Журнал о компьютерных сетях и телекоммуникационных технологиях
СЕТИ И СИСТЕМЫ СВЯЗИ on-line
  ПОИСК:
    Домой
 
   
АРХИВ ЖУРНАЛА
   

2008: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
2007: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2006: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2005: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2004: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2003: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2002: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2001: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
2000: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
1999: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1998: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1997: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1996: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10


Rambler's Top100

  

Изоляция воздушных потоков в ЦОДе

Иан Ситон

Существует множество способов изоляции подаваемого к оборудованию ЦОДа холодного воздуха от нагретого возвратного воздуха, и назрела необходимость рассмотреть их подробно.

Первый же параграф любой статьи об охлаждении центров обработки данных (ЦОД) легко выдает ее давность. Когда семь-восемь лет назад я готовил свои первые статьи об охлаждении оборудования ЦОДов, то не мог удержаться от соблазна начинать их с анализа устрашающих прогнозов Американского общества инженеров систем отопления, охлаждения и кондиционирования воздуха (American Society of Heating, Refrigeration и Air Conditioning Engineers — ASHRAE; www.ashrae.org) и института Uptime Institute (www.upsite.com) с целью надолго привлечь внимание напуганных читателей. Сегодня в таких риторических уловках нет никакой нужды, поэтому я сразу перехожу к сути вопроса.

Вопреки шумным выступлениям некоторых пекущихся только о собственных интересах специалистов системы воздушного охлаждения вполне способны снимать тепловые нагрузки свыше 30 кВт на одну монтажную стойку и делают это весьма экономично. Данный факт, несомненно, обрадует те 92% менеджеров ЦОДов, которые еще не приступали к внедрению систем жидкостного охлаждения, а также те 65% менеджеров, которые в принципе против использования жидкостного охлаждения в своих ЦОДах (данные взяты из исследования «Data Center Infrastructure: Too Soon for Liquid Cooling»; www.searchdatacenter.com, 13 июля 2007 г.).

Ключевым принципом эффективного использования воздуха для охлаждения высокоплотных систем ЦОДов является обеспечение максимально полной изоляции между потоками охлажденного и нагрето-го воздуха. Эту рекомендацию поддерживают все популярные стандарты и она упоминается как оптимальный метод охлаждения ЦОДов в результатах исследований, недавно проведенных Национальной лабораторией Лоуренса в Беркли (США, шт. Калифорния; www.lbl.gov) и компанией Intel (www.intel.com).

Современные методы изоляции воздушных потоков

Сегодня методы разграничения холодного и горячего воздушных потоков эволюционируют от относительного их разделения до полной изоляции. При этом используются следующие способы:

• Отработанный горячий воздух направляется из шкафов с оборудованием по вытяжному воздуховоду в пленумное пространство над фальшпотолком.

• Горячий воздух из шкафов с оборудованием подается по воздуховоду непосредственно к охлаждающему устройству.

• Воздух из закрытых горячих проходов выводится из помещения ЦОДа по вытяжным воздуховодам (непосредственно в комнату с кондиционером, в пленумное пространство над фальшпотолком или за пределы здания ЦОДа).

• Воздух из частично изолированных горячих проходов направляется через потолочные решетки в пленумное пространство над фальшпотолком или через вытяжные воздуховоды аппаратных шкафов в пространство над оборудованием в комнате с более высоким, чем обычно, потолком.

В любом случае монтажные шкафы служат в качестве барьера, обеспечивающего разделение подаваемого и возвратного потоков воздуха, и поэтому им необходим весь набор элементов для оптимальной изоляции потоков. К таким элементам относятся панели-заглушки для всех неиспользуемых пространств монтажных стоек, средства изоляции мест рециркуляции воздуха вокруг оборудования и средства уплотнения отверстий под кабели в наполь- ных плитах.

Хотя для принудительного прогона возвратного воздуха через шкафы наружу иногда используют вентиляторы, применения их можно избежать (снизив таким образом потребляемую мощность, выделяемое тепло, шумы и ликвидировав потенциальные точки отказа), если сконструировать технологические пространства с учетом фундаментальных законов гидромеханики, в основе которых лежит уравнение Бернулли. В частности, использование эффекта Вентури (рис. 1) позволяет создавать в задней части шкафа за счет низкого давления области с высокой скоростью истечения воздуха, а использование эффекта Вена Контракта — области пониженного давления в верхней части вытяжного воздуховода. Таким образом, оба этих эффекта вместе дают возможность продуктивно удалять тепло из шкафов без установки дополнительных вентиляторов. <

Полную версию данной статьи смотрите в 7-м номере журнала за 2008 год.
H3>Теория и практика

В основе общепринятого мнения об ограниченных возможностях воздушного охлаждения (обычно считается, что такое охлаждение позволяет справиться лишь с тепловыми нагрузками 6–8 кВт в расчете на один шкаф) лежит связь между воздушным потоком, повышением температуры и рассеянием тепла. Эта связь выражается следующим соотношением: CFM = 3,1W/DT, где CFM (Cubic Feet per Minute) — суммарное потребление воздуха оборудованием шкафа, в кубических футах в минуту, W — создаваемая оборудованием, установленным в шкафу, тепловая нагрузка в Вт и DT — разность температур (в градусах по Фаренгейту) воздуха, поступающего к оборудованию и покидающего шкаф.

Поскольку через перфорированную напольную плитку в шкаф может быть подан строго ограниченный объем воздуха, то параметр CFM определяет «потолок» воздушного охлаждения. Например, если бы мы подавали через решетчатую плитку 800 куб. фут воздуха в минуту и если бы оборудование в шкафу повышало температуру примерно на 20 °F (около 10 °С), то, поставив эти значения в вышеприведенную формулу, мы получим, что из шкафа можно отвести максимум 5,2 кВт тепла.

Однако при удалении возвратного воздуха из комнаты в целях снижения эффекта его смешения с охлажденным воздухом, подаваемым из достаточно близко расположенного источника, указанная выше зависимость отводимого от шкафа тепла от объема подаваемого в него воздуха уже не будет действовать. Размещение точек подачи охлажденного воздуха больше не имеет никакого значения; охлажденный воздух может поступать в помещение в любом месте, и до тех пор, пока герметизация комнаты не будет нарушена, в ней будет поддерживаться достаточный для охлаждения любой тепловой нагрузки (в каком бы месте комнаты она ни создавалась) объем воздуха.

Повышение температуры подаваемого воздуха

Изоляция потоков подаваемого и возвратного воздуха также означает, что температуру подаваемого воздуха можно существенно повысить. Чтобы доставляемый к оборудованию воздух имел температуру +20... +25 °С (в соответствии с рекомендациями документа ASHRAE TC9.9), температура подаваемого из источника холодного воздуха обычно поддерживается около +13 °С. Подача воздуха с более низкой температурой необходима для компенсации происходящего в ЦОДе естественного смешения подаваемого воздуха с рециркулируемым возвратным воздухом и обычно приводит к температурной стратификации от нижерасположенного в шкафу оборудования к вышерасположенному в нем оборудованию.

При отсутствии в комнате возвратного воздуха исчезает и температурная стратификация, и, следовательно, отпадает какая-либо необходимость в подаче в комнату воздуха с температурой ниже, чем температура, требуемая для охлаждения оборудования. В комнате с такой изоляцией можно смело повышать температуру подаваемого воздуха до +20... +25 °С.

Повышение температуры подаваемого воздуха и использование экономайзеров охлаждающих устройств позволяет владельцу ЦОДа сэкономить «кругленькую» сумму денег. Обоснование инвестиций в водяные экономайзеры для ЦОДов в большинстве географических регионов всегда являлось весьма трудной задачей. Как правило, чтобы обеспечить температуру подаваемого воздуха +12,8 °С, чиллеры должны поддерживать температуру воды примерно +5,6 °С. В таком случае, предполагая разницу температур на входе и выходе чилле-ра, равной 2,8 °С, экономайзер охлаждающей установки должен вступать в действие, когда температура наружного воздуха снижается до +2,8 °С.

Теперь, когда допускается повышение температуры подаваемого воздуха до +21 °С и более, температура воды конденсатора может достигать примерно +12,8 °С при разности температур на его входе и выходе, равной 2,8 °С; экономайзер начинает работать всякий раз, когда температура опускается ниже +10 °С. При такой температуре руководители ЦОДов большинства регионов страны (здесь и далее имеется в виду США. — Прим. ред.) смогут охлаждать свои ЦОДы «на дармовщинку» существенно большее число дней в году. Действительно, компания Intel сэкономила на электроснабжении своего расположенного на Тихоокеанском побережье Северо-Запада США средних размеров ЦОДа около 144 тыс. долл., чему способствовали прежде всего эффективная изоляция возвратного воздуха и, как следствие, возможность повышения температуры подаваемого воздуха. Эти данные Intel приводит в своем документе «Reducing Data Center Energy Consumption with Wet Side Economizers», в котором обсуждаются вопросы экономии электроэнергии за счет применения водяных экономайзеров.

Кроме того, компания McKinstry (www.mckinstry.com) проанализировала экономические преимущества использования в ЦОДах кондиционеров воздуха с водяным охлаждением совместно с воздушными экономайзерами испарительного типа при абсолютной изоляции подаваемого воздуха от возвратного. Эксперты компании пришли к выводу, что арендаторы 5-МВт ЦОДов в восьми различных регионах США получат существенную экономию затрат на охлаждение своих ЦОДов по сравнению с затратами на охлаждение эталонного ЦОДа со стандартными открытыми горячими и холодными проходами, использующего кондиционеры типа CRAC (Computer-Room Air-Conditioning) с водяным охлаждением и водяными экономайзерами.

Специалисты McKinstry также проанализировали различные способы повышения эффективности стандартного для отрасли открытого размещения монтажных шкафов с оборудованием по принципу горячих и холодных проходов и сравнили эту эффективность с эффективностью ЦОДов, в которых используется полное разделение подаваемого и возвратного воздуха. Результаты такого сравнения показали, что основанные на полном разделении потоков воздуха модели обеспечивают более низкие эксплуатационные расходы, нежели другие рассмотренные модели с использованием горячих и холодных проходов.

Хотя полученные для разных регионов данные могут существенно отличаться друг от друга, тем не менее приведенный на рис. 2 график усредненных расходов, связанных с эксплуатацией системы обогрева, вентиляции и кондиционирования воздуха (Heating, Ventilation and Air Conditioning — HVAC), дает достаточно точное представление об относительной экономии расходов при использовании различных вариантов проанализированных систем. Базовый ЦОД содержит кондиционер CRAC с водяным охлаждением и водяным экономайзером, а его аппаратная комната организована по принципу горячих и холодных проходов. Вариант А включает все ту же организованную по принципу горячих и холодных проходов аппаратную комнату вкупе с кондиционером воздуха с водяным охлаждением, воздушным экономайзером и потоковым увлажнителем воздуха. В варианте В вместе с кондиционером воздуха с водяным охлаждением используется воздушный экономайзер испарительного типа. Наконец, вариант С предусматривает использование той же самой системы охлаждения, что и в варианте В, но предполагает полную изоляцию потоков подаваемого и возвратного воздуха.

Изоляция потоков воздуха и другие методы

Как с точки зрения снижения эксплуатационных затрат, так и с точки зрения повышения плотности тепловой нагрузки в расчете на одну стойку, полученные данные явно свидетельствуют в пользу модели полной изоляции потоков подаваемого и возвратного воздуха. Но давайте все же обсудим некоторые утверждения сторонников модели стандартного размещения монтажных шкафов по принципу горячих и холодных проходов с открытыми путями движения возвратного воздуха и использованием систем локального жидкостного охлаждения.

Например, они заявляют, что в случае поэтапной реализации системы охлаждения ЦОДа более экономичными являются системы локального жидкостного охлаждения, использование которых позволяет экономить затраты на эксплуатацию системы охлаждения ЦОДа в условиях, когда в аппаратной комнате развернуто не все необходимое оборудование. Между тем данные компании McKinstry свидетельствуют о том, что, когда комната укомплектована оборудованием лишь наполовину, крайне низкие эксплуатационные расходы имеют место в случае реализации системы охлаждения по варианту С.

Вообще говоря, более низкие эксплуатационные расходы — главный аргумент в пользу внедрения решений локального жидкостного охлаждения, и в частности — контраргумент их существенно более высокой стоимости. Интересные цифры прозвучали в докладе, сделанном Кристианом Билади из HP весной 2007 г. на конференции Data Center World, организованной Ассоциацией менеджеров информационных центров AFCOM (www.afcom.com). Для измерения эффективности использования ЦОДами электрической и охлаждающей мощности он предложил задействовать параметр PUE (Power Usage Effectiveness) — отношение всей потребляемой ЦОДом электроэнергии к мощности, потребляемой оборудованием ИТ. В качестве меры эффективности, к которой индустрия должна стремиться, используя решения локального водяного охлаждения, в докладе было предложено значение PUE, равное 1,6.

Любопытно сравнить это значение с типичными для сегодняшних ЦОДов (использующих оптимальную конфигурацию горячих и холодных проходов) значениями PUE, равными 2,4–3,0. Хотя в ранее упоминавшемся документе Intel по водяным экономайзерам метрикой эффективности решения служит коэффициент эффективности системы HVAC, приведенное там значение этого коэффициента (6,19) для ИТ-нагрузки в 5830 кВт соответствует значению PUE, равному 1,3.

Кроме того, результаты исследований компанией McKinstry различных моделей ЦОДов показали, что связанные с охлаждением эксплуатационные расходы (в том числе на системы HVAC, электричество и воду) составляют лишь 5,1–9,1% от совокупных эксплуатационных расходов ЦОДа (на ИТ-оборудование, ИБП и трансформаторы). Хотя сторонники систем локального жидкостного охлаждения также заявляют, что под эти решения нужна меньшая площадь и больше места остается под оборудование ИТ, результаты исследований McKinstry показывают, что размещаемое внутри помещений оборудование HVAC занимает в среднем менее 2% общей площади ЦОДа.

Таким образом, учитывая более высокую стоимость и отсутствие каких бы то ни было видимых преимуществ с точки зрения эксплуатационных расходов, системы локального жидкостного охлаждения вряд ли смогут предложить пользователям какие-либо преимущества, которые могли бы перевесить возможные проблемы, связанные с резервированием и восстановлением после отказов. И еще. Хотя изложенные выше факты указывают на явные эксплуатационные преимущества ЦОДов с полной изоляцией потоков холодного и горячего воздуха, воздушными кондиционерами с водяным охлаждением и испарительными экономайзерами, тем не менее существенную экономию затрат на охлаждение можно добиться и при использовании обычных кондиционеров CRAC с водяным охлаждением и водяных экономайзеров.

Основная экономия средств достигается за счет более высокой эффективности устройства охлаждения, что объясняется более высокой температурой возвратного воздуха, который, будучи изолированным, не может охлаждаться, смешиваясь с холодным воздухом. Использование стратегии изоляции воздушных потоков обеспечивает экономичный путь поэтапного увеличения создаваемой оборудованием плотности тепловой нагрузки.

Небольшая коррекция подхода

Я не хочу вводить вас в заблуждение, умаляя сложность проектирования и реализации ЦОДа с эффективно изолированными друг от друга потоками холодного (подаваемого) и нагретого (возвратного) воздуха. Однако строительство такого ЦОДа действительно ничуть не сложнее строительства любого другого ЦОДа, скажем, со стандартным размещением монтажных шкафов с оборудованием по принципу горячих и холодных проходов или с локальным жидкостным охлаждением. Потребуется лишь заранее незначительно скорректировать подход к организации охлаждения ЦОДа. При этом, уверяю вас, большинство инженеров по монтажу HVAC быстро ощутят преимущества нового подхода.

Наградой вам станут повышение эффективности охлаждения ЦОДа и снижение затрат на электроэнергию. Кроме того, вы обретете душевное спокойствие, которое придет к вам, когда вы осознаете, что создали среду, в которой всевозможные сложности, способные привести к ухудшению коэффициента доступности ЦОДа, сведены к минимуму..

  
7 '2008
СОДЕРЖАНИЕ

инфраструктура

• Накопители на жестких магнитных дисках уходят в прошлое

• Изоляция воздушных потоков в ЦОДе

• Современные технологии в инженерной инфраструктуре здания

бизнес

• Зашло ли лицензирование ПО в тупик?

• ZyXEL: 10 лет в одной лодке

• Планирование ресурсов контакт-центра

• Простился ли Fraport с ИТ?

информационные системы

• «Заплаты», которыми мы управляем

• Как заставить работать ILM

сети связи

• Тестовое оборудование для сетей xDSL

• Перспективные услуги сетей 3G

• Технологии для широкополосного доступа

кабельные системы

• Рынок кабеленесущих систем: развитие по всем направлениям

• Сварка оптических волокон: плюсы и минусы

защита данных

• Тестируем системы предотвращения «выжимки» данных

• Тестируем сканеры уязвимостей


• Калейдоскоп


Реклама: Не знаете где купить гибкие воздуховоды ? вам сюда !
 Copyright © 1996-2008 ООО "Сети и Системы Связи". вверх