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.

Исполнение требований по температуре, влажности и качеству воздуха в помещениях серверных - важнейшее условие для нормальной работы их оборудования. Для того чтобы обеспечить наиболее оптимальные условия работы, необходимо в комплектацию центров обработки данных (ЦОД) включить систему климат-контроля. Она должна работать круглосуточно, все дни в году, обеспечивая в помещении необходимые температурный режим и влажность. В случае невозможности использования централизованной системы микроклимата в здании, необходимо использовать автономную климатическую систему.

Для обеспечения оптимального функционирования системы кондиционирования серверных и дата-центров, следует соблюдать следующие требования:

• Температура в серверной комнате должна быть в пределах 20–25 °C.
• Влажность должна находиться в диапазоне 40–55%.
• Перед входом в помещение необходимо фильтровать свежий воздух минимум класса EU4 с подогревом в зимнее время.

Система кондиционирования должна иметь достаточную мощность для охлаждения всех серверов в ЦОД. При этом рекомендуется использовать не менее двух независимых кондиционеров, обеспечивающих заданный микроклимат в помещении. Также необходимо организовать охлаждение с помощью фальшполов, которые должны иметь высоту не менее 300 мм от основного перекрытия до уровня чистового пола. Рекомендуемая высота - 400 мм. В высотном пространстве фальшпола следует организовать каналы распространения холодного воздуха. Биение же фальшпола должно состоять из прочных и легко демонтируемых модулей (плиток) с возможностью точечной нагрузки до 455 кг. В конструкции фальшпола необходимо предусмотреть установку решеток вентиляции и кабельных вводов для телекоммуникационных стоек. Общая шина технологического заземления серверной должна обеспечивать заземление всех конструкций фальшпола.

Оптимальные технологические решения для ЦОД

Для того, чтобы системы кондиционирования и вентиляции соответствовали стандартам TIA-942 и TIA/EIA-569, необходимо применять определенные технологические решения. Существует целый ряд таких решений, которые можно выделить:

1. Применение технологий энергоэффективности. Все системы кондиционирования и вентиляции должны быть построены с использованием новейших технологий, которые обеспечивают максимальный уровень энергоэффективности.
2. Регулярное техническое обслуживание. Для того чтобы системы кондиционирования и вентиляции работали на высоком уровне, необходимо проводить регулярное техническое обслуживание и проверку качества работы.
3. Использование универсальных модулей кондиционирования и вентиляции. Для того чтобы обеспечить оптимальную работу системы, необходимо использовать универсальные модули кондиционирования и вентиляции, которые позволяют легко и быстро настраивать параметры работы.
4. Применение различных систем контроля работы. Для того чтобы убедиться в том, что системы кондиционирования и вентиляции работают на высоком уровне, необходимо применять различные системы контроля работы, которые позволяют мониторить и управлять процессом работы системы.
5. Оптимальное использование ресурсов. Для того чтобы обеспечить максимальный уровень эффективности работы системы кондиционирования и вентиляции необходимо оптимально использовать все ресурсы, в том числе и энергетические.

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.

Вентиляция – это одной из важнейших составляющих системы кондиционирования. Особенно актуально это для центров обработки данных (ЦОД), где используется приточно-вытяжная вентиляция. Сегодняшние реалии требуют от климатических систем эффективности в сочетании с экономичностью. Поэтому проектирование вентиляции должно учитывать три основных принципа: переработку и повторное использование тепловой энергии с помощью специальных устройств, грамотный выбор деталей для повышения энергоэффективности и увеличение срока службы оборудования.

При выборе производителя стоит обратить внимание на такие компании, как GEA, AL-KO, Flaktwoods и Swegon – мировых лидеров в данном сегменте рынка.

Tier-сертификация Института Uptime Professional Services является одной из наиболее привлекательных опций для владельцев центров обработки данных (ЦОД), которые стремятся повысить надежность и привлекательность своих услуг. Сертификат Tier позволяет установить уровень надежности ЦОД по шкале от I до IV на основе анализа документации ЦОД и его рабочих процессов. Уровень IV считается наиболее высоким, а уровень I - наименьшим. Лучшим вариантом с точки зрения соотношения цены и качества является III уровень. Центрам обработки данных, имеющим сертификат Tier, удается привлечь больше потенциальных клиентов.

Однако, дополнительное оборудование для кондиционирования тоже существенно влияет на допустимое время простоя ЦОД. Нормальное значение времени простоя для уровня I составляет 28,8 часа, а для уровня IV - всего 0,4 часа.

В России, в рамках программы "Цифровая экономика", Министерство связи и массовых коммуникаций предлагает создать собственную систему сертификации ЦОД. В условиях стремительно развивающейся сферы бизнеса и повышающихся требований к надежности, растущий рынок коммерческих ЦОД нуждается в высококачественном климатическом оборудовании для обеспечения должного уровня обслуживания клиентов.

Фото: freepik.com