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.

В области организации дата-центров существует два ключевых стандарта, разработанных в США: TIA-942 и TIA/EIA-569. Они содержат требования к организации систем кондиционирования и вентиляции воздуха, включая фильтрацию. В настоящее время эти стандарты являются основополагающими в российской практике, поскольку отечественные ГОСТы в области телекоммуникаций пока являются несовершенными.

TIA-942 классифицирует дата-центры по степени надежности и устанавливает требования к проектированию. А TIA/EIA-569 определяет правила прокладки телекоммуникационных сетей и распространяет свое действие на этап монтажа.

Далее мы рассмотрим требования к дата-центрам в соответствии с этими стандартами.

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 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: что это и зачем нужна?

Центры обработки данных являются очень важной инфраструктурой в современном мире, где большие объемы данных играют центральную роль. Если такой центр обработки данных был качественно спроектирован и реализован, и его кондиционирование соответствует международным стандартам, то он может пройти сертификацию по Tier, что позволит повысить его привлекательность для потенциальных клиентов.

Сертификат Tier, разработанный международной организацией Uptime Institute Professional Services, выдается по итогам аудита центра обработки данных на документацию и на рабочие процессы. По итогам аудита центру обработки данных присваивается уровень надежности от I до IV, где I — низший уровень, а IV — высший. Оптимальным по соотношению цена-качество считается III уровень. Основной показатель надежности центра обработки данных — допустимое время его простоя: для I уровня составляет 28,8 часов, а для IV — всего 0,4 часа.

Сертификация Tier позволяет потенциальным клиентам более точно оценить уровень надежности центра обработки данных и выбрать наиболее подходящий вариант. В России планируется создать собственную систему сертификации ЦОД, в рамках реализации программы «Цифровая экономика». Это позволит российским ЦОД конкурировать с зарубежными аналогами на более выгодных условиях и привлекать больше клиентов.

Спрос на качественное климатическое оборудование для центров обработки данных постоянно растет в связи с цифровой трансформацией всех сфер бизнеса и увеличением объемов данных. Это подтверждает значимость и необходимость развития инфраструктуры ЦОД в России.

Фото: freepik.com