• Google+
  • FaceBook
  • YouTube
  • en
  • pl

Wysoka gęstość mocy (High Density) w DATA CENTER

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 są 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 2-3kW 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 naszych inżynierów 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.

Przepływ

 

 

 

 

 

Na podstawie naszych doświadczeń chciałbym podzielić zagadnienia High Density na dwie podstawowe kategorie: pierwotne i wtórne.

Problemy pierwotne powstają na etapie koncepcji i projektu kiedy klient specyfikuje swoje oczekiwania np. 20kW 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.

Kratki√  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 25kW z szafy rack (przy zastosowaniu tzw. zamknięcia zimnego korytarza).

 

 

 

 

√  Smart Aire – jest to inteligentna przepustnica powietrza ze sterownikiem odpowiedzialnym za Activefloorutrzymanie 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.

 

 

 

 

 

 

 

Powerair√  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 40kW na szafę.Największą zaletą tego rozwiązania jest jego prostota i elastyczność ponieważ moduły zasilane są ze zwykłego gniazda 230V pobierając niewielką moc, maksymalnie na poziomie 400W. 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 z ta nadmuchem pod podłogę, czy bardziej efektywne jest zamykanie zimnego czy ciepłego korytarza.Szafa

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 z 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, z drugiej strony 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 pozwalającą optymalnie rozprowadzić powietrze w pomieszczeniu serwerowni a system kontroli ciśnienia pod podłogą płynnie reguluje prędkością wentylatorów. Taki system gwarantuje wychłodzenie nawet do 40kW z szafy rack przy zachowaniu bardzo korzystnych współczynników energoefektywności.

 
Autorzy: Michał Redlich i Kamil Skowron