HVAC rešitve za podatkovne centre: pretok zraka, filtracija in zanesljivost

Strežniki, sistemi za shranjevanje podatkov, omrežna oprema in druga IT-infrastruktura nenehno proizvajajo toploto. Če hlajenje ni ustrezno prilagojeno opremi in objektu, lahko pride do neenakomernih temperaturnih razmer, večje porabe energije in slabše zanesljivosti delovanja.

HVAC sistem podatkovnega centra mora zato usklajeno izpolnjevati več zahtev: zagotavljati pretok zraka, odvajanje toplote, filtracijo, ustrezno temperaturo in vlažnost ter zanesljivo delovanje. Najprimernejša rešitev je odvisna od IT-obremenitve, gostote opreme v strežniških omarah, razporeditve prostorov, podnebja, tveganj zaradi onesnaževal in obratovalnih zahtev objekta.

Upravljanje pretoka zraka: ločevanje dovodnega in povratnega zraka

Upravljanje pretoka zraka je temelj učinkovitega hlajenja podatkovnih centrov. Ohlajen dovodni zrak mora doseči zračne vhode IT-opreme, topel odvodni zrak pa se mora brez nepotrebnega mešanja vračati do hladilne opreme.

Nenadzorovano mešanje zraka, vključno z obvodnimi tokovi in ponovnim kroženjem toplega zraka, lahko zmanjša učinkovitost hlajenja ter povzroči neenakomerne temperature v strežniškem prostoru. Pogosta rešitev je razporeditev v hladne in tople hodnike: sprednje strani strežniških omar so obrnjene druga proti drugi in tvorijo hladne hodnike, zadnje strani pa tvorijo tople hodnike.

Praktični ukrepi za izboljšanje pretoka zraka

• V neuporabljenih mestih strežniških omar namestite slepe pokrivne plošče.
• Zatesnite odprtine ob kabelskih prehodih.
• Perforirane oziroma prezračevalne talne plošče namestite tam, kjer je dovod zraka dejansko potreben.
• Odstranite ali čim bolj zmanjšajte ovire na poteh dovodnega zraka.
• Razmislite o fizični ločitvi oziroma zajezitvi toplih ali hladnih hodnikov.
• Pri večji gostoti IT-opreme uporabite hlajenje med vrstami omar (in-row) ali v samih omarah (in-rack).

V objektih z dvignjenim podom je treba upoštevati tudi tlak pod podom, dimenzije dovodnega zračnega plenuma, razporeditev talnih plošč in porazdelitev pretoka zraka. Analiza pretoka lahko pokaže območja, kjer hladilna zmogljivost ne doseže IT-opreme dovolj učinkovito.

Fizično ločevanje hodnikov dodatno omejuje mešanje toplega odvodnega in hladnega dovodnega zraka. Za modeliranje pretoka zraka in porazdelitve temperature lahko uporabimo računalniško dinamiko tekočin (CFD), termografski pregledi pa pomagajo odkriti tople in hladne točke med obratovanjem.

Filtracija: zaščita IT-opreme pred onesnaževali

Zrak za hlajenje mora biti dovolj čist, da ne ogroža občutljive elektronske opreme. Prah in druga onesnaževala v zraku se lahko kopičijo v IT-opremi ter glede na vrsto onesnaževala in okoljske pogoje negativno vplivajo na njeno zanesljivost.

Filtracija mora biti zato del celovite strategije zagotavljanja ustreznih okoljskih pogojev v podatkovnem centru. Primerna rešitev je odvisna od opreme, zunanjega okolja in veljavnih projektnih zahtev. Pomembni so lahko tako delci v zraku kot plinasta onesnaževala, zlasti kadar so prisotne korozivne snovi.

Filtri obenem povzročajo padec tlaka v zračnem toku. Zato je treba izbiro filtrov, zmogljivost ventilatorjev, vzdrževanje in spremljanje stanja obravnavati skupaj. Na lokacijah z močno onesnaženim zunanjim zrakom ali korozivnimi onesnaževali samo filtracija delcev morda ne bo zadostovala za obvladovanje vseh okoljskih tveganj.

Nadzor temperature in vlažnosti

Ohranjanje primerne temperature in vlažnosti je še ena ključna naloga HVAC sistema podatkovnega centra. Obratovalne pogoje je treba določiti glede na dovoljeno območje okoljskih razmer za IT-opremo in zahteve objekta, ne pa zgolj stremeti k čim nižji temperaturi prostora.

Temperaturni senzorji na zračnih vhodih strežniških omar lahko podajo uporabnejšo sliko dejanskih razmer za IT-opremo kot ena sama meritev temperature prostora. Spremljanje temperature, temperature dovodnega zraka na vhodih opreme, pretoka zraka in električne moči operaterjem pomaga prilagoditi hladilno zmogljivost dejanskim IT-obremenitvam.

To je še posebej koristno, kadar se IT-obremenitve čez dan močno spreminjajo ali kadar se vgrajuje oprema z visoko gostoto moči.

Zanesljivost: HVAC mora omogočati neprekinjeno delovanje

V objektih s kritično infrastrukturo je zanesljivost hlajenja tesno povezana z zanesljivostjo celotnega podatkovnega centra. Zasnova HVAC sistema mora upoštevati pričakovane IT-obremenitve, zahteve vzdrževanja, okoljske razmere in posledice morebitnih okvar opreme.

Redundanca je pomemben del zanesljive zasnove, vendar sama po sebi ne zadostuje. Krmilni sistemi, senzorji, napajanje, črpalke, ventilatorji, hladilni agregati, oprema za odvajanje toplote in druge komponente vplivajo na to, kako se hladilni sistem odzove, ko posamezna komponenta potrebuje vzdrževanje ali ni na voljo.

Pomembna sta tudi spremljanje in vzdrževanje

Sodobni krmilni sistemi lahko na podlagi podatkov o temperaturi, pretoku zraka in obremenitvi prilagajajo hladilno zmogljivost dejanskim razmeram. Enako pomembni so redni pregledi in vzdrževanje. Filtri, ventilatorji, toplotni izmenjevalniki, črpalke, lopute, senzorji in krmilniki morajo ves čas delovati skladno z zasnovo.

Tudi pravilno zasnovan hladilni sistem lahko sčasoma izgubi učinkovitost, če komponente za usmerjanje zraka, filtri, senzorji in krmilni sistemi niso ustrezno vzdrževani.

Učinkovito hlajenje brez kompromisov pri zanesljivosti

Hlajenje lahko predstavlja pomemben delež porabe energije v podatkovnem centru, zato optimizacija HVAC sistema ponuja veliko možnosti za izboljšanje učinkovitosti. Prvi korak je pogosto odprava nepotrebnih izgub pretoka zraka in nenadzorovanega mešanja. Ko je pretok pravilno urejen, je mogoče krmiljenje prilagoditi tako, da hladilna zmogljivost ustreza dejanski IT-obremenitvi.

Glede na značilnosti objekta in podnebje so lahko smiselne tudi druge tehnologije: prosto hlajenje z izkoriščanjem zunanjega zraka ali vode, hlajenje med vrstami strežniških omar (in-row), hlajenje v omarah (in-rack) ter tekočinsko hlajenje za aplikacije z dovolj visoko gostoto moči.

Izbira tehnologije je odvisna od IT-opreme, zasnove stavbe, podnebja in obratovalnih zahtev. Tekočinsko in kombinirano hlajenje sta možnosti za opremo z visoko gostoto moči, zračno hlajenje pa ostaja pomembno v številnih običajnih IT-okoljih.

Načrtovanje HVAC sistema glede na potrebe podatkovnega centra

Nobena konfiguracija HVAC sistema ni optimalna za vse podatkovne centre. Načrtovanje hlajenja se mora začeti z razumevanjem dejanske in predvidene toplotne obremenitve IT-opreme, ne pa z obravnavanjem strežniškega prostora kot običajnega klimatiziranega prostora.

Modeliranje pretoka zraka, ustrezna filtracija, spremljanje temperature na ravni strežniških omar in pravilno nastavljeno krmiljenje omogočajo natančnejše upravljanje hlajenja kot zgolj povečevanje števila ali zmogljivosti hladilnih enot.

Pogosta vprašanja