Охлаждение и вентиляция ЦОД: требования и современные решения

Современные центры обработки данных (ЦОД) должны быть тщательно спроектированы и обеспечены системами охлаждения и вентиляции, так как от правильной организации климат-контроля напрямую будет зависеть скорость и безопасность работы серверов.

Ранее, при создании первых ЦОД, отсутствовали какие-либо стандарты, что составляло для системных администраторов огромные проблемы. Однако, за последние двадцать лет мировой опыт предоставил специалистам четкие ориентиры.

Существует два основных американских стандарта, которые регулируют требования к дата-центрам в части организации систем кондиционирования и вентиляции (включая фильтрацию) воздуха. Отечественные ГОСТы в этой области все еще находятся в процессе усовершенствования, поэтому российские специалисты используют вышеупомянутые американские стандарты.

Первым стандартом является TIA-942, который классифицирует дата-центры по степени надежности и предписывает правила проектирования. Вторым стандартом является TIA/EIA-569, который определяет процедуры укладки телекоммуникационных сетей и распространяет свое действие на стадию монтажа.

В дальнейшем мы будем рассматривать требования к дата-центрам в соответствии с этими стандартами.

Требования к климату в серверных помещениях

Важным компонентом оборудования центров обработки данных (ЦОД) является система климат-контроля, которая обеспечивает необходимый для нормального функционирования температурный режим и влажность в течение всего года. Однако, в случае, если здание не может обеспечить постоянную работу централизованной системы микроклимата, то необходима автономная климатическая система.

Требования к системе кондиционирования в серверных и дата-центрах включают следующие параметры: температура должна находиться в диапазоне от 20 до 25 °C, влажность – от 40 до 55%, а также обеспечиваться приток свежего воздуха с фильтрацией класса EU4 и подогревом в зимнее время.

Важно, чтобы фактическая мощность системы кондиционирования была больше, чем суммарное тепловыделение от всего оборудования ЦОД. Кроме того, система должна состоять минимум из двух независимых кондиционеров, каждый из которых рассчитан на самостоятельное обеспечение заданного микроклимата в помещении.

Для охлаждения серверной комнаты часто используются фальшполы высотой не менее 300 мм от основного перекрытия до уровня чистового пола. Рекомендуемая высота - 400 мм. Под фальшполом организуют каналы распространения холодного воздуха, а конструкция фальшпола должна предусматривать установку решеток вентиляции и кабельных вводов для телекоммуникационных стоек.

Фальшпол состоит из легко демонтируемых модулей (плиток), выдерживающих до 455 кг точечную нагрузку. Общая шина технологического заземления серверной должна обеспечивать заземление всех конструкций фальшпола.

Оптимальные решения для создания ЦОД

Для того, чтобы удовлетворять требованиям, предъявляемым к системам кондиционирования и вентиляции в соответствии со стандартами TIA-942 и TIA/EIA-569, специалисты предложили ряд эффективных технологических решений. Ниже приведены наиболее значимые из них:

Кондиционирование помещений является одним из важных аспектов для обеспечения комфортного пребывания в помещении. На рынке существует множество прецизионных кондиционеров разных типов, включая сплит-системы, промышленные и полупромышленные кондиционеры. Оптимальным выбором для систем кондиционирования серверной комнаты является прецизионный тип, который может включать в себя несколько вариантов.

Первый вариант – это системы с непосредственным расширением, известные как DX-системы. Подобные системы хорошо подходят для организации кондиционирования ЦОД, если речь идет о небольших удельных тепловых нагрузках. Они основаны на использовании фреоновых прецизионных кондиционеров, которые работают за счет подачи во внутренний блок оборудования фреона, который расширяется и испаряется, отдают холод воздуху помещения. Преимуществами таких систем являются высокая надежность, долговечность и относительно невысокая стоимость. Однако DX-системы требуют значительных эксплуатационных затрат, а также серьезные требования к энергосистемам и помещению.

Второй вариант – это системы на холодоносителе, известные как CW-системы. Они подходят для средних и крупных ЦОД. Принцип действия состоит в охлаждении воздуха в теплообменнике кондиционера за счет циркуляции охлажденного в холодильных машинах-чиллерах холодоносителя. CW-системы отличаются более низкими эксплуатационными затратами и гибкостью, но требуют больших капитальных затрат, чем DX-системы.

Третий вариант – это системы на основе принципа полного свободного охлаждения, которые называют FFC-системами. В FFC-системах используется принцип теплообмена между наружным воздухом и воздухом, циркулирующим в ЦОД. В течение 95% времени в году эти системы не требуют участия компрессоров, что позволяет каждый кВт потребляемой электричества давать 7 кВт холода в среднем в течение года. Для сравнения, в DX-системах речь идет о 2 кВт холода на каждый кВт электроэнергии, а у CW-систем – не более 5 кВт. FFC-системы не требуют фальшполов, имеют низкие эксплуатационные и средние капитальные затраты, а также позволяют использовать высоконагруженные стойки до 50 кВт. Но недостатком является отсутствие широкого накопленного опыта внедрения подобных систем в России.

Четвертый вариант – это система естественного охлаждения с промежуточным теплоносителем, которая называется DFC-системой. Она сочетает компрессорное охлаждение с естественным конвекционным охлаждением. Переключение на оптимальный режим работы, соответствующий тепловой нагрузке и сезонным изменениям наружной температуры, происходит автоматически. Преимуществом системы является ее высокая эффективность, но она также является более сложным инженерным решением с немалой стоимостью.

Наконец, последний вариант – это системы охлаждения, интегрированные в стойку. Данный вариант подходит для снятия высоких тепловых нагрузок и позволяет использовать специализированные серверные шкафы с системами охлаждения, защитой электропитания, пожаротушения и мониторинга. В этом случае нет необходимости в фальшполах, а приборы охлаждения ближе к тепловой нагрузке. Недостатком такого оборудования является его высокая стоимость.

Одним из ключевых вопросов, которые нужно решить на этапе выбора системы кондиционирования помещения, является выбор соответствующей вентиляционной системы. Как правило, в ЦОД применяется приточно-вытяжная вентиляция. В настоящее время существует тенденция к снижению энергопотребления в климатических системах, поэтому вентиляционные системы должны разрабатываться с учетом следующих принципов:

• установка устройств для возврата и повторного использования тепловой энергии;
• применение энергосберегающих элементов;
• увеличение расчетного срока службы оборудования.

Компании GEA, AL-KO, Flaktwoods и Swegon являются ведущими мировыми производителями этого типа оборудования.

Актуальность сертификации по Tier в вопросе создания качественных дата-центров

В эпоху «больших данных» значение дата-центров трудно переоценить. По мере цифровой трансформации всех сфер бизнеса, отечественный рынок коммерческих ЦОД постоянно растет. Качественно спроектированный и реализованный дата-центр, кондиционирование которого соответствует международным стандартам, может пройти сертификацию по Tier, что позволит повысить его привлекательность для потенциальных клиентов.

Международная организация Uptime Institute Professional Services разработала сертификат Tier. Он выдается по итогам аудита ЦОД на документацию и рабочие процессы. По итогам аудита центру обработки данных присваивается уровень надежности от I до IV, где IV является наивысшим, а I – наименьшим. III уровень считается оптимальным для соотношения цена-качество. Основной показатель надежности ЦОД – допустимое время его простоя: этот показатель для I уровня составляет 28,8 часов, а для IV – всего 0,4 часа.

В России планируется создание собственной системы сертификации ЦОД. Эта инициатива была выдвинута Министерством коммуникаций и связи РФ в рамках реализации программы «Цифровая экономика» в 2017 году.

Таким образом, сертификация по Tier является актуальным вопросом для создания качественных дата-центров. Спрос на качественное климатическое оборудование также растет, без которого невозможно обеспечить должный уровень обслуживания клиентов дата-центра.

Фото: freepik.com