Инженерная инфраструктура центров обработки данных (ЦОД)

В повседневной жизни мы практически ежедневно сталкиваемся с системой охлаждения. Мы так к ней привыкли, что просто ее не замечаем, когда она работает нормально. Если бытовая система охлаждения выходит из строя или проводится профилактика (например, разморозка холодильника), то мы о ней тут же вспоминаем. В природе существует закономерность — чем ниже температура, тем лучше сохраняются продукты, и наоборот, чем выше температура, тем быстрее продукты портятся. Такая же закономерность наблюдается и для электронных систем — при увеличении температуры сокращается срок их работы, а при температуре свыше 60 градусов по шкале Цельсия возможно и начало необратимых процессов, вплоть до выхода из строя оборудования. 

Одной из ответственных стадий в проектировании инженерной инфраструктуры серверных помещений и ЦОД является проектирование системы кондиционирования, частью которой является система охлаждения, включая подбор оборудования.

Общие принципы, используемые при проектировании системы охлаждения ЦОД

Есть несколько принципов, которые используются в ходе разработки проекта системы охлаждения в ЦОД.

При проектировании системы охлаждения необходимо учитывать расположение других инженерных систем и функциональное предназначение помещений дата-центра.

Необходимо также учитывать погоду и внешние условия. Внутрь помещения дата-центра в теплую погоду возможно проникновение тепла через стены, перегородки и окна. Поэтому окна в компьютерном зале ЦОД заделывают или создают специальную оболочку дата-центра с улучшенными теплоизоляционными свойствами.

При проектировании системы охлаждения необходимо учитывать количество выделяемого тепла устанавливаемого оборудования в один телекоммуникационный шкаф или стойку.

Необходимо рассмотреть вопросы, связанные с обеспечением заданного уровня надежности tier ЦОД и решить вопросы с резервированием оборудования системы охлаждения.

Также проектировщику системы охлаждения необходимо предусмотреть возможность масштабирования ЦОД и увеличения потребления электроэнергии на один юнит оборудования, а значит увеличения тепловыделения на один телекоммуникационный шкаф.

Использование прецизионных кондиционеров в небольших дата-центрах

При охлаждении небольших серверных помещений или аппаратных (так называемых мини-ЦОД) используются прецизионные кондиционеры.
Прецизионные кондиционеры забирают теплый воздух из окружающей среды, охлаждают его и подают в определенные зоны. Прецизионные кондиционеры играют роль «смесителей» и поддерживают заданную температуру в помещении.
Они хорошо справляются с тепловой нагрузкой до 2-3 кВт на один телекоммуникационный шкаф или стойку. Однако в современных серверных помещениях и дата-центрах в телекоммуникационный шкаф 19 высотой 42U устанавливается большое количество активного оборудования, которое выделяет гораздо большее количество тепла до 5 кВт и больше на одну стойку или телекоммуникационный шкаф.
Поэтому данное решение не используется в ЦОД или серверных помещениях с большой плотностью расположения оборудования и большим количеством тепла.

Воздушная система охлаждения в ЦОД с подачей холодного воздуха из-под фальшпола

Одно из самых популярных решений в качестве системы кондиционирования в ЦОД – это использование воздушной системы охлаждения с подачей холодного воздуха через перфорированные плитки фальшпола.

Нагретый воздух легче холодного и он поднимается вверх самотеком — поэтому эффективнее подача холодного воздуха снизу. Фальшпол образует пространство или естественный канал для подачи и распределения холодного воздуха в компьютерном зале или в любом другом помещении дата-центра, где установлен фальшпол.

Холодный воздух нагнетается под фальшпол специальными напольными кондиционерными блоками, в которых осуществляется теплообмен между проходящим через змеевик нагретым воздухом, поступающим из компьютерного зала дата-центра, и хладагентом (обычно вода), подаваемым от холодильных машин (чиллеров).

Данное решение позволяет увеличить эффективность системы охлаждения за счет подачи холодного воздуха к месту размещения оборудования, но тем не менее это решение не отвечает требованиям дата-центров, где устанавливается оборудование с высокой плотностью и большой тепловой нагрзуку на один монтажный конструктив.

Чтобы повысить эффективность воздушной системы охлаждения с подачей холодного воздуха из-под фальшпола в ЦОД необходимо установить телекоммуникационные шкафы и разместить активное оборудование в шкафах таким образом, чтобы в дата-центре и телекоммуникаицонном шкафу не происходило смешение холодного и горячего воздуха.

Организация «горячих» и «холодных» коридоров в ЦОД

Крайне нежелательно смешивать потоки холодного и горячего воздуха – это снижает эффективность работы системы охлаждения.

Для того, чтобы ограничить смешение холодного воздуха, подаваемого из-под фальшпола, с нагретым воздухом в ЦОД создают области или зоны, в которых осуществляется подача холодного воздуха к телекоммуникационным шкафам, так называемые «холодные коридоры», и области или зоны, в которые подается горячий воздух, так называемые «горячие коридоры».

Для того чтобы создать «горячие коридоры» и «холодные коридоры» в ЦОД, телекоммуникационные шкафы устанавливают рядами так, чтобы с лицевой части шкафов шла подача холодного воздуха, а нагретый воздух выходил сзади шкафов. Для этого ряды шкафов устанавливают друг напротив друга лицевой стороной, а перед шкафами размещают перфорированные плитки, через которые осуществляется подача холодного воздуха. Сзади телекоммуникационных шкафов располагаются плитки фальшпола без перфорации.

Такое решение позволяет отводить от телекоммуникационного шкафа до 5-10 кВт тепла от телекоммуникационного шкафа или стойки.

Водяное охлаждение телекоммуникационного шкафа

В том случае, если в ЦОД существует повышенная плотность потребления электроэнергии, то используют систему водяного охлаждения. Водяное охлаждение используется в качестве системы охлаждения при значительном выделении тепла, свыше 10 кВт на один телекоммуникационный шкаф или стойку.

Вода обеспечивает более эффективное охлаждение устройств. Эффективность охлаждения водой, примерно в два раза выше воздушного охлаждения.

Холодная вода по системе трубопроводов, установленных под фальшполом, подается в закрытый телекоммуникационный шкаф к теплообменнику, чаще всего выполненного в виде змеевика. Воздух циркулирует внутри закрытого телекоммуникационного шкафа — горячий воздух проходит сквозь змеевик, охлаждается и направляется к установленному оборудованию, холодный воздух забирает тепло от оборудования и снова подается в теплообменник.