Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies.



26.10.2020

Nowa wersja nVision

Można już pobierać nową wersję nVision
26.10.2020

Monitorowanie infrastruktury

Vertiv Environet Alert
23.10.2020

Telefonia w chmurze

NFON Cloudya
23.10.2020

Nowości w EDR

Bitdefender GravityZone
23.10.2020

Wykrywanie anomalii

Flowmon ADS11
23.10.2020

Mobilny monitor

AOC 16T2
22.10.2020

HP Pavilion

HP zaprezentowało nowe laptopy z linii Pavilion.
22.10.2020

Inteligentny monitoring

WD Purple SC QD101
22.10.2020

Przełącznik 2,5GbE

QNAP QSW-1105-5T

Podstawy chłodzenia Data Center

Data publikacji: 16-06-2020 Autor: Krzysztof Kęsicki
Rys. 1. Struktura zużycia...

Każde działające urządzenie elektroniczne wydziela ciepło. Wynika to wprost z zasady zachowania energii dotyczącej przepływu prądu elektrycznego. Energia przepływającego prądu zamienia się w energię przewodnika. Powoduje to, że  wewnątrz aparatury wydziela się ciepło, które należy stamtąd usunąć w celu zapewnienia stabilnej pracy.

 

Serwerownie to miejsca szczelnie wypełnione sprzętem elektronicznym: serwerami, macierzami dyskowymi, switchami, routerami, robotami taśmowymi itd. Choć z roku na rok wzrasta efektywność energetyczna urządzeń IT, to równocześnie wykładniczo rośnie zapotrzebowanie na moc obliczeniową. Należy również uwzględnić to, że w komorze są zainstalowane części systemu elektroenergetycznego, tj. szynoprzewody, rozdzielnice, listwy zasilające, kasety odpływowe, które są odpowiedzialne za realizację dostaw i rozdziału energii elektrycznej. Te elementy też wydzielają ciepło. Dlatego tak ważne jest zastosowanie w data center układu chłodzenia, który nie tylko spełni obecne wymagania, ale będzie również na tyle elastyczny, aby chłodzić systemy IT za pięć czy dziesięć lat.

 

> NA POCZĄTEK TROCHĘ TEORII

 

Przywołana zasada zachowania energii została opisana dla prądu elektrycznego przez prawo Joule’a:

 

Q = R × I2 × t

 

gdzie:
Q [J] – ilość wydzielonego ciepła,
I [A] – natężenie prądu elektrycznego,
R [Ω] – opór elektryczny przewodnika,
t [s] – czas przepływu prądu.

 

Ilość wydzielanego ciepła jest więc wprost proporcjonalna do rezystancji przewodnika, czasu oraz kwadratu natężenia przepływającego prądu. Będzie miała bezpośredni wpływ na warunki środowiskowe panujące wewnątrz komory serwerowni. Dwa podstawowe parametry środowiskowe to temperatura i wilgotność. Temperaturę definiujemy jako miarę energii kinetycznej, która powstaje na skutek drgań i ruchu wszystkich cząsteczek tworzących dany układ. Warto tutaj wspomnieć o temperaturze punktu rosy, w której para wodna osiąga stan nasycenia, czyli jest to temperatura, w której może rozpocząć się proces skraplania pary wodnej. Odnośnie do wilgotności posługiwać się będziemy dwoma pojęciami:

 

  • wilgotność bezwzględna – masa pary wodnej wyrażona w gramach zawarta w 1 m3 masy powietrza,
  • wilgotność względna – stosunek ciśnienia cząsteczkowego pary wodnej zawartej w powietrzu do ciśnienia cząstkowego pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze (wyrażony w procentach).

 

Ogólną strukturę zużycia energii elektrycznej w centrum przetwarzania danych przedstawiono na rys. 1. Widać na nim bardzo wyraźnie, że system chłodzenia ma kolosalne znaczenie dla ostatecznego rachunku, jaki płacimy za utrzymanie ośrodka. Porównując współczynniki PUE (Power Usage Effectiveness – stosunek pomiędzy całkowitą energią elektryczną zasilającą ośrodek DC a energią elektryczną zużywaną tylko przez sprzęt IT), możemy obliczyć, jaka część naszej energii (a co za tym idzie – kosztów) jest tracona na utrzymanie systemu chłodzenia (tab. 1). Z przedstawionego wyliczenia wynika, że przy mocy komory 500 kW i cenie prądu na poziomie 600 zł/MWh różnica opłat za energię elektryczną pomiędzy dwoma ośrodkami z różnymi PUE będzie w ciągu roku wynosić prawie 1,4 mln zł brutto. Oczywiście na korzyść ośrodka z mniejszym PUE, gdzie koszty operacyjne generowane chociażby przez systemy chłodzenia będą znacznie niższe.

 

> PARAMETRY ŚRODOWISKOWE WEDŁUG ASHRAE

 

Jakie parametry środowiskowe utrzymywać w serwerowni? Zdajmy się w tej kwestii na ekspertów. ASHRAE, czyli Amerykańskie Stowarzyszenie Inżynierów Ogrzewnictwa, Chłodnictwa i Klimatyzacji, od 1894 roku popularyzuje wiedzę z zakresu techniki instalacji grzewczych i chłodniczych. W 2005 roku ASHRAE opracowało bardzo popularny poradnik, który zdefiniował rekomendowane i dopuszczalne poziomy temperatury i wilgotności powietrza dostarczane na wlot urządzeń IT. Według najnowszych standardów ASHRAE mamy obecnie następujące dopuszczalne zakresy pracy dla urządzeń:

 

  • temperatura od 15°C do 27°C (w 2005 roku był to zakres od 20°C do 24°C),
  • wilgotność względna od 8% do 80% (w 2005 roku był to zakres od 30% do 70%).

 

Oczywiście nie oznacza to, że powinniśmy teraz ze względu na obniżenie kosztów utrzymywać w serwerowni np. 26°C i 10% wilgotności. Są to już wartości brzegowe, które jednak dalej są respektowane przez producentów urządzeń chociażby podczas rozpatrywania procedur gwarancyjnych. Szczególnie tak niski próg wilgotności może zaskakiwać, ale badania przeprowadzone przez ASHRAE na przestrzeni ostatnich lat nie wykazały zwiększonego zagrożenia ładunkami elektrostatycznymi przy niskiej wilgotności. Należy zawsze rozpatrywać zagadnienia związane z wilgotnością w odniesieniu do temperatury punktu rosy. Jeśli podłogi wykonane zostały z odpowiednich materiałów, a osoby pracujące w data center noszą antystatyczne obuwie i ubrania, to nie ma obaw, aby nawet przy niskiej wilgotności stworzyły się warunki do wyładowań.

 

Dodatkowo dla zapewnienia prawidłowego działania systemu klimatyzacji powinniśmy oczywiście posiłkować się właściwym systemem monitoringu, skalibrowanym według potrzeb. Posiadanie chociażby kilku progów alarmowania (ostrzeżenie, wysoki alarm, wartość krytyczna) to podstawa.

 

> KLASYCZNE UKŁADY CHŁODZENIA


Przy wyborze systemu chłodzenia musimy zwrócić uwagę przede wszystkim na dwa podstawowe parametry: ilość chłodu, którą trzeba dostarczyć, oraz niezawodność systemu. W artykule skupimy się na trzech podstawowych układach chłodzenia, które można podzielić ze względu na sposób wymiany ciepła w pomieszczeniu, czynnik chłodniczy oraz sposób oddawania ciepła na zewnątrz.

 

Najprostszym systemem stosowanym najczęściej do małych i średnich pomieszczeń jest system chłodzenia powietrzem typu split. System ten składa się z jednostki wewnętrznej nazywanej CRAC (Computer Room Air Conditioner) oraz jednostki zewnętrznej odprowadzającej ciepło na zewnątrz układu. Ciepło wydzielane przez sprzęt IT jest zabierane z wnętrza serwerowni i transportowane na zewnątrz za pomocą krążącego w rurociągu freonowego czynnika chłodniczego. W takim układzie sercem jest sprężarka, która wytwarza niezbędne ciśnienie w układzie i jest zamontowana najczęściej w jednostce wewnętrznej. Drugim elementem niezbędnym do funkcjonowania systemu jest termostatyczny zawór rozprężny. Jego głównym zadaniem jest rozprężenie czynnika chłodzącego przemieszczającego się w układzie wysokiego ciśnienia. Efektem rozprężania jest drastyczny spadek temperatury freonu, który przepływając przez wewnętrzny wymiennik ciepła, czyli parownik, ogrzewa się, zabierając ciepło z powietrza wewnątrz komory.

 

Gorąca, sprężona para czynnika chłodniczego transportowana jest następnie do jednostki zewnętrznej, gdzie trafia do skraplacza. Tam oddaje swoje ciepło rurkom i lamelkom oraz dalej – do atmosfery. W czasie przepływu przez skraplacz para czynnika chłodniczego stopniowo skrapla się w ciecz i jest dalej prowadzona w stronę parownika. Uproszczony schemat jednostopniowego sprężarkowego urządzenia chłodniczego pokazano na rys. 2.

 

Do zalet takiego układu należą na pewno jego niski koszt oraz łatwość utrzymania. Wprowadzenie w takim systemie redundancji też nie powinno nastręczać większych problemów. Po obliczeniu zapotrzebowania na moc chłodniczą należy dobrać odpowiednią jednostkę split i po prostu zamówić dwa takie układy, aby mieć układ n+1. Dodatkowo warto rozważyć montaż systemu do pracy naprzemiennej. Najprostsze takie systemy można wykonać na przekaźnikach czasowych bez konieczności kupowania kosztownych sterowników producenta sprzętu. Do wad systemów split należy m.in. konieczność prowadzenia orurowania z freonem przez pomieszczenia ruchu osobowego. Rurociągi nie mogą być zbyt długie, ponieważ oznacza to spadek niezawodności tego rozwiązania. Każda jednostka wewnętrzna musi posiadać swój osobny skraplacz umiejscowiony na zewnątrz budynku, najczęściej na dachu.

 

[...]

 

Specjalista ds. utrzymania infrastruktury data center. Zajmuje się problematyką budowy, utrzymania i zarządzania centrami przetwarzania danych oraz koordynowaniem zmian dotyczących krytycznej infrastruktury IT.

Pełna treść artykułu jest dostępna w papierowym wydaniu pisma.

.

Transmisje online zapewnia: StreamOnline

All rights reserved © 2019 Presscom / Miesięcznik "IT Professional"