Охлаждение ЦОД: подробное руководство от РОССПЕЦХОЛОД

Хотя по большому числу аспектов эти две категории относительно друг друга, как правило, лишь ограничено отличны, однако важно отметить, что ЦОД стремится к тому, чтобы соответствовать стандартам сферы (как пример, нормам союза американского общества инженеров, что делят их на уровни I, ii, iii, iv). Соответственно, ЦОД играет более серьезную роль, его всегда специально создают с учетом ситуаций с рисками. Безопасность дата центрам обработки данных необходима в еще большей степени, поэтому к климат-контролю, отоплению, охлаждению больше требований, как и к техническому обслуживанию, системам управления. У стандартного ЦОД выше устойчивость, он способен соответствовать требованиям и нормам большой сложности, работать с более высокими тепловыми нагрузками, они должны быть предусмотрены.

• Чтобы различные процессоры и другие части конструкции круглосуточно активно работали в круглогодичном постоянном режиме, важно регулирование температуры. В результате слишком больших верхних величин в градусах, возможет выход даже устойчивой техники из строя. Важно не дать достичь жаре диапазона выше задаваемого, допустимого. Решения для охлаждения являются продуманными и помогающими избежать изменения производительности коммерческой информационной системы ЦОД.
• Критично архитектуру систем охлаждения дата-центра, особенно средний уровень температуры ЦОД продумать до мелочей. Там, где не справится общая система кондиционирования, помочь закрыть потребности специализированная.
• Согласно аналитике Ashrae, около 30% энергии ЦОД уходит на компрессоры, из-за этого многие начали отказ от компрессорно-конденсаторных решений и меньше применять даже конденсаторы с водяным охлаждением, чтобы снизить энергопотребление и плюс чтобы уменьшить выбросы углекислого газа. Но правильные решения для охлаждения зависят от конкретных задач ЦОД, поэтому принцип работы системы кондиционирования ЦОД необходимо подбирать, исходя из нюансов и необходимости охлаждения для серверных. Где-то для эффективной работы в ЦОД подойдут фреоновые кондиционеры, где-то — чиллерная система охлаждения, где-то принцип холодных и горячих коридоров и так далее. Какая из систем лучше — вопрос индивидуальный.
• Важно продумать и учесть при резервировании кондиционеров, функцию горячего ввода (прогретых, холодных коридоров, т.е. потоков горячего и холодного воздуха или воды). Не всегда это просто сделать самим, ведь число типов систем охлаждения велико, и системы кондиционирования должны в ЦОД четко соответствовать требованиям.

• Вариации на жидкой основе с целью оперативно отводить тепловыделение от электроники, электронных частей. Такой ЦОД — классическое решение.
• Не требуется увеличить площадь пространства, где устанавливаются устройства, что охлаждаются. Последнее полезно для сред высокопроизводительных вычислений, где регулярный рост и расширение ресурсов может идти быстро, либо где есть жесткие ограничения вроде доступа к электричеству.
• Шум небольшой, т.к. в ЦОД нужно лишь несколько небольших встроенных вентиляторов на модель агрегата, по минимуму.
• Из некоторых определенных недостатков — суммарная стоимость в первый период, после того как технологическое решение для ЦОД установлено, выше традиционных большинства альтернативных подходов. Но можно сэкономить в долгосрочной перспективе. Плюс для предотвращения поломок и проблем, нужно проводить непрерывный сервис. Зато охлаждение будет значительной, даже если общая мощность велика.

• Решение с погружением: также известно у специалистов ЦОД под альтернативным наименованием «иммерсионное охлаждение». ИТ-оборудование опускают в диэлектрическую жидкость, где не циркулирует ток. Последняя забирает тепло. Охлаждающая жидкость, которая применяется для серверов, может быть разной, но охлаждение точно будет качественным. Важное преимущество подобного погружного метода, использующего для охлаждения не только температуру обдувания, но и влагу, в сравнении с «сухими» — способность значительно сократить расходуемое пространство.
• Системы с ледяной водой: трубопроводы для передачи воды, линии ее течения исключительно легко проложить в предприятии. Плюс для оптимизации охлаждения могут быть использованы уже имеющиеся потоки жидкости, даже отработанные отходы производства могут применяться в ЦОД для водяного охлаждения, которое осуществляется на уровне системы такого рода. Качественное, эффективное жидкостное охлаждение зала обеспечивает надежную работу, при этом можно оптимизировать счет за ед. мощности. Жидкостные системы требуют внимания, чтобы холодная вода, которая проходит через трубы, не протекала. Иначе этот способ охлаждения, может не только повысить уровень влажности, но и повредить оборудование.
• Теплообменники на задней двери: метод кондиционирования с замкнутым контуром охлаждения. Обычно вентиляционные решения крепятся на задней двери серверных стоек, с тыльной стороны (реже с передней, фронтальной). Такая концепция высокоэффективна, на охлаждение одной двери уходит мало энергии, да и расход воздуха небольшой.
• Испарительное охлаждение: это подход, где основной источник надлежащего охлаждения в ЦОД — испарения. Минимизация воздействия на окружающую среду очень важна, как и повышение энергоэффективности охлаждения составляет приличные значения, а потому такой вариант использования становится все более выгодным во многих ситуациях. В ЦОД адиабатическое охлаждение должно быть использовано, как правило, в небольших и средних локациях.

• Свободное охлаждение (Free Cooling): также применяют экономайзеры для фрикулинга, что переводится как свободное охлаждение. Идеально использование внешнего воздуха в зимнее время, тогда параметры воздуха достигают оптимальной температуры для полного свободного охлаждения, что дает более широкие возможности с минимальным потреблением энергии. Через воздуховоды с фильтрами (благодаря своей более мощной системы фильтрации (в каждой единице оборудования есть своя), охлажденный воздух (полностью чистый, это позволяет существенно снизить число примесей), проходя через специальные компоненты системы охлаждения серверной, поступает внутрь, отводя тепло от серверов. Типовая температура наружного воздуха влияет на охлаждение такой машины, иногда в ЦОД по независящим от людей причинам невозможно обеспечение бесперебойной работы системы охлаждения, если низкая температура за окном (речь идет о температуре в среднем) не весь год, и теплый воздух поступает недостаточно готовый, и не снижает температуру.

1. Свободное охлаждение. Можно не только применять фрикулинг в чистом виде, но и гибридные системы, компоновочные решения с водяным охлаждением ЦОД, как естественное охлаждение с промежуточным теплоносителем. Особенности систем естественного охлаждения с помощью таких решений, разнятся в зависимости от нюансов конструкций.
2. Системы непрямого испарения воздуха. Также операторы центров обработки данных могут применять такие решения, если температура воздуха снаружи и внутри содержит большие перепады. Этот метод охлаждения, называемый IDEC, отличается тем, что воздушный поток не попадает в сам ЦОД, лишь в испарительный охладитель. Таким воздушным охлаждением на аналогичном принципе, можно эффективно пользоваться, когда прямое охлаждение так или иначе не подходит, а подача воздуха в помещение ЦОД не является оправданным.
3. Охлаждение хладагента насосом. Перекачка того или иного вещества, подходит, когда поддержание температуры, удельной тепловой мощности и управление системой охлаждения в ЦОД целом должны проходить с высокой точностью. Если метод естественного охлаждения позволяет проводить кондиционирование воздуха через помещение с меньшей аккуратностью, то тут охлаждающее оборудование должно быть достаточно точным.

• Размер/габариты указанного центра. Выбор системы охлаждения ИТ- оборудования, работающего у типового ООО, особенно охлаждение зависит от оценки площади на месте в квадратных метрах, отдельно высоты. Если оно у ЦОД малое, охлаждением справится общая система на холодоносителе, но чем больше, тем выше мощность системы кондиционирования должна быть. Плюс в первом случае их охлаждение будет все же слабее. Итак, холодильная мощность кондиционеров в автозале в индустрии центров обработки данных имеет решающее значение, если монтаж систем идет при высокой плотности размещения оборудования, когда киловатт тепла средние ЦОДы дают от тысячи.
• Теплонагрузка. Нужно понимать нагрузку на системы охлаждения в отдельном помещении. Одно дело, например, когда у ЦОД мощность 7 киловатт, другое — когда на каждую стойку гораздо больше. Поэтому, как потребление энергии ЦОД, так и суммарная тепловая мощность, тепловая нагрузка может разниться.
• Климат, погода. Критично понимать условия обеспечения выходной температуры, температуру и влажность, уровень которых влияет на то, какая спецтехника и ее настройки нужны. В их числе нужно учесть, в каком регионе России расположен ЦОД. Например, в Самарской обл. или центральных частях страны на улице в холодное время года температура (и давление) составит одни значения (и будет меняться по мере вращения планеты), а в северной части температурный режим уличного воздуха будет достигать других величин.

• Бюджет. Многие современные методы охлаждения ЦОДа снижают эксплуатационные расходы, делают их менее значительными, либо отложенными. Эффективное охлаждение становится выгодным, даже когда идет увеличение плотности, поэтому, чтобы учесть заранее покрываемую другие параметры, лучше сразу закладывать в ЦОД бюджет на установку кондиционеров, холодильных машин, чиллеров и других решений.
• Масштабируемость, потенциальный рост на будущее. Развитие центров обработки данных часто ведет к росту рабочих температур, так как энергопотребление центров обработки при работе оборудования в этом случае также растет. Даже если на первых порах мощность стойки составляла одно значение, при повышении эффективности пропорционально и идет повышение температуры/влажности. Например, внедрение ИИ (искусственного интеллекта) и других «умных» решений способствует энергозатратам на много мегаватт. Должно быть предусмотрено, что, дополняя системы охлаждения центров обработки данных, вы не увеличите таким путем затраты до иррациональных, или что при появлении в наличии более мощной системы, затраты на охлаждение на этом шаге также будут экономически обоснованными. При проектировании системы кондиционирования ЦОД руководители должны как можно ранее продумать возможность расширения. Если потребуются отдельные блоки системы кондиционирования машинного зала, лучше продумать эту блочность значительно раньше, а не прямо перед модернизацией систем охлаждения, а то иногда только остается переделывать все с нуля под количество и мощность кондиционеров.

1. Требования к IT-оборудованию. Серверное оборудование и связанные системы могут также курироваться стандартами: от количества шкафов выделенном зале, до требований к эффективности, наличию электропитания с несколькими независимыми вводами и так далее. Рекомендуем уточнить этот момент на индивидуальной консультации.
2. Поддержка температуры и влажности. Хотя тепло может навредить технике, излишняя влажность воздуха для компьютерных устройств опасна, способна повредить оборудование. Обычно нужно не более 25 градусов при влажности до 70%. Плюс пыль, которая поднимается с пола и попадает в открытые отверстия, нужно поддерживать в порядке 0,75 мг на м3. Лишь малые частицы любых материалов/веществ, без крупных.
3. Энергоэффективность и надежность. Измеряется в PUE. Общее потребление всех систем электропитания ЦОД в кВт делится на потребление всей IT-техники для работы центров обработки данных. 1,1 считается оптимальным. Поэтому энергопотребление системы охлаждения влияет на общие показатели при размещении оборудования очень сильно. Так что расчет мощности, которую необходимо учитывать при работе систем кондиционирования, критически важный.
4. Совместимость с противопожарными средствами. Модули пожаротушения в ЦОД обязаны быть интегрированы с другими элементами и оказывать минимальное влияние на электрокомпоненты.
5. Какая ср. температура ЦОД оптимальная? Рекомендуется, что указано выше, до 25 градусов.

• Определение типотребований к нагрузке. Необходимо прежде всего узнать количество машин в дата центре и плотность оборудования. Нужно учесть среднюю мощность, требуемую температуру кондиционеров и так далее. Посчитать все нужно сразу.
• Разработка схемы электропитания ЦОД. На следующем этапе при продумывании подвода электросети учитывают, какая мощность, холодопроизводительность одного кондиционера. Также решают, использовать ли переменный ток при организации охлаждения оборудования, или постоянный.
• Выбор оборудования для резервного питания. Для защиты ЦОД нужен качественный ИБП. Помимо этого, можно продумать резервные кондиционеры холодильной мощностью, способной покрыть ЦОД.
• Внедрение системы управления и мониторинга. Отличное решение — автоматизация системы контроля микроклимата, в том числе для экстра-точности поддержания температуры — и температуры воздуха, и других особых требований к контролю микроклимата.
• Тестирование и настройка системы. Завершающий этап, на котором понятно, насколько эффективно работает техника ЦОДа.

• Подайте заявку (заполнение занимает минуты) по телефону или e-mail (возможны English, Russian (Русский), Arabic, Spanish, DE), это помогает нам понять, какие конкретные комплексные решения по охлаждению идеально позволят после подключения получить лучший результат, минимизировать нагрев, обеспечить нормальные нижние цифры по теплообмену.
• Затем происходит ответ от нашего офиса, мы свяжемся с вами обратно по удобному каналу. Можно вызвать нашего представителя в компанию, на офисную, домашнюю территорию, — можем отправить его на локацию ЦОД для обзора.
• Гарантируем глубокий анализ и гибкий учет требований к системам охлаждения, выйдет закрыть потребности заказчика с точки зрения охлаждения. Составим табл. и рис., приводим реальные цифры, покажем пример укрупненного подбора оборудования для охлаждения дата-центров. Если нужно, например, возможность резервирования кондиционеров, установки чиллера
• Успех, качество и экономия — за них отвечаем своим именем. Есть нестандартные задачи? Вероятно, с их охлаждением также отлично справимся, поможем даже в нетипичном случае.
• Если заказчик согласен на стратегию охлаждения, берем расчет кондиционеров в работу, приступаем к проекту ЦОД.

1. Составляется схема охлаждения, чтобы системы, которые будут отвечать за снижение температуры в помещении из-за тепла, выделяемого серверными стойками, могли осуществлять работу.
2. Проводим нужные кабели (учитывая расположение своих, например, Fibre Channel)
3. Подключение спец. датчиков и контроллеров, систем мониторинга, которые у систем охлаждения используется. Это нужно как для контроля, так и, например, для проходящей в реальном времени динамической оптимизации охлаждения.
4. Идет старт и пуско-наладка, в ходе указанного процесса выставляются параметры охлаждения на основе ключевых факторов, включая, какие мощности кондиционеров можно оставить в ЦОД, как можно организовать оптимизацию системы охлаждения воздуха и так далее. Учитываем, что избыточное охлаждение стоек представляет собой также негативное явление.
5. Если комплектов оборудования в одном месте много, охлаждение остальных ЦОД строится, исходя из требований к охлаждению в работе с учетом их конкретной специфики.
6. Если вдруг в будущем даже малейший сбой в работе системы­ (например, утечки) — быстро реагируем, проверим причины, осуществим экономичный ремонт в ЦОД, и вообще берем на себя обслуживание систем вентиляции и кондиционирования