co umożliwia odzysk powietrza i skierowanie do serwerowni powietrza ochłodzonego dzięki parowaniu i konwekcji.
  • Im wyższa temperatura zewnętrzna, tym większa efektywność chłodzenia, dlatego rozwiązanie to z powodzeniem sprawdza się np. na pustyni, tak jak w serwerowni Facebooka w Oregonie. System bazuje na powietrzu świeżym (100%), z wykorzystaniem chłodzenia i nawilżania ewaporacyjnego.
  • Brak agregatu eliminuje wieże chłodnicze, orurowanie, pompy czy automatykę.
  • Chłodne powietrze napływa do serwerowni od góry (nie przez podłogę podwyższaną) poprzez kratki żaluzjowe regulujące ilość powietrza.
  • Zimne powietrze w komorze mieszania miesza się z powietrzem podgrzanym przez ciepło z serwerów, co umożliwia regulowanie temperatury. Powietrze przechodzi przez filtry, a wentylator ścienny kieruje je do otworów w podłodze, a stamtąd do przestrzeni z serwerami. Podobne rozwiązania można już spotkać w Polsce – pierwszym takim obiektem jest poznańska serwerownia firmy Beyond.

Chłodzenie ewaporacyjne – stosowane przy odpowiednio wysokiej temperaturze – wykorzystuje chłodzące panele celulozowe, po których spływa woda. Do paneli podawane jest powietrze o wysokiej temperaturze (powyżej 21°C) i niskiej wilgotności – im niższa wilgotność, tym efektywniej można schłodzić powietrze, wykorzystując proces ewaporacji. Tak przygotowane powietrze podawane jest przez podłogę serwerowni.

Stosowanie chłodzenia ewaporacyjnego wpływa na obniżenie kosztów przygotowania powietrza – praca wentylatora i woda chłodząca kosztują mniej niż energia pobierana przez sprężarki. Średni koszt wytworzenia 1 kWh odczuwalnej energii chłodniczej może być pięciokrotnie niższy niż dla urządzeń sprężarkowych.

Odważnym rozwiązaniem, bo wymagającym „redundancji” w postaci nie pojedynczych urządzeń, a… całego centrum danych, jest wyeliminowanie jednostek klimatyzacji precyzyjnej na rzecz świeżego powietrza dostarczanego bezpośrednio przez wentylatory nawiewne. Przykładem jest serwerownia firmy Google w Belgii, działająca do momentu, w którym temperatura powietrza zewnętrznego osiąga 27°C. Powyżej tej temperatury centrum danych jest wyłączane i jego zadania przejmuje zupełnie inny obiekt.

Czytaj też: Nowoczesne chłodzenie serwerowni i data center >>>

Chcesz być na bieżąco? Czytaj nasz newsletter!
   06.09.2017

Komentarze

(0)

Wybrane dla Ciebie

 


Zdradzamy sposób na projektowanie instalacji najwyższej jakości »

projektowanie

 



Z jakiego powodu tworzywa sztuczne zdominowały rynek wod-kan » Jak bez problemowo przeprowadzić iniekcję mikropali, kotew i gwoździ gruntowych »
bezpieczeństwo instalatora pomoc w projektowaniu
czytam więcej » poznaj go dziś »

 


Czy można dobrze odseparować wodę kanalizacyjną od gruntowej »

innowacyjne projektowanie

 



Poznaj bezpieczne systemy do dezynfekcji wody pitnej i basenowej » Jak zabezpieczyć wentylatory dachowe »
czysta woda wentylator dachowy
wiem więcej » spróbuj już dziś »

 


Przedłuż certyfikat HVAC bez wychodzenia z firmy »

szkolenia hvac

 



Czy łatwo zainstalować podwieszaną toaletę » Z jakego powodu ta pompa wyprzedza przyszłość »
podwieszana toaleta pompy ciepła
wiem więcej » wiem więcej »

 


Dodaj komentarz
Nie jesteś zalogowany - zaloguj się lub załóż konto. Dzięki temu uzysksz możliwość obserwowania swoich komentarzy oraz dostęp do treści i możliwości dostępnych tylko dla zarejestrowanych użytkowników naszego portalu... dowiedz się więcej »

Co Szperacz wyszperał ;-)

źle wykonana instalacja

Sztywniactwo i niechlujstwo - zobacz i skomentuj »

Dla tych, którzy szukają bardziej elektryzujących wrażeń Szperacz ma dziś coś specjalnego - rozdzielnia w toalecie.

zaślepka


TV Rynek Instalacyjny


 tv rynek instalacyjny
10/2019

Aktualny numer:

Rynek Instalacyjny 10/2019
W miesięczniku m.in.:
  • - Ogrzewanie obiektów przemysłowych
  • - Wentylacja domów jednorodzinnych
Zobacz szczegóły
Dom Wydawniczy MEDIUM Rzetelna Firma
Copyright © 2011 - 2012 Grupa MEDIUM Spółka z ograniczoną odpowiedzialnością Spółka komandytowa, nr KRS: 0000537655. Wszelkie prawa w tym Autora, Wydawcy i Producenta bazy danych zastrzeżone. Jakiekolwiek dalsze rozpowszechnianie artykułów zabronione. Korzystanie z serwisu i zamieszczonych w nim utworów i danych wyłącznie na zasadach określonych w Zasadach korzystania z serwisu.
realizacja i CMS: omnia.pl