Байпасируемый поток холодного воздуха в ЦОД

Аудит систем холодоснабжения в центрах обработки данных показывает, что во многих дата центрах существует проблема с распределением потоков холодного воздуха в серверных помещениях, что в случаем случае приводит к дополнительным затратам электроэнергии на перегонку воздуха, а в худшем к перегреву ИТ оборудования. Есть несколько причин, которые приводят к тому, что потоки воздуха распределены в серверном помещении неправильно и в этой статьей мы затронем тему, которая практически не освещена – байпасируемый поток холодного воздуха. Существует несколько общераспространенных заблуждений относительно байпасируемого потока холодного воздуха  в ЦОД и мы рассмотрим эту проблему подробнее в данной статье.

Что такое байпасируемый поток холодного воздуха?

Байпасируемый поток холодного воздуха — это поток холодного воздуха, который выходит из воздушного доводчика (фэнкойла) и/или кондиционера (далее по тексту будем использовать термин блок воздушного охлаждения) и не проходит через ИТ-оборудование перед тем, как холодный воздух вернется обратно в блок охлаждения, то есть, байпасируемый поток холодного воздуха – это поток, который не забирает тепло у ИТ-оборудования, а значит не выполняется полезная работа и при этом есть затраты электроэнергии и эффективности системы снижается, так ккак более холодный воздух поступает на блок воздушного охлаждения.  На рисунке ниже показана упрощенная модель распределения воздушных потоков, возникающих около серверной стойки, при подаче холодного воздуха снизу.

     Прямой поток воздуха (поток показан на рисунке синим цветом с фронтальной части серверной стойки) – поток холодного воздуха, который проходит через работающее ИТ оборудование, забирает от него тепло и возвращается в блок воздушного охлаждения.

     Рециркуляционный поток воздуха (на рисунке показан красным цветом) – поток нагретого воздуха, который возвращается к ИТ оборудованию и снова проходит через ИТ оборудованием. Рециркуляционный поток забирает тепло у ИТ оборудования, при этом температура воздушного потока на входе в оборудование и на выходе серверной стойки из-за подмеса горячего воздуха будет выше, чем температура потока воздуха, подаваемого от блока воздушного охлаждения. Именно поток рециркуляционного нагретого воздуха приводит к перегреву ИТ оборудования и отключению.

     Байпасируемый поток воздуха (поток показан на рисунке синим цветом с нижней части серверной стойки) – поток холодного воздуха, который не проходит через ИТ-оборудование. Этот поток затем смешивается с потоком горячего воздуха. При байпасировании совершается бесполезная работа по перемещению части потока холодного воздуха, снижается температура воздуха на входе в охлаждающий блок, что уменьшает эффективность процесса теплообмена, происходящего в теплообменнике блока воздушного охлаждения.

Модель потоков возникающих рядом с серверной стойкой

Рисунок 1 Модель потоков возникающих рядом с серверной стойкой

     Возникает вопрос, а как избежать байпасируемого потока холодного воздуха?

     Далее в статье мы рассмотрим распространенные методы уменьшение байпасируемого потока холодного воздуха.

Распространенные методы уменьшения байпасируемого потока холодного воздуха в ЦОД

Рассмотрим следующий пример. Пусть имеется центр обработки данных в серверном помещении которого размещено 4 ряда серверных стоек по 10 стоек в каждом ряду, ряды серверных стоек образуют два ”холодных коридора” (между 1 и 2 рядом, между 3 и 4 рядом) и три ”горячих коридора” (два около блоков воздушного охлаждения и один между 2-ым и 3-им рядом серверных стоек). По периметру серверного помещения установлено 4-ре блока блока воздушного охлаждения, каждый из блоков подает 25000 м3/час (суммарно блоки подают 100000 м3/час холодного воздуха под фальшпол). Для простоты резервирование блоков воздушного кондиционирования в данной примере не рассматривается.

     Через плитки фальшпола в каждом ”холодном коридоре” проходит 30000 м3/час холодного воздуха (по 1500 м3/час на каждую серверную стойку), итого суммарно через ИТ-оборудование, установленное в серверные стойки, проходит 60000 м3/час холодного воздуха. Байпасируемый поток холодного воздуха составить 40000 м3/час (100000 – 60000 = 40000).

     На рисунке ниже представлена упрощенная модель потоков холодного и горячего воздуха в серверном помещении с фальшполом. Расстановка блоков воздушного охлаждения и серверных стоек приведена только в для цели наглядности.

Схема воздушных потоков в серверном помещенииРисунок 2 Схема воздушных потоков в серверном помещении с раздачей холодного воздуха из-под фальшпола с незакрытыми отверстиями и проемами

     На рисунке видим, что поток байпасируемого воздуха не выполняет работу и смешивается с горячим воздухом. Для простоты восприятия байпасируемый поток показан в середине, однако, на практике он может возникнуть в любом месте, где есть незакрытое отверстие или проем.

     Поэтому прежде всего службе эксплуатации приходят наиболее очевидные методы уменьшения байпасируемого потока холодного воздуха:

  • Заделывание проемов и отверстий в фальшполу;
  • Установка в ”горячем коридоре” только плиток фальшпола со сплошной поверхностью;
  • Установка горизонтальных и вертикальных заглушек в серверную стойку.

     Хотя методы, приведенные выше, являются распространенными способами управления воздушными потоками, а также необходимыми условиями для уменьшения байпасируемого потока холодного воздуха, сами по себе данные способы не приводят к уменьшению байпасируемого потока и необходимо принять дополнительные меры по уменьшению байпасируемого потока, которые в дальнейшем будут рассмотрены в этой статье.

Дополнительные меры по уменьшению байпасируемого потока холодного воздуха в ЦОД

Байпасируемые потоки холодного воздуха довольно распространены в ЦОД и стандартные меры по управлению воздушными потоками не приводят к желаемому результату. Для того чтобы уменьшить байпасируемый поток холодного воздуха после выполнения стандартных методов необходимо принять дополнительные меры.

     Эксплуатирующая команда центра обработки данных изолирует все проемы и отверстия в фальшполу.

     На рисунке 3 показана упрощенная модель распределения воздушных потоков с изолированными проемами и отверстиями. 40000 м3/час холодного воздуха, которые раньше проходили через неизолированные кабельные вводы, теперь подаются и проходят через два холодных коридора. В данном примере уже весь поток холодного воздуха 100000 м3/час, подаваемого 4-мя блоками воздушного охлаждения, достигают ”холодного коридора”, но поскольку ИТ-оборудование забирает всего лишь 60000 м3/час, то 40000 м3/час (по 20000 м3/час на каждый ”холодный коридор”) охлажденного воздуха покидают ”холодный коридор”, не выполняя полезной работы, то есть также являются байпасируемым потоком холодного воздуха.

Схема воздушных потоков с серверными стойками, имеющими незакрытые отверстия и проемыРисунок 3 Схема воздушных потоков с серверными стойками, имеющими незакрытые отверстия и проемы

     Данный пример показывает, что просто изолирование не решает задачу уменьшения потока байпасируемого воздуха и только изменение подаваемого потока холодного воздуха блоком охлаждения является основным способом изменения байпасируемого потока холодного воздуха.

     Снижение частоты вращения вентиляторов или отключение «лишних» охлаждающих блоков не только уменьшает объем байпасируемого воздуха, но и повышает эффективность и производительность охлаждающих устройств, а также позволяет сократить эксплуатационные расходы на электроэнергию. Увеличение температуры воздуха на входе в кондиционер повышает эффективность и производительность блоков воздушного охлаждения.

Заключение

Как показано на приведенных выше примерах, изоляция кабельных вводов и отверстий в фальшполе, которые пропускали ранее байпасируемый поток холодного воздуха, увеличивает объем подаваемого холодного воздуха, проходящего через перфорированные плитки в «холодном коридоре». Это возможно поможет устранить зоны перегрева части ИТ оборудования и увеличить количество ИТ-оборудования, от которого можно отвести тепло, однако, температура воздуха, возвращающегося в кондиционер, не измениться, при сохранении количества выделяемого тепла и сохранении объема подаваемого холодного воздуха.

     Температура воздуха, возвращающегося в кондиционер, и, следовательно, эффективность и производительность кондиционеров, зависят от объема воздушного потока, тепловой нагрузки, пропускной способности плиток и других параметров, на которые следует обратить внимание при проектировании и дальнейшей эксплуатации ЦОД, а по возможности лучше выполнить CFD моделирование центра обработки данных.

     В центрах обработки данных используются методы управления воздушными потоками и в результате владельцы ЦОД получают такие преимущества как: уменьшение потока подаваемого холодного воздуха, уменьшение зон перегрева или в некоторых случаях (на практике аудита дата центров даже и такое встречается) уменьшение зон переохлаждения.

     Более подробно распределение воздушных потоков, проблемы и решения мы рассматриваем на авторском семинаре «Архитектура и инфраструктура ЦОД».

     Если у вас проблемы с перегревом или переохлаждением ИТ оборудования, проблемами в работе инженерного оборудования и вам необходим аудит, заполните форму контакт.


Поделиться информацией

Вы можете послать эту статью или новость коллеге или знакомому по email со своим комментарием, пригласить обсудить ее. Просто нажмите на иконку конверта --->


Сообщения, вопросы и ответы

Вы можете задать вопрос, написать комментарий, обсудить данную новость или статью.

Ваше сообщение (вопрос, ответ, комментарий)