Охлаждение и вентиляция ЦОД: требования и современные решения

Современные ЦОД требуют тщательного проектирования и оборудования системами охлаждения и вентиляции для эффективной и безопасной работы серверов. Ведь скорость и качество работы серверов непосредственно зависят от организации климат-контроля.

В прошлом создание ЦОД было связано с огромными проблемами для системных администраторов, в силу отсутствия стандартов. Однако, за последние двадцать лет этот процесс значительно упростился благодаря опыту, полученному во всем мире.

Существует два основных американских стандарта, которые регулируют требования к дата-центрам в части организации систем кондиционирования и вентиляции (включая фильтрацию) воздуха. Отечественные ГОСТы в этой области все еще находятся в процессе усовершенствования, поэтому российские специалисты используют вышеупомянутые американские стандарты.

Первым стандартом является TIA-942, который классифицирует дата-центры по степени надежности и предписывает правила проектирования. Вторым стандартом является TIA/EIA-569, который определяет процедуры укладки телекоммуникационных сетей и распространяет свое действие на стадию монтажа.

В дальнейшем мы будем рассматривать требования к дата-центрам в соответствии с этими стандартами.

Требования к климату в серверных помещениях

Важным компонентом оборудования центров обработки данных (ЦОД) является система климат-контроля, которая обеспечивает необходимый для нормального функционирования температурный режим и влажность в течение всего года. Однако, в случае, если здание не может обеспечить постоянную работу централизованной системы микроклимата, то необходима автономная климатическая система.

Требования к системе кондиционирования в серверных и дата-центрах включают следующие параметры: температура должна находиться в диапазоне от 20 до 25 °C, влажность – от 40 до 55%, а также обеспечиваться приток свежего воздуха с фильтрацией класса EU4 и подогревом в зимнее время.

Важно, чтобы фактическая мощность системы кондиционирования была больше, чем суммарное тепловыделение от всего оборудования ЦОД. Кроме того, система должна состоять минимум из двух независимых кондиционеров, каждый из которых рассчитан на самостоятельное обеспечение заданного микроклимата в помещении.

Для охлаждения серверной комнаты часто используются фальшполы высотой не менее 300 мм от основного перекрытия до уровня чистового пола. Рекомендуемая высота - 400 мм. Под фальшполом организуют каналы распространения холодного воздуха, а конструкция фальшпола должна предусматривать установку решеток вентиляции и кабельных вводов для телекоммуникационных стоек.

Фальшпол состоит из легко демонтируемых модулей (плиток), выдерживающих до 455 кг точечную нагрузку. Общая шина технологического заземления серверной должна обеспечивать заземление всех конструкций фальшпола.

Оптимальные технологические решения для ЦОД

Для того, чтобы системы кондиционирования и вентиляции соответствовали стандартам TIA-942 и TIA/EIA-569, необходимо применять определенные технологические решения. Существует целый ряд таких решений, которые можно выделить:

1. Применение технологий энергоэффективности. Все системы кондиционирования и вентиляции должны быть построены с использованием новейших технологий, которые обеспечивают максимальный уровень энергоэффективности.
2. Регулярное техническое обслуживание. Для того чтобы системы кондиционирования и вентиляции работали на высоком уровне, необходимо проводить регулярное техническое обслуживание и проверку качества работы.
3. Использование универсальных модулей кондиционирования и вентиляции. Для того чтобы обеспечить оптимальную работу системы, необходимо использовать универсальные модули кондиционирования и вентиляции, которые позволяют легко и быстро настраивать параметры работы.
4. Применение различных систем контроля работы. Для того чтобы убедиться в том, что системы кондиционирования и вентиляции работают на высоком уровне, необходимо применять различные системы контроля работы, которые позволяют мониторить и управлять процессом работы системы.
5. Оптимальное использование ресурсов. Для того чтобы обеспечить максимальный уровень эффективности работы системы кондиционирования и вентиляции необходимо оптимально использовать все ресурсы, в том числе и энергетические.

Климатическая техника сегодня предлагает потребителю разнообразные виды кондиционеров, включая прецизионные кондиционеры, сплит-системы, промышленные и полупромышленные кондиционеры. Для оптимального обеспечения кондиционирования серверных комнат обычно используют прецизионный тип кондиционеров. Существуют следующие виды прецизионных кондиционеров:

1. Системы с непосредственным расширением (DX). Такие системы являются наиболее распространенным решением и используются при удельных тепловых нагрузках небольшого размера. Обычно такие системы базируются на фреоновых прецизионных кондиционерах и работают по принципу, при котором фреон поступает во внутренний блок кондиционера, где происходит его расширение и испарение. В результате происходит охлаждение воздуха в помещении. Основными преимуществами DX-систем являются их низкая стоимость, высокая надежность и длительный срок службы. Однако, такие системы требуют больших эксплуатационных затрат и предъявляют серьезные требования к энергосистемам и помещению.
2. Системы на холодоносителе (CW). Такие системы подходят для средних и больших серверных комнат. Они работают по принципу охлаждения воздуха в теплообменнике кондиционера с помощью циркуляции охлажденного в холодильных машинах (чиллерах) холодоносителя. CW-системы отличаются более низкими эксплуатационными затратами и гибкостью, однако требуют больших капитальных затрат и являются более сложными инженерными системами.
3. Системы на основе принципа полного свободного охлаждения (FFC). В таких системах используется принцип теплообмена между наружным воздухом и воздухом, который циркулирует в серверной комнате. FFC-системы действуют почти без участия компрессоров в течение 95% времени в году. Такая система потребляет меньше электричества и дает больше кВт холода, чем другие системы. Однако, у FFC-систем пока нет широкого накопленного опыта внедрения на территории России.
4. Система естественного охлаждения с промежуточным теплоносителем (DFC). Эта система оснащена функцией переключения на определенный режим работы, который соответствует тепловой нагрузке и сезонным изменениям наружной температуры. Она использует сочетание компрессорного и естественного охлаждения. Основными преимуществами системы являются высокая эффективность, но высокие затраты и сложность.
5. Системы охлаждения, интегрированные в стойку. Для высоких тепловых нагрузок используют замкнутый цикл охлаждения в стойке. Это значит, что специализированные серверные шкафы могут быть оснащены системами охлаждения, защиты электропитания, пожаротушения, аварийной вентиляции и мониторинга. Недостатком такого оборудования является высокая стоимость.

Одним из ключевых вопросов, которые нужно решить на этапе выбора системы кондиционирования помещения, является выбор соответствующей вентиляционной системы. Как правило, в ЦОД применяется приточно-вытяжная вентиляция. В настоящее время существует тенденция к снижению энергопотребления в климатических системах, поэтому вентиляционные системы должны разрабатываться с учетом следующих принципов:

• установка устройств для возврата и повторного использования тепловой энергии;
• применение энергосберегающих элементов;
• увеличение расчетного срока службы оборудования.

Компании GEA, AL-KO, Flaktwoods и Swegon являются ведущими мировыми производителями этого типа оборудования.

Tier-сертификация Института Uptime Professional Services является одной из наиболее привлекательных опций для владельцев центров обработки данных (ЦОД), которые стремятся повысить надежность и привлекательность своих услуг. Сертификат Tier позволяет установить уровень надежности ЦОД по шкале от I до IV на основе анализа документации ЦОД и его рабочих процессов. Уровень IV считается наиболее высоким, а уровень I - наименьшим. Лучшим вариантом с точки зрения соотношения цены и качества является III уровень. Центрам обработки данных, имеющим сертификат Tier, удается привлечь больше потенциальных клиентов.

Однако, дополнительное оборудование для кондиционирования тоже существенно влияет на допустимое время простоя ЦОД. Нормальное значение времени простоя для уровня I составляет 28,8 часа, а для уровня IV - всего 0,4 часа.

В России, в рамках программы "Цифровая экономика", Министерство связи и массовых коммуникаций предлагает создать собственную систему сертификации ЦОД. В условиях стремительно развивающейся сферы бизнеса и повышающихся требований к надежности, растущий рынок коммерческих ЦОД нуждается в высококачественном климатическом оборудовании для обеспечения должного уровня обслуживания клиентов.

Фото: freepik.com