В общем случае так называемую цепь охлаждения в центре обработки данных можно разделить на три области: производство, передача и распределение холода. В большинстве случаев используется водоохладительная система, сочетающая открытый или сухой охладитель с одним или несколькими чиллерами. Согласно этой концепции холод передается в дата-центр с помощью охлажденной воды, а выделяемое тепло отводится в обратном направлении с нагретой водой. Вода охлаждается при этом с помощью теплообменника агрегата естественного охлаждения, в который теплообменник вдувает холодный наружный воздух. После этого система с помощью насосов подает охлажденную воду обратно в дата-центр. Степень нагрузки на агрегат естественного охлаждения зависит от двух важных факторов — температуры подаваемой воды и температуры наружного воздуха. 

Температура подаваемой воды и наружного воздуха 

Говоря о температуре подаваемой воды, имеют в виду воду, идущую через теплообменник в ЦОД, где она обеспечивает подведение холодного воздуха на серверы. При этом серверы согласно стандарту ASHRAE могут работать без проблем при температуре поступающего воздуха до +27 °C. Значение температуры подаваемой воды зависит от температурных потерь при передаче холода и эффективности его  распределения. Поскольку в европейских широтах бо,льшую часть года возможно естественное охлаждение с использованием наружного воздуха, потребитель одновременно экономит и деньги. Однако возможен и комбинированный режим, при котором вода сначала предварительно охлаждается с помощью агрегата естественного охлаждения, а затем доводится до желаемой температуры с помощью чиллера. Лишь в очень жаркие летние дни, когда наружная температура выше, чем у отводимой воды, прибегают к режиму охлаждения только с помощью чиллеров.

Альтернативный способ получения холода могут обеспечивать, например, геотермальные источники и морская вода. Холодную наружную воду можно получать, перекачивая грунтовые воды. Поскольку в этой системе два водяных контура полностью отделены друг от друга и сопряжены только через теплообменник, речь идет о «непрямом естественном охлаждении». При «прямом естественном охлаждении» средством переноса служит холодный воздух. В этом случае не нужны теплообменники, насосы и трубопроводы, что повышает эффективность еще больше.

Высокоэффективные, надежные и устойчивые: восемь климатических систем обеспечивают охлаждение в вычислительном центре компании IGN GmbH.

 

При температуре подводимого к серверам воздуха до +27 °C холодный наружный воздух можно использовать бо,льшую часть года, не прибегая к дополнительным мерам для его охлаждения. Однако при прямом естественном охлаждении нужно учитывать следующие граничные условия. 

Поступающий в ЦОД воздух не должен быть слишком холодным, так как иначе он может привести к образованию конденсата. Поэтому подаваемый воздух смешивается с теплым отходящим — для достижения оптимальной температуры подводимого к серверам. Следует также учитывать влажность воздуха (конденсат, статический заряд) и при необходимости использовать увлажнители и осушители. Кроме того, необходимо применять фильтры против пыли и — в зависимости от условий — против вредных газов. На случай, если наружная температура стала выше, чем у подаваемого воздуха, следует предусмотреть дополнительные меры по охлаждению. Это могут быть охладители, добавляющие холодный воздух, или новейшие технологии, такие как адиабатическое охлаждение, при котором создается тонкораспыленный водяной туман. В последнем случае охлаждение при испарении обеспечивает достижение нужной температуры, при этом также повышается влажность воздуха. Интересный вариант прямого естественного охлаждения представляют собой вращающиеся теплообменники, применяемые уже много десятилетий для выработки тепла в системах кондиционирования воздуха в зданиях. 

Прямое естественное охлаждение позволяет достичь исключительных показателей эффективности, что подтверждается многочисленными примерами реализации подобных решений у клиентов.

Решающая роль управления воздушными потоками

Важным пунктом при создании целостной концепции контроля микроклимата в центрах обработки данных является эффективное распределение холода в серверных помещениях. Решающее значение при этом имеет средняя тепловая нагрузка серверного шкафа. Если тепловая нагрузка ниже 6–7 кВт на один шкаф, то холодный воздух можно подводить к серверам по фальшполу с помощью систем CRAC (Computer Room Air Conditioning). Они забирают теплый воздух из серверного помещения, охлаждают его с помощью теплообменника и подают под фальшпол. Перфорированные панели фальшпола перед серверными шкафами обеспечивают целенаправленную подачу воздуха. 

Рекомендуется использовать систему отделения коридоров, с помощью которой зоны холодного и теплого воздуха изолируются друг от друга, что предотвращает смешивание и экономит энергию. Для этого шкаф герметизируется, чтобы не было циркуляции воздуха между передней и задней стенками, а холодный воздух проходил исключительно через серверы. Ряды шкафов располагают так, чтобы шкафы были обращены друг к другу либо передними стенками, либо задними, образуя холодные и теплые зоны. Сверху и в местах доступа проходы закрываются перегородками.

Повышение тепловыделения — повышение сложности

Когда в подобной системе охлаждения помещения имеется кластер большой плотности со значительно более высоким уровнем тепловых потерь мощности в шкафу, обеспечить подведение достаточного количества холодного воздуха через фальшпол уже невозможно. Такая горячая зона должна быть оснащена системой охлаждения шкафа. Если средние потери мощности в шкафах увеличиваются, становится все труднее подавать на них холодный воздух через фальшпол. 

Альтернативой этому способу является охлаждение рядов стоек. В этом случае теплообменники устанавливаются в одном ряду с серверными шкафами и образуют систему холодных и горячих коридоров. Фальшпол для подведения воздуха при этом не требуется, так как внутрирядные устройства контроля микроклимата подают холодный воздух непосредственно в холодный коридор, из которого он втягивается серверами. Отработанный воздух, выходящий из серверов в горячий коридор, снова попадает в устройства контроля микроклимата и охлаждается с помощью теплообменников. Поскольку теперь путь движения воздуха между устройством контроля микроклимата и серверами стал короче, возможно перемещение большего объема воздуха — а следовательно, отвод большего количества выделяемого тепла.

Контроль микроклимата в шкафу

В случае высоких тепловых потерь мощности рекомендуется использовать третий вариант — системы контроля микроклимата в шкафу. Теплообменник монтируется на шкаф сбоку и подает холодный воздух непосредственно в пространство перед сервером. Теплый воздух отводится из самого шкафа и подается в теплообменник. Таким образом, воздух циркулирует в горизонтальном направлении в ограниченном пространстве, включающем серверный шкаф и устройство контроля микроклимата в шкафу. 

Особый вариант этого решения представляет собой задняя дверь с пассивным теплообменником (RDHx). Теплый воздух вытесняется из серверов через этот теплообменник с помощью встроенных в серверы вентиляторов. Теплообменник охлаждает отводимый воздух и выпускает его в окружающее пространство, откуда он может снова поступать в серверы. 

Подведем итог. Чтобы разработать оптимальную концепцию контроля микроклимата в дата-центре, необходимо организовать производство, передачу и распределение холода в точном соответствии с требованиями серверов. Правильный выбор параметров и оптимальная рабочая точка системы контроля микроклимата — это залог энергоэффективности дата-центра. Rittal поможет спроектировать оптимальную систему контроля микроклимата для ЦОДа в соответствии с вашими потребностями.

Алексей Воробьев,
менеджер по продукции IT Cooling компании Rittal

Источник: Журнал «ЦОДы.РФ» № 7