W średnich i dużych obiektach data center w celu odprowadzenia zysków ciepła stosuje się specjalne układy i urządzenia dedykowane takim urządzeniom. A jak możemy sobie poradzić z prawidłowym schłodzeniem pojedynczej szafy rack w typowym biurze?

Pomieszczenia techniczne, w tym serwerownie, są zawsze wyzwaniem do doboru urządzeń klimatyzacyjnych. Dla obiektów, w których te pomieszczenia są dużych rozmiarów ze względu na znaczną ilość urządzeń technicznych, zazwyczaj, chociaż nie zawsze, występuje projekt techniczny. Taki projekt nie zawiera co prawda doboru urządzeń chłodniczych, czy chociażby ilości ciepła, którą trzeba będzie odprowadzić z tego pomieszczenia, jednak z wysokim prawdopodobieństwem możemy przyjąć dane zapotrzebowania na energię elektryczną. Zabezpieczenia elektryczne w amperach, układy zasilania, typy szaf są to podstawowe wyznaczniki do przyjęcia mocy chłodniczej. Każdy kto rozmawiał z osobami zajmującymi się doborem, montażem i eksploatacją szaf technicznych, potocznie nazywanych Rack, wie że uzyskanie od takich osób informacji technicznych jest prawie niemożliwe. Na każde pytanie jest 10 odpowiedzi z dużą ilością słów „prawdopodobnie”. Najczęściej stosowanymi wyznacznikami dla pomieszczeń technicznych jest powierzchnia lub kubatura.

Na potrzeby tego artykułu spróbujmy rozpatrzyć niewielką serwerownię o wymiarach 2,0 m x 1,5 m i wysokości 3 m. Do takiego pomieszczenia można wstawić jedną lub dwie szafy rackowe o wymiarach o 800 mm x 1000 mm oraz wysokości 2000 mm. Powinna tam jednak stać maksymalnie jedna szafa rack, ponieważ musi być pozostawiona wolna przestrzeń około 60÷70% całej przestrzeni. Taka przestrzeń jest niezbędna do otwarcia drzwi, przebywania ludzi, na regały, ale również do odpowiedniej cyrkulacji i wymiany powietrza.

W rozpatrywanym przypadku mamy jedną szafę techniczną, która zajmuje 0,8 m² powierzchni, czyli 27% pomieszczenia (rys. 1.). Przy dwóch szafach mielibyśmy 1,6 m², co stanowiło by 53% powierzchni tego pomieszczenia i nie byłyby zachowane powyższe warunki. Oczywiście znajdą się i tacy wykonawcy, którzy zmieszczą dwie szafy, ale rozpatrujemy rozwiązania poprawne i gwarantujące długie i bezawaryjne działanie układu.

Rys. 1. Schemat przepływu powietrza w małej serwerowni

Rys. 2. Pomieszczenie serwerowni o wymiarach 2 m x 1,5 m i wysokości 2,5 m

Określenie mocy chłodniczej

Jedna szafa i co dalej? Jaką przyjąć ilość ciepła, którą będziemy musieli odprowadzić: 500 W/m², 850 W/m², czy może 1000 W/m²? Tego typu wskaźniki są pomocne przy większych pomieszczeniach, jednak dla naszej małej serwerowni przy zamontowanym UPS 4 kW do podtrzymania pracy serwerów na 10÷15 minut – do momentu bezpiecznego wyłączenia systemu, mamy ponad 1300 W/m². Pierwszym krokiem jest sprawdzenie zabezpieczeń elektrycznych dla tego pomieszczenia, np. dla 40A, otrzymujemy: 40A x 230V = 9200W.

Nie zawsze jednak zabezpieczenia elektryczne są poprawnie dobrane, ponieważ może być to pomieszczenie zaadoptowane na serwerownię np. z pomieszczenia biurowego. Kolejnym krokiem jest sprawdzenie urządzeń o największym poborze energii elektrycznej. Zazwyczaj jest to UPS – w naszym przypadku mamy UPS o mocy 4 kW. Do tego dochodzą serwery średnio o mocy 500 W. Tutaj mamy 4 serwery oraz dodatkowo dochodzą drobne elementy rozdzielające, nagrywające itp. o niewielkim poborze energii elektrycznej – sumarycznie 500 W. Zliczając:

4 x 500 W = 2 kW +500 W = 2,5 kW

Jak widać z danych powyżej możemy przyjąć moc chłodniczą albo 2,5 kW – z danych serwerów, albo 4 kW z mocy UPS albo 9,2 kW z wielkości zabezpieczenia elektrycznego. Najrozsądniej jest przyjąć moc chłodniczą bliską zabezpieczenia elektrycznego dla tego pomieszczenia. Dzisiaj faktycznie są urządzenia o mocy 4 kW, ale jutro może być ich więcej – aż do granicy zabezpieczenia. Przyjmujemy zatem 7 kW – wartość ta jest niższa od maksymalnej, ponieważ bardzo rzadko cały układ pracuje na maksymalnych parametrach i zazwyczaj jest to praca parominutowa.

Rys. 3. Diagram I-X, zalecany zakres pracy urządzeń technicznych w serwerowni

Nasz wybór powinien spełnić nasze wymagania, ponieważ ta moc chłodnicza jest dla parametrów powietrza wewnętrznego termometru mokrego w granicach od 20°C do 25°C. Jest to zalecany zakres pracy serwerów, przy czym dopuszczalne temperatury są dużo większe i wynoszą od 15°C do 32°C i chwilowe przewyższenie powyżej 25°C nie spowoduje awarii systemu.

Współczynnik SHF

(...)

Tryb pracy urządzeń

(...)

Pomieszczenia do racków

(...)

Podsumowanie

Przedstawione powyżej rozwiązania na ściennych układach split można stosować do niewielkich serwerowni. Określenie „niewielkie” sprowadza się do sprawdzenia czy:

• zasięg strugi powietrznej z jednostki wewnętrznej omywa szafę Rack. W przypadku więcej niż dwóch szaf Rack i takiego układu swobodnego chłodzenia strumień powietrza jest blokowany przez szafy najbliżej stojące wydmuchu. Szafy, które są najdalej od urządzenia chłodzącego lub są w środkowej części, pozbawione są chłodzenia;
• przeszkody zabudowy, przepierzenia, regały, biurka nie blokują i nie utrudniają przepływu powietrza wokół szaf Rack;
• temperatura wywiewana z szaf nie przekracza dopuszczalnych zakresów podanych przez producenta zabudowanych w niej urządzeń podczas działania układu chłodzenia;
• zamontowane urządzenia chłodnicze mogą pracować w zimie w temperaturze poniżej -10°C, -20°C? Przecież wtedy też potrzeba chłodzenia – urządzenia spełniające te warunki są droższe.

Jacek PARYS
Lider Działu Technicznego
i Szkoleniowego Mitsubishi Electric