|
W poprzedniej części cyklu „Akademia APC” w numerze 8/2009 przedstawione zostały ogólne zasady postępowania zalecane przez APC w przypadku audytu energetycznego oraz główne elementy serwerowni, które muszą być sprawdzone, żeby otrzymać obraz problemów wymagających natychmiastowej naprawy.
W niniejszej publikacji zaprezentowane zostaną podstawowe sposoby eliminacji nieprawidłowości w układzie chłodzenia, ze szczególnym uwzględnieniem optymalizacji dystrybucji powietrza w serwerowni.
Obecnie praktycznie każde opracowanie dotyczące problemów chłodzenia w serwerowniach traktuje recyrkulację powietrza jako największe niebezpieczeństwo dla prawidłowego funkcjonowania serwerowni. Co oznacza ten termin?
Recyrkulacja powietrza w serwerowniach jest to zakłócenie idealnej cyrkulacji powietrza pomiędzy wlotem i wylotem klimatyzatora. Idealna cyrkulacja to z kolei brak jakiegokolwiek mieszania powietrza zimnego, nawiewanego w strefę zasysania przez sprzęt komputerowy z powietrzem ciepłym wydmuchiwanym z tych urządzeń.
Osiągnięcie idealnej cyrkulacji powietrza sprowadza się do dwóch najważniejszych zasad, które należy powtarzać do znudzenia:
● należy dążyć do utworzenia drogi swobodnego przepływu od źródła chłodzonego powietrza do wlotów w obudowach serwerów, niezależnie od przyjętego sposobu chłodzenia;
● konieczne jest również utworzenie drogi swobodnego przepływu od tylnych wylotów powietrza z obudów serwerów do kanału powrotnego powietrza, prowadzącego do klimatyzatora.
Szczegółowe badania APC związane z występowaniem recyrkulacji powierza w serwerowniach (układy idealne występują bardzo rzadko) doprowadziły do dokładnego określenia zagrożeń oraz sposobów zapobiegania im. Zanim przejdziemy do metod ograniczania recyrkulacji postraszymy kilkoma wymiernymi skutkami jej występowania.
Recyrkulacja powietrza zmniejsza odporność na awarie
Systemy szaf rakowych, w których występuje silna recyrkulacja powietrza, charakteryzują się zmniejszoną odpornością na awarię oraz są trudniejsze w utrzymaniu niż systemy prawidłowo zaprojektowane i wdrożone. W większości instalacji chłodzenie realizowane jest przez szereg klimatyzatorów CRAC doprowadzających powietrze do wspólnej przestrzeni podpodłogowej. W takiej konfiguracji możliwe jest utrzymanie chłodzenia pomieszczenia mimo wyłączenia jednego z klimatyzatorów z powodu awarii lub na czas konserwacji. Pozostałe klimatyzatory są w stanie przejąć dodatkowe obciążenie. Recyrkulacja negatywnie wpływa na odporność takiego systemu na awarie, ponieważ:
● niższa (z powodu recyrkulacji) temperatura powietrza powracającego do klimatyzatora powoduje, że pozostałe klimatyzatory działają ze zmniejszoną wydajnością a system nie jest w stanie zapewnić wymaganej wydajności chłodniczej;
● pozostałe działające klimatyzatory nie będą w stanie utrzymać podwyższonej szybkości przepływu powietrza niezbędnej do zniwelowania wpływu recyrkulacji, co prowadzić będzie do przegrzewania się urządzeń.
Recyrkulacja znacząco wpływa na koszty użytkowania
Potencjalne problemy, u podstaw których leży przegrzewanie się urządzeń i zmniejszona odporność na awarie, są wystarczającym argumentem przemawiającym za użyciem szaf o jednolitej, prawidłowej konstrukcji oraz paneli maskujących. Poprawnie skonstruowane szafy rakowe mają perforowane panele przednie i tylne. Niedopuszczalne jest zamontowanie wentylatorów na górze szafy. W jednej z serwerowni dodatkowa moc cieplna pochodząca od takich zbędnych wentylatorów wynosiła aż 30 kW.
Największym składnikiem kosztów chłodzenia liczonych w całym okresie eksploatacji jest koszt energii elektrycznej zasilającej klimatyzatory i wentylatory. Recyrkulacja nie ma wpływu na moc lub ciężar instalacji chłodniczej wymaganej w centrum obliczeniowym. Ma jednak znaczny negatywny wpływ na wydajność systemów chłodniczych. Oznacza to, że recyrkulacja spowoduje wzrost kosztów energii elektrycznej. Koszt ten będzie wyższy jeśli w nieodpowiedni sposób zneutralizujemy efekty recyrkulacji. Mechanizm powstawania dodatkowych kosztów przedstawiono na rysunku 1.
Najczęściej spotykane reakcje na powstanie gorących miejsc to:
● obniżenie temperatury powietrza z klimatyzatorów,
● zamontowanie klimatyzatorów o większej mocy.
Z takimi działaniami związane są znaczne nieprzewidziane koszty, co zilustrowano na rys. 1. Ograniczanie recyrkulacji już na etapie projektu i poprzez przyjęcie właściwych strategii postępowania, pozwala bardzo niewielkim kosztem uniknąć konsekwencji przedstawionych powyżej.
Poniżej wymienione zostaną podstawowe metody ograniczające recyrkulację powietrza w serwerowniach.
Przepływ powietrza wewnątrz szafy rakowej
Chociaż szafy rakowe uważa się często jedynie za mechaniczne konstrukcje nośne, w istocie odgrywają one kluczową rolę w zapobieganiu recyrkulacji gorącego powietrza do wlotów urządzeń. Gorące powietrze jest wydmuchiwane pod nieco zwiększonym ciśnieniem, co w połączeniu z podciśnieniem panującym na wlocie urządzenia powoduje kierowanie gorącego powietrza z powrotem do wlotu.
Efekt ten jest znacznie silniejszy od efektu konwekcji cieplnej, który – jak wiele osób sądzi – powinien powodować unoszenie się gorącego powietrza nad urządzenia. Szafa i jej panele maskujące stanowią naturalną barierę, która istotnie wydłuża drogę recyrkulacji powietrza, a w konsekwencji ogranicza zasysanie przez urządzenia gorącego powietrza.
Bardzo często spotykana praktyka polegająca na tym, aby nie instalować paneli maskujących, w mniejszym lub większym stopniu stosowana jest w 90% centrów obliczeniowych (mimo że wszyscy najwięksi producenci sprzętu komputerowego wyraźnie zalecają używanie takich paneli). Recyrkulacja będąca wynikiem powyższych zaniedbań może spowodować wzrost temperatury urządzeń komputerowych o 8°C. Szczegółowy opis tego efektu oraz dane eksperymentalne zamieszczono w dokumencie technicznym White Paper firmy APC nr 44 pt. „Improving Rack Cooling Performance Using Blanking Panels” (Poprawa skuteczności chłodzenia szaf przy użyciu paneli maskujących). Panele maskujące zmieniają drogę przepływu powietrza w szafie, co ilustruje rys. 2. Montaż paneli to rozwiązanie bardzo proste i niedrogie, które można zastosować niemal w każdym centrum obliczeniowym.
W wielu skonfigurowanych szafach występują inne niedoskonałości będące przyczyną tych samych problemów, co brak paneli maskujących. W szerokich szafach z montowanymi wewnętrznie szynami możliwa jest recyrkulacja powietrza po bokach szyn. Montaż urządzeń komputerowych na półkach uniemożliwia zastosowanie paneli maskujących i stwarza szerokie, swobodne drogi recyrkulacji wydmuchiwanego powietrza. Niektóre standardowe szafy rakowe mają wbudowane kanały recyrkulacyjne w górnej części, na dole i wokół szyn. W takich przypadkach zamontowanie paneli maskujących nie wyeliminuje skutecznie recyrkulacji. Konstrukcja wielu szaf po prostu nie jest przystosowana do efektywnej pracy we współczesnych serwerowniach, a montowanie nowych serwerów w „starych” szafach rakowych jest źródłem wielu problemów. Konsekwentne stosowanie szaf o odpowiedniej konstrukcji oraz użycie paneli maskujących może istotnie ograniczyć recyrkulację i tendencję do powstawania miejsc gorących.
Ograniczenie temperatury miejsc gorących poprzez użycie paneli maskujących oraz wybór szaf o konstrukcji zapobiegającej recyrkulacji przynosi oczywiste korzyści w postaci zwiększonej dostępności systemu. Istnieją jednak również inne, mniej oczywiste, ale bardzo istotne korzyści wymagające wyjaśnienia.
Przeszkody znajdujące się pod podłogą i uszczelnienie podłogi
(...) |
