Инженерная инфраструктура центров обработки данных (ЦОД)

Большинство людей, работающих в центрах обработки данных, обычно не знают, что размещение перфорированных панелей плиток фальшполов и их процентное соотношение могут иметь под собой вполне определенный научный подход. Когда специалистов службы эксплуатации спрашивают о причине размещения и выбора панелей, то они обычно отвечают стандартной фразой «Потому что так было в проекте».

     Используя метод термодинамического моделирования при помощи компьютеров (CFD), можно рассчитать и продемонстрировать влияние неконтролируемого байпаса воздуха, или холодного воздуха, который не использовался для охлаждения оборудования перед возвращением в блок воздушного охлаждения серверного помещения (CRAC). Обычно сюда включаются кабельные вводы в съемных плитках фальшпола и другие места, в которых происходит элементарное просачивание холодного воздуха. По результатам одного западного исследования было выявлено следующее — можно повысить эффективность вентиляционной решетки на 66% путем простой герметизации и заделки кабельных ввод и отверстий в серверном помещении. Это приводит к уменьшению электропотребления в дата центре и устранению точек перегрева серверов и другого оборудования, установленного в серверную стойку. Пятьдесят три процента холодного воздуха может «выходить» через такие отверстия без охлаждения оборудования. Поэтому дата центр, где плитки выбраны наугад, будет потреблять электричества гораздо больше.

     Для поддержания постоянной рабочей температуры серверу требуется объем холодного воздуха эквивалентный потребляемой им электроэнергии. Это зависит от байпасированного воздуха, закупорок, рециркулированного горячего воздуха, а также ограничений воздушных потоков, но на площадке перед данной аппаратной единицей, в месте забора холодного воздуха, требуется вполне конкретное количество воздуха, выражаемое в кубических футах в минуту (CFM). Как правило, считается, что температура воздуха, выдуваемого из стойки, должна быть на 20 градусов по Фаренгейту выше (7 градусов Цельсия), чем температура воздуха, забираемого стойкой.

     Эта вентиляционная плитка фальшпола размером 60×60 сантиметров, устанавливаемая прямо перед серверной стойкой, должна быть единственным источником ее потребностей в холодном воздухе. Воздух из этого отверстия должен забираться и попадать внутрь стойки, чтобы продувать установленное в ней оборудования.

Перфорированные плитки фальшпола и магическое число

Возникает вопрос, а какого размера должны быть отверстия в плитке фальшпола? Для поддержания нормальной температуры сервера и рационального использования охлаждающего оборудования необходимо выбирать оптимальное значение. Сначала необходимо определить максимальное электропотребление оборудованием – то есть значение, которое обычно указывается на задней панели данного оборудования. Однако, это значение не является показателем фактического электропотребления. Реальное значение обычно на 25% — 60% меньше значения, указанного на панели оборудования, и оно зависит от времени активной работы данного оборудования. Чаще всего это значение на 45% — 50% меньше номинальной мощности. Сегодня доступны программы и аппаратно-программные модули, которые используются для онлайн мониторинга электропотребления. С помощью таких решений пользователь может знать электропотребление отдельной стойки или даже отдельных единиц оборудования.

     Система контроля температуры серверов и другого ИТ-оборудования предназначена для обеспечения объема входящего воздуха, который был бы достаточным для ограничения повышения температуры на 20 градусами по Фаренгейту, при одновременном поддержании постоянной внутренней температуры оборудования. Между тепловой нагрузкой (мощностью оборудования) и интенсивностью воздушного потока (холодного воздуха, необходимого для поддержания желательного повышения температуры) существует определенная взаимосвязь. Если считать желательное повышение температуры постоянным значением (20 градусов по Фаренгейту), эту взаимосвязь можно привести к простой константе, или так называемому магическому числу 154. Детальное описание лежащих в ее основе динамических процессов не является предметом данной статьи.

     Рассчитав значение общего электропотребления всего оборудования, установленного в стойке, можно узнать общие требования к электропотреблению данной стойки. Это значение необходимо преобразовать в требования к охлаждению данной стойки, и вот как раз здесь понадобится магическое число 154. Умножив значение общего электропотребления стойки, выраженное в киловаттах, на число 154 получаем общую интенсивность воздушного потока, выраженную CFM, которая требуется для поддержания соответствующей температуры данного оборудования.

     Например, если общее электропотребление стойки равно 2.5 кВт, то требуется интенсивность воздушного потока равная 385 CFM (2.5 × 154) для ограничения повышения температуры 20 градусами, от 55 до 75 градусов по Фаренгейту (24 градусов Цельсия), что является типичным значением температуры рециркулирующего воздуха в CRAC. Так каким должно быть количество – выраженное в процентах — перфорированных панелей? Это зависит от многих факторов, и именно поэтому требуется численное моделирование воздушных потоков.

     Нет простого способа определения интенсивности воздушного потока. Это можно сделать либо с помощью расходомера воздуха, либо методом моделирования воздушных потоков. Однако, зная расход воздуха в одном месте не всегда можно определить даже пропускную способность соседней вентиляционной решетки. При условии широкого набора факторов, объем воздуха достаточный в одном месте может быть совершенно недостаточным в другом.

     Если интенсивность воздушного потока слишком низкая, серверы будут перегреваться, что может неблагоприятно отражаться на надежности оборудования. Если интенсивность воздушного потока слишком высокая, на охлаждение будет расходоваться слишком много денег, которые можно было бы использовать для других целей. Нерациональное использование воздуха в одном месте означает, что в другом месте оборудование может недополучить необходимый объем холодного воздуха.

     Может также оказаться, что через вентиляционную решетку невозможно пропустить достаточное количество воздуха – в конце концов, нельзя же пропустить ураган через замочную скважину. В таких случаях необходимы альтернативные способы охлаждения. Сюда входит вода, охлаждающая способность которой до 4,000 раз больше, чем у воздуха; решения локального охлаждения, которые можно использовать для избирательного охлаждения стойки; и теплообменники, которые устанавливаются на заднюю или боковые стенки оборудования. Эти решения могут только от одного шкафа отводить тепловую энергию мощностью до 50 кВт и позволяют существенно уменьшать площадь ЦОД путем увеличения плотности размещения оборудования в одной серверной стойки.