Приложения для управления бизнес-процессами и мощные программные решения возлагают на предприятие неподъемную ношу в виде сложных и всеобъемлющих баз данных. Задача управления ростом ЦОД осложняется необходимостью ограничения эксплуатационных затрат, а зачастую и их снижения. Для того чтобы удовлетворить возрастающие требования к производительности систем, приходится повышать плотность размещения аппаратных средств в стойках. Как следствие, для контроля за возникающей в результате высокой тепловой нагрузкой необходимы новые эффективные концепции охлаждения. В данной статье рассматривается именно такое решение — вертикальная система отвода воздуха (Vertical Exhaust System, VES) разработки Panduit.

ПРЕДЕЛ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ТРАДИЦИОННЫХ СИСТЕМ ОХЛАЖДЕНИЯ

Рисунок 1. VES: кабели в подпотолочном пространстве не должны мешать воздушным потокам.

Как правило, управление холодным воздухом в ЦОД осуществляется путем тщательно продуманного размещения устройств для циркуляционного воздушного охлаждения (Computer Room Air Handling, CRAH) и использования инфраструктурных элементов на физическом уровне. При этом ряды стоек, как правило, устанавливаются с чередованием «холодных» и «горячих» проходов, что соответствует требованиям стандарта TIA 942 и директив Thermal Guidelines for Data Processing Environments, принятых организацией ASHRAE.

В помещениях с двойными полами и отводом воздуха через потолок климатические установки подают холодный воздух через перфорированные плиты фальшпола в помещение. Активные компоненты располагаются в шкафах таким образом, что их вентиляторы засасывают холодный воздух из «холодного» коридора и выдувают отработанное тепло в «горячий» проход, располагающийся с обратной стороны шкафов. Затем теплый воздух покидает помещение через потолок и отводные каналы и подается обратно к климатическим установкам.

Однако в современных ЦОД оборудование размещается все более плотно, и системы охлаждения с использованием двойного пола работают уже на пределе своих возможностей. Такие системы обычно имеют достаточно ресурсов для отвода 7–8 кВт тепла от одной стойки при условии, что системы циркуляционного охлаждения обладают достаточной термической емкостью, а кроме того, используются зарекомендовавшие себя методы управления температурой. К числу таких «лучших» (Best Practice) методов относятся двойной пол высотой 60–90 см, чередование «холодных» и «горячих» коридоров, достаточная и правильная перфорация плит пола или решеток, продуманное расположение кабелей для питания и передачи данных (см. Рисунок 1), а также использование воздухонепроницаемых кабельных каналов в двойном полу и заглушек.

Плотность оборудования в стойках повышается вследствие дальнейшего развития консолидации и виртуализации в ЦОД, причем в каждой стойке содержится несколько серверов, что приводит к выработке от 8 до 12 кВт тепла на один шкаф. Без эффективных стратегий управления температурой риски отказа оборудования и потери прибыли многократно увеличиваются. Вдобавок возрастают расходы на техническое обслуживание и ремонт, а также на эксплуатацию мощных систем охлаждения.

НЕДОРОГИЕ СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ

Из-за ограничений бюджета и роста тарифов на электроэнергию владельцы центров обработки данных вынуждены рассматривать все возможные варианты отвода тепла с целью повышения эффективности бизнеса и обеспечения его непрерывности. Решения для экономии ресурсов охлаждения на базе единой физической инфраструктуры (Unified Physical Infrastructure, UPI) предоставляют надежную, недорогую и безопасную с экологической точки зрения возможность управления высокой тепловой нагрузкой. Такие решения используют метод точечного охлаждения для оптимизации воздушного потока и защиты активных компонентов и не требуют дополнительного расхода электроэнергии.

Установку элементов точечного охлаждения (охлаждающих модулей) можно планировать изначально и внедрять их как часть целостной концепции UPI, либо добавлять по мере необходимости, что обеспечивает требуемую гибкость и масштабирование мощности систем охлаждения в соответствии с ростом потребностей и изменяющимися корпоративными требованиями. Благодаря такой гибкости владельцы ЦОД могут добавлять оборудование и не тратиться на внедрение дополнительных климатических установок или избегать чрезмерного повышения нагрузки на системы охлаждения с использованием двойного пола.

ВЕРТИКАЛЬНАЯ СИСТЕМА ОТВОДА ВОЗДУХА

По оценкам сторонников этой технологии, одним из наиболее эффективных способов пассивного управления воздушными потоками в ЦОД является изоляция нагретого воздуха, к примеру, с помощью вертикальной системы отвода воздуха (VES), по которой теплый воздух, поступающий от серверов, направляется через вертикальный канал, или «камин», прямо в закрытый потолочный воздуховод и далее к системам охлаждения (см. Рисунок 2). Создание таких каналов препятствует движению тепла в обратном направлении и обеспечивает достаточную подачу холодного воздуха через вентиляционные отверстия устройств. Система изоляции отработанного воздуха VES рассчитана на большие тепловые нагрузки и позволяет реализовать конфигурации с высокой плотностью оборудования, к примеру ландшафты с модульными серверами (Blade Server).

Рисунок 2. Вверху: в традиционных системах, где предусматривается использование двойного пола и отвод отработанного тепла через потолок (архитектура с чередованием «холодных» и «горячих» коридоров), теплый воздух может перемещаться обратно к лицевой стороне стойки, нагревая ее верхнюю часть. Внизу: VES оптимизирует термическую эффективность путем отвода теплого воздуха через вертикальные каналы прямо в изолированные вентиляционные шахты на потолке. 

Благодаря разделению горячего и холодного воздуха центры обработки данных могут работать при более высокой температуре, что, в свою очередь, снижает потребление электроэнергии системой охлаждения. В результате достижения максимальной разницы температур между отработанным и охлажденным воздухом системы охлаждения работают с большей производительностью. К числу зарекомендовавших себя методов прокладки кабеля относится максимально возможное освобождение зоны отвода воздуха у задних панелей серверов в шкафах от препятствий, что обеспечивает свободное прохождение теплого воздуха в вертикальный канал. Так, инженерам следует прокладывать кабели для передачи данных и электропитания по боковым стенкам стойки, чтобы пучки кабелей не мешали отводу отработанного воздуха. Кроме того, система перекрытий VES позволяет снизить скорость вращения вентиляторов в охлаждающих установках CRAH, экономя тем самым затраты на электроэнергию для поддержания постоянной температуры на входе в стойку в конкретных областях (к примеру, на уровне 27°C — предельной температуры, рекомендуемой ASHRAE).

ПРИМЕР

Для ЦОД площадью около 280 м2, где установлено 68 серверных стоек, требуется шесть охлаждающих установок, чтобы обеспечить отвод 8 кВт тепла от каждой стойки. Если к ним добавятся дополнительные потребители, то отвод возникшей термической нагрузки осложнится. Такому центру обработки данных потребуются дополнительные системы кондиционирования, чтобы гарантированно справиться с тепловой нагрузкой, достигающей 10 кВт на каждую стойку. Капитальные затраты на одну систему кондиционирования составляют около 30 тыс. евро. При среднем тарифе на электроэнергию в 0,09 евроцентов за 1 кВт×ч эксплуатация одной охлаждающей установки, работающей с максимальной мощностью, обойдется приблизительно в 7500 евро в год.

В результате внедрения концепции VES эксплуатационные затраты на систему охлаждения снизятся минимум на 25%. Дополнительное сокращение затрат возможно с помощью более продуманного расположения оборудования, оптимальной плотности размещения устройств и экономии на техническом обслуживании. Все это еще раз подтверждает, что системы VES представляют собой выгодный (и безопасный для окружающей среды) вариант эффективного охлаждения шкафов с высоким уровнем теплообразования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С высокой тепловой нагрузкой в ЦОД можно справиться с помощью решений на базе концепции UPI, применение которой помогает обеспечить высокую доступность ИТ-ресурсов, продлевает срок службы активных устройств и отвечает требованиям «зеленых» технологий. Внедрение пассивных систем изоляции отработанного воздуха позволяет реализовать выгодную, экологически оправданную, а главное, надежную работу центра обработки данных.

Сабине Кюкеманнс — консультант по PR, редактор и независимый журналист.

© ITP Verlag

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями

Купить номер с этой статьей в PDF