Охлаждение и вентиляция ЦОД: требования и современные решения

Спроектировать современный центр обработки данных (ЦОД) – задача, требующая особого внимания и грамотного подхода. Важным фактором является обеспечение системами охлаждения и вентиляции, поскольку от правильной организации климат-контроля напрямую зависит безопасность и скорость работы серверов.

На ранних этапах ЦОД создавались без каких-либо стандартов, что привело к серьезным трудностям для системных администраторов. Однако за последние двадцать лет мировой опыт предоставил специалистам четкие направления для работы.

Стандарты, регулирующие создание дата-центров, играют важную роль в организации оптимальных систем кондиционирования, вентиляции и фильтрации воздуха. В данный момент наиболее популярными являются американские стандарты TIA-942 и TIA/EIA-569, которые определяют требования к проектированию и монтажу дата-центров.

Согласно стандарту TIA-942, дата-центры делятся на различные типы, основываясь на уровне надежности. Данный стандарт регулирует процесс проектирования дата-центров. С другой стороны, стандарт TIA/EIA-569 определяет правила прокладывания телекоммуникационных сетей и его действие распространяется на этап монтажа.

В России, как и за рубежом, требования к дата-центрам организуются с учетом американских стандартов, поскольку текущие отечественные ГОСТы в области телекоммуникаций не достаточно совершенствованы. Перейдем к рассмотрению требований к дата-центрам подробнее, учитывая эти стандарты.

Важность поддержания определенных параметров температуры, влажности и качества воздуха в серверных хорошо известна. Чтобы обеспечить нормальное функционирование активного оборудования, комплектация ЦОД должна включать систему климат-контроля. Эта система должна работать круглосуточно, в течение всего года. Если централизованная система микроклимата не может обеспечить непрерывную работу, серверному помещению потребуется автономная климатическая система.

Для обеспечения оптимального функционирования серверов необходимо поддерживать определенные параметры воздуха. В частности, температура в серверной комнате должна быть в пределах 20–25 °C. Одновременно, влажность должна быть в диапазоне 40–55%. Наконец, приток свежего воздуха должен быть обеспечен с помощью фильтрации класса EU4 и подогреваться в зимнее время.

Система кондиционирования серверных и дата-центров должна удовлетворять вышеперечисленным требованиям. Кроме того, фактическая холодильная мощность системы кондиционирования должна перекрывать суммарное тепловыделение от всего оборудования ЦОД. Система должна состоять как минимум из двух независимых кондиционеров, каждый из которых рассчитан на самостоятельное обеспечение заданного микроклимата в помещении.

Для охлаждения серверной комнаты часто используют фальшполы высотой не менее 300 мм от основного перекрытия до уровня чистового пола. Советуется использовать фальшпол высотой в 400 мм. В пространстве под фальшполом организуют каналы распределения холодного воздуха. Фальшпол состоит из прочных модулей (плиток), которые легко демонтируются и способны выдерживать точечную нагрузку до 455 кг. Конструкция фальшпола должна включать установку решеток вентиляции и кабельных вводов для телекоммуникационных стоек. Наконец, общая шина технологического заземления серверной должна обеспечивать заземление всех конструкций фальшпола.

Оптимальные решения в области информационных технологий широко применяются для обеспечения высокой производительности ЦОД. Одним из наиболее важных аспектов является достижение соответствия систем кондиционирования и вентиляции стандартам TIA-942 и TIA/EIA-569. В этой связи, был разработан ряд технологических решений, которые помогают обеспечить оптимальное функционирование ЦОД.

Среди этих решений можно выделить следующие:

1. Использование системы холодильник-кондиционер
   Данная система позволяет снизить энергопотребление и гарантирует соответствие температурных показателей стандартам TIA-942 и TIA/EIA-569.
2. Установка системы контроля температуры и влажности
   Система контроля температуры и влажности – это необходимое условие для обеспечения безопасного и эффективного функционирования ЦОД. Она позволяет поддерживать оптимальный уровень влажности и температуры в помещении, что способствует улучшению работоспособности серверов.
3. Применение модульных систем кондиционирования и вентиляции
   Модульные системы кондиционирования и вентиляции могут быть эффективно использованы для достижения оптимальной производительности ЦОД. Они позволяют достичь высокой эффективности и экономичности, а также быстро адаптироваться к изменениям в размере ЦОД.

Таким образом, использование этих технологических решений позволяет обеспечить оптимальное функционирование ЦОД, снизить затраты на энергопотребление и гарантировать соответствие стандартам TIA-942 и TIA/EIA-569.

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