Rosnące wymagania w Centrach Przetwarzania Danych (Data Center) w dążeniu do optymalizacji kosztów i maksymalizacji wykorzystywanej powierzchni przy zachowaniu wysokiej niezawodności systemów powodują problemy związane z tzw. punktami wysokiej gęstości mocy (z ang. High Density).Czym są te złowieszczo brzmiące obszary? W skrócie jest to przestrzeń w serwerowni, gdzie występują duże zyski ciepła. Powodem są szybko rozwijające się technologie IT generujące coraz większe moce obliczeniowe, natomiast większe moce obliczeniowe determinują większy pobór prądu, który praktycznie w całości przetwarzany jest na ciepło emitowane z serwerów.

W tej chwili, popularyzacja technologii serwerów blade powoduje, że praktycznie każdy administrator IT, nawet niewielkiej serwerowni, może stanąć przed wyzwaniem odprowadzenia ciepła z mocno obciążonej szafy. Każdy elektryk potwierdzi, że doprowadzenie dużej ilości mocy elektrycznej do szafy rack nie jest problemem – należy jedynie zastosować kable o odpowiednim przekroju lub odpowiedni szynoprzewód. Natomiast z odprowadzeniem ciepła to już inny problem.

Czasy, gdy średnia moc na szafę rack z serwerami wynosiła 2÷3 kW już dawno minęły – przed nami wyzwania rozwiązań w jaki sposób skutecznie odprowadzić 15, 20, a nawet 40 kW z jednej szafy IT?

FAST Group jako firma inżynierska w zakresie budowy Data Center oraz wyłączny przedstawiciel producentów na Polskę ma opracowaną technologię łączącą najlepsze produkty na rynku tworząc spójne rozwiązanie o nazwie HDCool.

Ogólne rozwiązania polecane przez inżynierów firmy to:

• rozstawienie szaf klimatyzacyjnych w celu zapewnienia prawidłowych przepływów zimnego powietrza,
• wydzielenie korytarzy (stref) zimnych i gorących,
• uszczelnienie pomieszczenia, wszelkich przejść w podłodze technicznej, pustych części szaf IT,
• zabudowa zimnego korytarza,
• stosowanie specjalnych kratek nawiewnych typu DirectAire i przepustnic SmartAire,
• zastosowanie modułów aktywnej podłogi PowerAire.

Na podstawie doświadczeń w tekście przybliżone zostały zagadnienia High Density na dwie podstawowe kategorie: pierwotne i wtórne.

Problemy pierwotne powstają na etapie koncepcji i projektu, kiedy klient specyfikuje swoje oczekiwania np. 20 kW mocy z szafy rack i oczekuje zastosowania odpowiednich rozwiązań technicznych, aby osiągnąć zamierzony efekt. Chce przy tym zachować odpowiedni współczynnik PUE – czyli efektywności energetycznej.

Problemy wtórne natomiast powstają w działających już serwerowniach, gdzie dalsza rozbudowa infrastruktury IT nie była przewidziana na etapie projektowym lub też prowadzona jest w nieoptymalny, chaotyczny sposób.

Jak rozwiązać wtórny problem high density?

Kłopoty pojawiają się głównie w serwerowniach eksploatowanych jakiś czas lub też w serwerowniach, gdzie sprzęt został nierównomiernie rozlokowany w szafach rack. Proponowane rozwiązania często wiążą się z dużymi nakładami finansowanymi – dostawianiem kolejnych szaf klimatyzacyjnych, niechcianymi pracami prowadzonymi w serwerowni. Jeśli tylko dysponujemy odpowiednim bilansem chłodu i powietrza – czyli dysponujemy mocą chłodniczą nie mniejszą niż ilość ciepła generowanego w serwerowni i mamy odpowiedni przepływ powietrza, jesteśmy w stanie poradzić sobie z tym szybko i skutecznie przy stosunkowo niewielkich nakładach finansowych.

Istnieje szereg rozwiązań pozwalających na kontrolę powietrza dystrybuowanego spod podłogi technicznej zwiększając jego efektywność. Z jednej strony zwiększamy efektywność chłodzenia, a z drugiej strony ograniczamy straty – co procentuje mniejszymi opłatami za energię elektryczną i niższym zużyciem sprzętu:

• Direct Aire – to specjalnie zaprojektowane kratki nawiewne pozwalające na osiągnięcie współczynnika TAC (Total Air Capture) na poziomie 93%. Oznacza to, że 93% powietrza wydmuchiwanego przez kratkę trafi na front szafy rack. Sama kratka pozwala na wychłodzenie nawet do 25 kW z szafy rack (przy zastosowaniu tzw. zamknięcia zimnego korytarza);
  
  
  

  

• Smart Aire – jest to inteligentna przepustnica powietrza ze sterownikiem odpowiedzialnym za utrzymanie zadanej temperatury w szafie IT. Opcjonalnie może być wyposażona w czujnik ciśnienia w przypadku montażu w zabudowanych zimnych korytarzach (kioskach). Pozwala kontrolować ilość nadmuchiwanego powietrza w zależności od zapotrzebowania, zmniejszając straty i pozwalając wykorzystać jego nadwyżkę w innych punktach serwerowni.
  
  
  
  
  
  
  
  
• Power Aire – moduły aktywnej podłogi będące połączeniem specjalnej kratki nawiewnej i w zależności od wersji jednego (PowerAire) bądź czterech (PowerAire Quad) wentylatorów. Całość oczywiście kontrolowana jest przy pomocy regulatora mikroprocesorowego i zestawu czujników temperatury. Zastosowanie modułów podłogowych Power Aire pozwala na całkowite wyeliminowanie tzw. „hot spotów” w serwerowni, jak również pozwala na skuteczne schłodzenie szaf o dużej gęstości mocy – nawet do 40 kW na szafę. Największą zaletą tego rozwiązania jest jego prostota i elastyczność, ponieważ moduły zasilane są ze zwykłego gniazda 230 V pobierając niewielką moc, maksymalnie na poziomie 400 W. Implementacja modułu może zostać wykonana przez nieprzeszkoloną osobę w kilka minut, zgodnie z zasadą Plug&Play – w przypadku identyfikacji punktu wysokiej gęstości mocy wystarczy jedynie wyjąć zwykłą kratkę i osadzić moduł PowerAire. Równie prosto moduł można zdemontować i przenieść w inne miejsce.

Jak rozwiązać pierwotny problem High Density (HD)?

Podczas projektowania Data Center, klienci mają coraz większe oczekiwania. Szafy IT generujące 20, 25 i więcej kilowatów ciepła to już teraźniejszy problem i prawdziwe wyzwanie dla inżynierów, z którym nie raz już sobie radziliśmy. Od lat trwa dyskusja, czy lepszym rozwiązaniem w strefach HD jest klimatyzacja rzędowa (in-row) czy też ta z nadmuchem pod podłogę, czy bardziej efektywne jest zamykanie zimnego czy ciepłego korytarza.

Jak w każdym sporze prawda leży gdzieś pośrodku – to co należy jednak podkreślić, to że każde rozwiązanie działa i w każdej konfiguracji można osiągnąć odpowiednią wydajność chłodzenia. Zgodnie ze sprawdzonym pomysłem i doświadczeniem FAST Group, najbezpieczniejsze, efektywne kosztowo i wydajne jest chłodzenie pod podłogą techniczną wraz z zamknięciem zimnej strefy.

Nadmuch pod podłogę gwarantuje optymalne doprowadzenie zimnego powietrza do każdego punktu w serwerowni, a otwarta gorąca strefa gwarantuje bufor przyjęcia ciepła, wydłużając czas bezpiecznej pracy serwerowni podczas awarii klimatyzacji. W przypadku zamknięcia strefy gorącej czas potrzebny do osiągnięcia temperatury krytycznej powodującej wyłączenie serwerów będzie bardzo krótki – ponieważ kubatura strefy ciepłej jest niewielka. Z drugiej strony, wysoka temperatura powietrza gorącego (w zamkniętym korytarzu gorącym) powoduje bardzo duży gradient pomiędzy przodem a tyłem serwera, co powoduje znacznie częstsze awarie sprzętu.

W przypadku szaf typu in-row rozpływ powietrza jest uzależniony od ich rozmieszczenia, zajmują znacznie większą ilość miejsca w serwerowni niż klasyczne szafy z nadmuchem pod podłogę (a wiadomo, że każdy metr kwadratowy serwerowni kosztuje), a prace serwisowe są prowadzone w bezpośrednim kontakcie ze sprzętem IT. Zmiana umiejscowienia szaf in-row podczas pracy serwerowni jest prawie niemożliwa bez przerywania pracy serwerowni.

Nie wiadomo dlaczego utarło się, że rozwiązanie z nadmuchem pod podłogę przeznaczone są jedynie do mniejszej gęstości mocy – co jest stwierdzeniem nieprawdziwym. Rozwiązania FAST Group – HDCool przewidują dystrybucję powietrza pod podłogą techniczną, zamykanie zimnych stref powietrza oraz zastosowanie specjalnie zaprojektowanych kratek wentylacyjnych i modułów aktywnej podłogi. Szafy klimatyzacyjne posiadają innowacyjny system SMART-NET pozwalający na pracę wszystkich jednostek przy zmniejszonej wydajności by optymalnie rozprowadzić powietrze w pomieszczeniu serwerowni, a system kontroli ciśnienia pod podłogą płynnie reguluje prędkością wentylatorów. Taki system gwarantuje wychłodzenie nawet do 40 kW z szafy rack, przy zachowaniu bardzo korzystnych współczynników energetycznych.

mgr. inż. Michał Redlich
Inżynier Sprzedaży FAST Group
Dział Data Center
mgr. inż. Kamil Skowron
Inżynier Wsparcia Technicznego i Sprzedaży
Dział Klimatyzacji Precyzyjnej