Ostatnie lata obfitują w wysyp nowych technologii chłodzenia Centrów Przetwarzania Danych mających na celu obniżenie kosztów związanych z utrzymaniem wymaganych parametrów temperatury i wilgotności powietrza dla prawidłowej pracy serwerów.

Pierwszym krokiem na tej drodze było wprowadzenie wydzielenia stref gorących i zimnych, co pozwoliło na kontrolę parametrów powietrza wlotowego do serwerów, a nie w całej przestrzeni pomieszczenia serwerowni. Wydzielenie strefy gorącej i temperatura powietrza w niej sięgająca nawet 40°C umożliwiła wprowadzenie rozwiązań chłodzenia wodą technologiczną o parametrach do 20/26°C, co stanowiło milowy krok w podnoszeniu efektywności energetycznej systemów klimatyzacji precyzyjnej (obniżenie mechanicznego współczynnika efektywności pPUE do poziomu 1,11).

Wprowadzenie technologii adiabatycznych do zewnętrznych chillerów free-coolingowych pozwoliło na pracę w trybie częściowego free-coolingu dla parametrów powietrza zewnętrznego wyższych niż temperatura wody w instalacji, dla podanego reżimu 20/26°C praca w trybie adiabatycznego free-coolingu możliwa jest już od temperatury powietrza zewnętrznego niższej niż +33°C (pPUE 1,08 w polskich warunkach klimatycznych – szerzej o tym rozwiązaniu pisalismy w poprzednim artykule w numerze 7-2014 ChiK).

Również rozwój technologii stosowanych w serwerach i innych urządzeniach IT pozwolił na rozszczerzenia dopuszczalnego i rekomendowanego okna parametrów temperatury i wilgotności powietrza. Wytyczne ASHRAE z 2004 określały bardzo wąskie okno tych parametrów: 20÷25°C, 40÷55%RH. Obowiązujące obecnie wytyczne z 2011 roku rozszerzyły rekomendowane okno temperatury do 18÷27°C, natomiast okno wilgotności zostało zdefiniowane przez minimalną wilgotność na poziomie 5,5°C temperatury punktu rosy (DP) i maksymalną 60%RH lub 15°C DP. Wytyczne te wprowadziły również dodatkowe cztery klasy sprzętu IT (A1-A4) z dopuszczalnym zakresem temperatury nawet do +45°C (klasa A4, np. dla laptopów lub komputerów osobistych). Dopuszczalne parametry temperatury dla obiektów klasy A1 to 15÷32°C (rys. 1). 

Rys. 1. Zakresy parametrów temperatury i wilgotności powietrza dla różnych klas sprzętu IT wg ASHRAE 2011

Wprowadzenie rozszerzonego okna wartości temperatur i obiektów klasy A1 umożliwiło rozwój technologii chłodzenia z wymiennikiem pośrednim powietrze-powietrze, wspomaganych przez systemy adiabatyczne lub wyparne. Zastosowanie wysoceefektywnych, krzyżowych wymienników aluminiowych pozwala na uzyskanie 100% wydajności chłodniczej w trybie suchym już dla temperatury powietrza zewnętrznego poniżej +18°C. Aby uniknąć zamrożenia wymienników w okresie zimowym i wykraplania wilgoci z powietrza serwerowni stosuje się by-pass powietrza pierwotnego utrzymujący temperaturę powietrzchni wymiennika powyżej punktu rosy powietrza wewnętrznego (winter kit).

W krajach o sprzyjających profilach temperatury i wilgotności możliwe jest całoroczne chłodzenie serwerowni bez wykorzystania wspomagania układami sprężarkowymi. W Polsce w szczytowych okresach lata zarówno temperatura, jak i wilgotność osiąga poziomy uniemożliwiające utrzymanie wymaganych parametrów powietrza wewnątrz tylko dzięki pracy adiabatycznej, stąd wprowadzone zostały dwie możliwości wspomagania wydajności chłodniczej przez chłodnicę freonową lub wodną. W zależności od przyjętego okna temperatury powietrza w serwerowni możliwe jest dobranie chłodnicy na minimalną wydajność, będącą różnicą pomiędzy wymaganą wydajnością chłodniczą i wydajnością urządzenia w trybie adiabatycznym lub zapewnienie 100% nominalnej mocy chłodniczej przez układ DX (rozwiązanie rekomendowane dla Klientów wymagających gwarancji utrzymania parametrów nawet w przypadku awarii systemów adiabatycznych, np. braku wody oraz dla Klientów wymagających wąskiej tolerancji temperatury w zimnej strefie, np 23°C +/- 1°C).

Na rysunku 2. przedstawiono przykładowe tryby pracy Liebert EFC w zależności od parametrów powietrza zewnętrznego. Co ważne, funkcję wspomagania DX mogą pełnić również tradycyjne szafy klimatyzacji precyzyjnej, Liebert PDX, zainstalowane wewnątrz komory serwerowni – zastosowanie sterownika iCOM w obu typach urządzenia daje możliwość wzajemnej komunikacji i optymalizacji pracy między nimi.

Rys. 2. Zakresy pracy suchej, mokrej i wspomaganej DX dla Liebert EFC

Kluczem do wysokiej efektywności rozwiązania powietrznego (pPUE 1,05 w pracy z obciążeniem nominalnym, pPUE 1,03 w pracy z obciążeniem częściowym) jest minimalizacja oporów powietrza po stronie wtórnej. Dlatego też rozwiązania te najlepiej sprawdzą się w nowych obiektach, w których możliwa jest optymalizacja układu budynku/pomieszczeń pod kątem krótkiego obiegu powietrza. Urządzenia przystosowane są do dwóch typów zabudowy: dachowej lub bocznej (zgodnie ze schematami z rys. 3.), dlatego ich zastosowanie jest najczęstsze w dużych serwerowniach typu „magazynowego”. Zakres wydajności urządzenia rozpoczynający się od 100 kW umożliwia jednak ich zastosowanie również w mniejszych obiektach. 

Rys. 3. Przykładowe konfiguracje podłączenia Liebert EFC

Ze wględu na charaterystykę dystrybucji powietrza optymalnym rozwiązaniem architektury pomieszczenia serwerowni dla powietrznego układu chłodzenia jest zabudowa korytarzy gorących ze wspólnym plenum umożliwiającym usuwanie powietrza ze wszystkich korytarzy serwerowych w danym pomieszczeniu. Rozwiązanie takie nie wymaga podłogi technicznej – zimne powietrze nawiewane jest bezpośrednio do komory serwerowni. Niezmiernie istotne jest prawidłowe kontrolowanie ilości nawiewanego powietrza tak, by zrównoważyć je z rzeczywistym zapotrzebowaniem serwerów i nie wytwarzać nadciśnienia w zimnej strefie. Najprostszym, a jednocześnie najczęściej stosowanym rozwiązaniem jest kontrola w funkcji temperatury na granicy strefy zimnej i gorącej (Liebert Smart Aisle, rys. 4.), która gwarantuje utrzymanie nadciśnienia w strefie zimnej na poziomie 0÷4Pa. Jest to rozwiązanie znane z innych technologii chłodzenia Emerson Network Power – od ponad 3 lat z powodzeniem jest stosowane zarówno w systemach freonowych, jak i wodnych – teraz zostało zaadaptowane do systemów chłodzenia powietrznego. Alternatywnymi metodami kontroli ilości powietrza jest np. kontrola różnicy ciśnień między strefą zimną i gorącą lub kontrola w funkcji aktualnego poboru mocy elektrycznej serwerów.

Rys. 4. Sterowanie pracą z zastosowaniem logiki Liebert Smart Aisle

Wnioski

Liebert EFC wprowadza nowy poziom odniesienia dla efektywności systemów chłodzenia Centrów Przetwarzania Danych. Głównym kryterium tych systemów jest jednak wciąż niezawodność i dostępność chłodzenia, która musi zawsze być kryterium decydującym. Stąd rozwiązania gwarantujące bezpieczeństwo eksploatacji: do 100% rezerwowej mocy DX (ze sprężarką Digital Scroll z bezstopniową regulacją wydajności chłodniczej) oraz wbudowany w sterownik superkondensator, umożliwiający zachowanie sterownika w stanie czuwania na czas zaniku zasilania i szybkie przywrócenie urządzenia do pracy bez konieczności zasilania z zewnętrznego źródła gwarantowanego (UPS).

Emerson Network Power Sp. z o.o.
ul. Szturmowa 2A UBC II
02-678 Warszawa
tel.: +48 22 458 92 60
fax: +48 22 458 92 61
e-mail:  Adres poczty elektronicznej jest chroniony przed robotami spamującymi. W przeglądarce musi być włączona obsługa JavaScript, żeby go zobaczyć.
www.eu.emersonnetworkpower.com