Вестник УКЦ АПИК: Контейнеризация воздуха при кондиционировании ЦОД

Рост плотности тепловых потоков в центрах обработки данных (ЦОД) все более усложняет задачу охлаждения оборудования. На первый план при организации систем кондиционирования выходит энергосбережение, обеспечить которое призвано внедрение решений, связанных с контейнеризацией воздуха.

В данной статье описываются типичные методы контейнеризации горячего и холодного воздуха, их особенности и побочные эффекты.

Вопросы проектирования горячих и холодных коридоров

Горячие и холодные коридоры создаются для уменьшения смешивания холодного и горячего воздуха. Это позволяет охлаждать более мощное оборудование, эффективно направляя воздух к источникам тепловой нагрузки и от них. Но при возрастании теплоотдачи снова возникают проблемы смешивания воздуха. Причина этого очевидна — открытые пространства.

При наличии открытых пространств горячий воздух не удерживается в горячем коридоре, а холодный — в холодном. Поэтому все открытые полости серверных шкафов должны быть заблокированы. Блокирование открытых полостей предотвращает рециркуляцию горячего воздуха через стойко-места (юниты стоек) между компьютерами и промежутки между несмежными шкафами и в то же время не позволяет холодному воздуху проходить мимо оборудования. Применение панелей-заглушек для неиспользуемых стойко-мест — до сих пор наиболее игнорируемый принцип в ЦОД, что ведет к весьма неэффективному кондиционированию и лишним энергозатратам.

Нужно учитывать и два других фактора: горячий воздух всегда поднимается вверх, и вентиляторы забирают весь воздух, который только могут. При повышении тепловыделений горячий воздух проходит по верху серверных шкафов и попадает обратно к серверам. Так как оборудование требует больше воздуха, вентиляторы затягивают его назад в холодные коридоры. Очевидное решение: поставить барьеры в коридорах, заблокировать их выходы стенами и дверями и сделать потолок по верху шкафов.

И вот — горячие и холодные коридоры изолированы! Горячий воздух закрыт в горячем коридоре и не выходит наружу, а холодный воздух закрыт в холодном коридоре и не расходуется зря. Звучит просто, но давайте рассмотрим этот вопрос глубже.

Два типа контейнеризации

Итак, зачем вообще выбирать между горячим и холодным коридорами? Почему просто не изолировать оба коридора, а в остальной части помещения оставить обычный комнатный воздух? Сейчас так и делается, но это создает много ненужной работы и расходов. Подумайте, какой метод более подходит вам, рассмотрите возможные проблемы и преимущества.

Таблица. Мощность шкафных кондиционеров при различной температуре отработанного воздуха

Номинальная мощность кондиционера (табличное значение при 24°С), кВтМощность кондиционера в зависимости от температуры входящего воздуха, кВт
30°С 35°С
26,237,450,8
34,649,666,0
42,358,976,7
52,475,2101,2
61,286,4113,8
70,8101,7135,6
84,6118,8155,5
101,6144,1191,3
117,7163,9213,1

Изоляция горячего коридора

Изоляция горячего коридора от компании АРС
Рис. 1. Изоляция горячего коридора от компании АРС
Принято считать, что контейнеризация горячего коридора (рис. 1) проще в организации, чем холодного, и она имеет небольшое преимущество с точки зрения энергосбережения. Сторонники данного метода отмечают, что в остальной части помещения и так присутствует нужная охлаждающая температура, как и в холодном коридоре, который фактически не должен быть таким уж «холодным» и может иметь температуру 24 или даже 27 градусов. Именно так написано в «Руководстве по кондиционированию среды обработки данных» Американской ассоциации инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers — ASHRAE).

Так как основное пространство помещения и так обладает достаточно прохладной температурой, вентиляторы оборудования могут затягивать воздух из любого пространства. Поэтому, хотя мы и должны стремиться к поставке достаточного объема воздуха к оборудованию, необязательно охлаждать его до температуры холодных коридоров.

Главный недостаток контейнеризации горячего коридора — рабочая среда в горячем коридоре, температура которой может достигать 35 градусов. Работать в таких условиях в течение долгого времени некомфортно. Для снижения температуры и поддержания ее в разумных пределах некоторые проекты допускают использование небольшого количества холодного воздуха. Конечно, это уменьшает преимущества контейнеризации, но создает, безусловно, более комфортную рабочую среду.

Возможность достижения более высокой температуры отработанного воздуха повышает эффективность работы системы охлаждения: кондиционеры вырабатывают бóльшую охлаждающую мощность при работе с более горячим воздухом. Таблица демонстрирует примеры повышения мощности для некоторых кондиционеров.

При полной контейнеризации горячий воздух может вернуться только к кондиционерам, причем с максимальной температурой. Это может быть организовано с помощью развернутой системы воздушных каналов, но чаще используется надпотолочное пространство, называемое пленумом.

При этом есть несколько предо­стережений и практических рекомендаций:

  • надпотолочное пространство должно быть чистым,
  • потолочная плитка должна хорошо держаться, не сноситься воздушными потоками и не отслаиваться
    для прохода воздуха через потолок горячего коридора требуется установка большого количества широких вентиляционных решеток.

Это позволит вам сохранить работоспособность системы и предо­твратить ее засорение.

Изоляция холодного коридора

Изоляция холодного коридора на примере решений компании Schroff
Рис. 2. Изоляция холодного коридора на примере решений компании Schroff
Одно из самых больших преимуществ контейнеризации холодного коридора (рис. 2) — то, что независимо от подпольного или надпотолочного расположения системы охлаждения коридор заполняется холодным воздухом, а доступ горячему воздуху туда прегражден. Это обеспечивает подачу максимального объема холодного воздуха к оборудованию и минимизирует разницу температуры между верхними и нижними частями серверных шкафов.

Когда холодный воздух выталкивается через промежутки между напольной плиткой, он поднимается лишь на небольшую высоту, если только не поднять его вентилятором. Компьютерные вентиляторы обычно поднимают и затягивают внутрь этот воздух, но он все-таки нагревается при подъеме. Тем не менее при полной контейнеризации холодного коридора внутри него температура воздуха на пути от пола до потолка остается ближе к необходимому «конечному» значению.

Как отмечалось выше, необязательно охлаждать воздух до 13 градусов, как это традиционно делалось ранее. Верхний предел, устанавливаемый ASHRAE, составляет 27 градусов, поэтому можно задать температуру около 24 градусов и не беспокоиться за безопасность оборудования. Это позволит увеличить значение температуры, заданное при настройке кондиционеров, что уменьшит их энергопотребление. Противники метода говорят, что тогда остальная часть помещения неизбежно превратится в горячий коридор с температурой 35 и более градусов и все пространство, кроме изолированного холодного коридора, будет некомфортным для работы.

Важная и трудная задача технологии контейнеризации холодного коридора — поддержание и контроль воздушного баланса. Компьютерное оборудование требует определенного количества воздуха для охлаждения. Если доступен только воздух, подаваемый в изолированный холодный коридор, нужно установить перфорированную или решетчатую напольную плитку или решетку под потолок и тогда компьютеры получат весь необходимый им воздух.

Выводы

Мы убедились, что контейнеризация коридоров в центрах обработки данных позволяет повысить энергоэффективность системы кондиционирования как за счет оптимизации воздушных потоков, так и благодаря возможности безопасного повышения температуры в ЦОД.

При этом, как выясняется, одновременно изолировать и горячий, и холодный коридоры нет необходимости — достаточно изоляции одного из них, а какого именно — зависит от архитектуры системы охлаждения.

Юрий Хомутский, технический редактор журнала «МИР КЛИМАТА»



наши проекты
  • АПИК
  • Университет климата
  • Выставка «Мир климата»
  • АПИК-тест