Охлаждение серверных помещений (ЦОД) – требования, особенности и устройство

Охлаждение серверных помещений (ЦОД) – это важный аспект обеспечения нормального функционирования серверного оборудования.

В статье будет рассмотрено значение правильной системы охлаждения для предотвращения перегрева серверов, что может привести к сбоям и потере данных. Также будут описаны основные методы охлаждения серверных помещений и их преимущества.

Основные требования к кондиционированию серверных помещений

Охлаждение ЦОД требует создание индивидуального проекта. Помещения будут отличаться по площади, расположению, типу приборов – это совокупность важных факторов.

Охлаждение серверной должно соответствовать общим требованиям:

• Возможность просто и быстро настроить параметры работы системы.
• Точные показатели по поддержке температурного режима и уровня влажности воздуха.
• Надежная работа в зимний период.
• Качественная и эффективная фильтрация воздуха.

Во время разработки проекта необходимо учитывать совместимость системы с противопожарными приборами. Элементы конструкций не должны влиять на работу друг друга.

Параметры микроклимата для эффективного охлаждения серверной комнаты

В соответствии с установленными требованиями СНиП вентиляции, параметры охлаждения серверной должны быть примерно такими:

• t0 от +17 до +25 градусов Цельсия.
• Влажность от 40 до 55 процентов.
• Атмосферное давление от 85 до 105 килопаскаль.
• Объем пыли в воздухе не должен превышать 0.001 г/кубический метр.
• Кратность воздушного обмена от 1.5 до 2.0 в час.

ISO (международная организация по стандартизации) допускает повышенные t0 показатели воздуха внутри центра обработки данных до +32 градусов Цельсия с небольшой нагрузкой на оборудование.

Способы отведения тепла

Подача холодных воздушных масс не дает гарантий на эффективность кондиционирования по всему объекту. Чаще всего это замкнутые пространства, где плохое проветривание и большое скопление тепла, которое требует выведения.

Для таких зон есть пять температурных режимов:

1. Охлаждение дата-центра за счет теплопроводности материалов – воздушные массы охлаждаются при контакте со стеновыми панелями в помещении.
2. Вентиляция с механическим действием – тяга создается при помощи вентиляторов, выводя воздух наружу по вентилируемым каналам.
3. Вентиляция с естественным действием – теплые воздушные массы поднимаются вверх, попадая в вентканал, выводится наружу за счет разницы давления и температуры.
4. Система охлаждения серверного помещения – осуществляется монтаж кондиционера.
5. Контроль климата – на объекте монтируются комплекс устройств, которые отвечают за регулирование микроклимата во всех помещениях.

Независимо от выбранной модели, каждая имеет свои плюсы и минусы, которые будут учитываться во время расчета и разработки проекта специалистом.

Влияние ИБП на систему охлаждения ЦОД

ИБП (источник бесперебойного питания) обладает высокой чувствительностью к повышению температур, нежели другие электронные приборы. При длительном нагреве, аккумулятор не выдерживает нагрузку и дает сбой. Если t0 40 градусов Цельсия, то аккумулятора хватит только на полтора года, а не как заявлено производителем от трех до пяти лет. Поэтому охлаждение воздуха, где имеется установка ИБП должно быть максимально эффективным и качественным, либо устанавливать данный агрегат за пределами установки с хорошо проветриваемым пространством.

Круглосуточное охлаждение системы ЦОД

Охлаждающее оборудование должно быть всегда в рабочем состоянии 24 часа 7 дней в неделю с поддержанием заданной температуры воздушных масс. Не вся техника рассчитана на такую эксплуатацию. Поэтому нужно выбирать именно тот прибор, который выдержит отрицательную t0 и не выйдет из строя. В холодное время года масло в большинстве кондиционеров замерзает, образуя кристаллы, что снижает эффективность работы и ускоряет износ внутренних деталей. Поэтому, во время создания проекта, специалист обязан учесть факторы, как круглосуточная работа и погодные условия.

Бесперебойное охлаждение серверного шкафа

Если в агрегате происходит сбой, значит, оборудование перегрелось и вскоре выйдет из строя. В соответствии с действующими нормами и правилами, помещения, где отсутствует естественная вентиляция, необходимо устанавливать несколько приточных и два вытяжных вентилятора. Возможно, установить резервные электрические двигатели.

Эффективный, надежный, но финансово затратный вариант – два кондиционера с автоматической попеременной работой.

Чтобы серверная комната всегда была охлажденной, и оборудование работало без перебоев, нужен запас или резервирование мощности. Представим, что устройство выделяет 8 киловатт тепла и для его безопасной работы необходимо использовать два блока по 10 киловатт. Это обеспечит стабильную работу оборудования и продлит его срок службы.

Решение проблем кондиционирования: как обеспечить эффективную систему охлаждения в серверной комнате

Во время организации охлаждения серверной климат компании сталкиваются с такими проблемами:

1. Необходимость в круглогодичном охлаждении. Система кондиционирования должна работать независимо от погодных условий и t0 извне. Не все приборы могут справиться с данным условием. Единичные модели, которые усовершенствованы и могут бесперебойно работать 24/7 в сильные морозы. А так же всегда возникают проблемы с маслом, так как оно замерзает, снижается коэффициент полезного действия, оборудование изнашивается. Все эти факты нужно учесть при проектировании и монтаже климатоборудования.
2. Необходимость в бесперебойном охлаждении. Из-за возможного перегрева система кондиционирования вышла из строя и завершила свою работу. В соответствии с действующим СНиП 41-01-2003 пункт 7.2.3 «Системы общеобменной вентиляции для производственных, административно-бытовых и общественных помещений» где люди находятся долгое время и нет естественной вентиляции. Рекомендуется иметь не менее двух устройств, для подачи и отвода воздуха, каждое с объемом не менее половины необходимого обмена воздуха. Допускается использовать одно устройство для подачи и отвода воздуха с запасными вентиляторами или двигателями для административных и общественных помещений. Чтобы реализовать данную схему, нужны большие финансовые вложения. В небольших серверных помещениях используют простые бытовые кондиционеры с зимним комплектом. Они имеют запас по мощности охлаждения от 75% до 100%. Например, на серверный шкаф, который выделяет тепло на уровне 3 киловатт, ставят кондиционер мощностью от 5.0 до 6.0 киловатт. Существует более дорогой, но более безопасный и долговечный вариант. Он заключается в установке двух кондиционеров с контролем для их чередующейся работы.
3. Необходимость в поддержании заданных параметров влажности. В большинстве случаев используются сложные, полупромышленные прецизионные системы кондиционирования, задача которых не только охладить помещение, но и сохранить определенную влажность воздуха. Однако описание таких сложных установок не является целью данной статьи. Для небольших серверных комнат с тепловыделением до 10 кВт можно выбрать готовые решения. В данном случае можно использовать обычные сплит-системы, дополненные зимними комплектами. Исходя из нашего многолетнего опыта и статистики отказов оборудования, мы настоятельно рекомендуем устанавливать оборудование от производителей, таких как Митсубиси Електрик, Фьюджитсу, Дайкин, Тошиба. В данном случае, скорее всего, необходимости в обогреве помещения нет (его и так нагревают сервера), поэтому лучше устанавливать блоки, работающие исключительно на охлаждение. Хотя некоторые производители стандартно выпускают модели, способные работать как на охлаждение, так и на обогрев.

Необходимость охлаждения и кондиционирования серверного оборудования: цели и задачи

В ЦОД имеется сложная и дорогостоящая электротехника. Когда техника ломается, то появляется проблема с непредсказуемыми последствиями, в том числе серьезными убытками. Предлагаем ознакомиться с оборудованием, которое чувствительно к перепадам температур.

Жесткий диск

Крайне важный компонент в компьютерах – жесткий диск. Если он сломается и не будет сделано резервное копирование, компания потеряет всю хранящуюся информацию, включая критически важные программы.

Части жесткого диска одинаково реагируют как на перегрев, так и на охлаждение. При увеличении температуры компоненты расширяются, что часто приводит к изменению их положения и выходу из строя. При чрезмерном охлаждении происходит искажение деталей и разрыв контактов.

Оперативная память

Современное оперативное запоминающее устройство имеет свойство самостоятельно охлаждаться, поэтому определенные значения микроклимата не требуют дополнительного проветривания. Для защиты оперативки от поломки, нужно сохранить температуру воздушных масс в серверной с допустимыми значениями.

Процессор

Данное устройство имеет защиту в виде температурных датчиков, которые не дают ему перегреваться. При повышенной температуре индикаторы начинают светиться, а также слышен звуковой сигнал. Если ничего не делать для охлаждения процессоров сервера, то оборудование автоматически отключится.

Микросхемы

Интегральные схемы на платах выделяют значительное количество тепла. В устройствах предусмотрена конструкция для естественного охлаждения, однако это может быть недостаточно для предотвращения повреждений, если температура воздуха в центре обработки данных превысит установленную норму.

Методы охлаждения серверных помещений (ЦОД)

Система кондиционирования создается по следующим схемам:

• Для обеспечения комфортной температуры в помещении применяют различные методы охлаждения. Например, в зале можно установить отверстия в фальшполе около каждой стойки для равномерного распределения холодного воздуха. Это позволяет избежать неравномерного распределения температуры за счет смешения потоков воздуха, что важно учитывать при планировании.
• В больших центрах обработки данных эффективно применяют схему охлаждения по рядам, которая позволяет разделить потоки теплого и холодного воздуха с минимальными затратами на электроэнергию.
• Также существует дорогостоящая схема охлаждения серверных стоек, применяемая в помещениях с высокой тепловой нагрузкой, где охлаждение серверных шкафов осуществляется по отдельности с использованием изолированных коридоров для разделения потоков воздуха разной температуры.

Также данное устройство необходимо защитить от оседания и попадания пылевых частиц. В прибор встраивают фильтры, которые очищают и снижают уровень запыленности в воздушных массах.

Особенности выбора кондиционера для помещения с серверным оборудованием

Кондиционер выбирают не по модели и типу, а по его эксплуатации (круглый год), без перебоев, с большим количеством ресурсов. Чтобы серверная комната правильно охлаждалась необходимо выбирать установку с «зимним комплектом». Чтобы работа прибора была без перебоев нужна смена и замена модулей.

Что такое «зимний комплект»

Возможность установки зимнего комплекта предоставляется в сервисном центре, магазине или на заводе производителя кондиционера. Этот набор позволяет работать в широком диапазоне t0 от -30 до 45 градусов Цельсия.

Сюда входят следующие компоненты:

1. Нагреватель картера – поддержание температурного режима хладагента, с жидкостным (масло) охлаждением ЦОД.
2. Регулятор интенсивности обдува кондиционера – регулируется скорость вращения лопастей вентилятора в соответствии с температурой уличных воздушных масс.
3. Обогрев дренажной трубки – компонент, который не дает конденсату замерзнуть до того, как он попадет в специальную емкость для сбора влаги.

На все агрегаты действует гарантия. Во время монтажа «зимнего комплекта», нужно учесть факт, что срок службы оборудования сокращается, но самые крупные и известные бренды соответствуют заявленным характеристикам.

Резервирование и ротация кондиционеров в серверной

В центре обработки данных устанавливается несколько модулей климатоборудования. Компоненты соединены через роторные механизмы. Если какая-то часть перестает функционировать, включается запасной путь. В обычное время кондиционеры включаются по очереди.

Возможные варианты управления системой охлаждения в ЦОД

1. По питанию. Кондиционирование серверной комнаты регулируется включенным и отключенным электропитанием. Подключение электрической сети осуществляется через ротационный модуль. Плюсы: работа прибора проста и понятна, низкая стоимость. Минусы: нужно устанавливать специальную функцию рестарт, подключать отдельный кабель, настраивать дополнительное реле для климатоборудования с большой мощностью.
2. Адаптационные блоки. Ротационный прибор сигнализирует блоку адаптации, который отвечает за управление оборудованием. Без отключения питания. Есть модели со встроенной функцией управления «сухими контактами». Плюсы: экономичность энергопотребления, меньше изнашивается. Минусы: высокая цена на монтаж устройства из-за сложности процесса.
3. Канал с инфракрасными излучателями. Установки с управлением совместимы с любым климатоборудованием. Каждый модуль имеет инфракрасный излучатель, который формирует и передает сигналы по каналу. Плюсы: универсален, передача сигнала без отключения от электропитания. Минусы: высокий уровень чувствительности к помехам, частые сбои в системе.

Типы оборудования для охлаждения серверного процессора: классификация

Одним из ключевых требований к прибору геотермального охлаждения ЦОД является обеспечение эффективной и надежной работы в различных климатических условиях. Давайте рассмотрим наиболее востребованные варианты решений для этой задачи.

Прецизионные кондиционеры

Высокотехнологичный прибор будет поддерживать заданный температурный режим с точностью до 0.5 градусов Цельсия, а вот дешевые, имеют погрешность от двух до трех градусов Цельсия и больше. Лучше выбрать установку моноблочной модели, где подача воздушных масс осуществляется через фальшпол.

Плюсы:

• Контроль уровня влажности и температуры с высокой точностью.
• За счет выносного конденсатора, прибор отработает всю зиму без сбоев.
• Может работать непрерывно.
• Совместимость с диспетчеризацией и управлением.

Минусы:

• Высокая стоимость.
• Используются только для крупномасштабных дата-центров.

Сплит-системы

Простая, недорогая установка. Для дата-центров лучшим вариантом по охлаждению станут модели промышленного и бытового типа. Модуль бытовой системы устанавливается только в ограниченном пространстве, но зато удобства в настройках. Промышленные агрегаты предназначены для больших по площади объектов и почти всегда идут с «зимним комплектом».

Плюсы:

• Большой выбор блоков, которые подходят под разные эксплуатационные условия.
• Приемлемая цена, нежели кондиционеры.
• Отлично адаптируется к уличным температурным перепадам.

Минусы:

• Низкая мощность.

Сплит-системы смогут справиться с небольшими по площади дата-центрами.

Инверторные кондиционеры

Данные приборы имеют отличительную особенность от других климатических систем – плавная регулировка рабочего процесса без включения и выключения компрессоров, что сказывается на длительности эксплуатации. Кондиционер инверторного типа устанавливаются в дата-центрах разной площади, от маленькой до большой.

Плюсы:

• Быстро охлаждает воздушные массы в помещении с большой площадью.
• Экономичное энергопотребление.
• Функция качественной очистки и ионизация воздушных масс.
• Поддержание нужного температурного режима с высокой точностью.
• Низкий уровень шума.

Минусы:

• Высокая стоимость самой конструкции и ремонта.
• Чувствительность к перепадам напряжения электросети.

Приточная вентиляция в зимний период

Система «Свободное Охлаждение» представляет собой готовую приточную вентиляционную систему с клапанами, которые регулируют поток воздуха. Эта вентиляция обычно используется зимой, а летом включается сплит-система.

Плюсы:

• Экономия.
• Простота конструкции
• Большой запас прочности.

Система охлаждения центров обработки данных «Свободное Охлаждение» имеет ограничения по установке. Не в каждом помещении можно создать естественный поток воздуха.

Схема работы жидкостных систем охлаждения

По схеме вентиляционная конструкция, схожа с обычным кондиционером, только вместо хладагента, трасса заполняется водяным веществом (гликоль) и охлаждает серверную. На фасаде здания монтируется чиллер, который отвечает за охлаждение теплового носителя.

Плюсы:

• Простой прибор.
• Низкая цена.

Минусы:

• Низкоэффективная установка, если сравнивать оборудование, работающее на хладагенте.

С непосредственным расширением (DX)

Вентиляционное оборудование применяют в центрах обработки данных с небольшой тепловой нагрузкой. Основу системы составляет точный кондиционер. В качестве хладагента используют фреон, который охлаждает воздух при испарении и затем конденсируется на теплообменнике.

Плюсы:

• Приемлемая цена.
• Надежность и работа без перебоев.
• Большой ресурс.

Минусы:

• Требования к сети подключения и высокий расход электроэнергии.

На холодоносителе (CW)

Серверный шкаф с охлаждением и вентиляцией справляется с помещениями разной площади. Хладагент сначала охладится в чиллере, а затем направляется в тепловой обменник, где происходит снижение t0 воздуха, которые проходят через него.

Плюсы:

• Гибкая система.
• Экономичность на всем сроке службы.
• Большой ресурс.

Минусы:

• Сложность во время проектирования.
• Нужны крупные вложения.

Климат-система полного свободного охлаждения (FFC)

Система основана на обмене тепла между поступающим воздухом и группами, которые циркулируют в помещении с серверами. В течение большей части года система функционирует без использования компрессоров, что делает ее одной из наиболее экономичных.

Плюсы:

• Установка без фальшпола.
• Средние затраты на оборудование.
• Возможность использования высоконагруженных стоек.

Полное естественное охлаждение пока не получило широкого распространения, поэтому информации об его эффективности недостаточно.

Естественное охлаждение с промежуточным теплоносителем (DFC)

Система включает в себя функцию естественного охлаждения за счет притока воздуха и работы компрессора. Легкая настройка. Работа может осуществляться в автономном режиме.

Плюсы:

• Контроль параметров с высокой точностью.
• Высокоэффективное охлаждение дата-центров.

Минусы:

• Высокая цена.
• Сложный монтаж.

Охлаждение, встроенное в серверную стойку

В стойке создается замкнутый охлаждающий контур. Рабочие параметры устанавливают в соответствии с тепловой нагрузкой. Система охлаждения серверного шкафа может включать электрическую защиту, пожаротушение, контроль, аварийную вентиляцию.

Плюсы:

• Высокоэффективная.
• Гибкие настройки.
• Компактность.

Минусы:

• Высокая цена проектирования.

Определение необходимой мощности кондиционера для серверной

Проектировщик проводит вычисления. Специалисты применяют проверенные методы и программное обеспечение для определения оптимального решения.

Давайте рассмотрим ситуацию с кондиционированием в серверной комнате, площадью (V) 20 кубических метров. В помещении установлено оборудование общей мощностью (Р) 10 киловатт. Предположим, что каждый потраченный киловатт энергии превращается в 0.8 киловатт тепла (Кserv = 80%). Резервная мощность для чрезвычайных ситуаций (Kal) составляет 20% от расчетной, а запас для расширения ЦОД Kup равен 30%. Теплопотери (T) помещения составляют 0.03 киловатт на каждый кубический метр.

Формулы для вычисления:

• Мощность на покрытие теплопотерь: M1 = V*T = 20*0.03 = 0.6 киловатт.
• Мощность на выделение тепла от серверных: M2 = P*Kserv = 10*80 = 8 киловатт.
• Мощность на тепло от источника бесперебойного питания: M3 = P*Kup = 10*30 = 3 киловатта.
• Общий запас мощности в нештатных ситуациях: M4 = (M1+M2+M3)*Kal = (0.6+8+3)*20% = 2.32 киловатта.
• Запас на развитие дата-центра: M5 = (M1+M2+M3)*Kup = (0.6+8+3)*30% = 3.48 киловатт.
• Общая мощность климатоборудования: M = M1+M2+M3+M4+M5 = 17.4 киловатт.

Выбор оборудования

Правильно выбрать климатический прибор, мало, необходимо спроецировать примерное расположение компонентов телекоммуникаций, а также где разместить внутренние модули. Теплые воздушные массы поднимаются вверх, для этого используется настенные или кассетные модули. Все блоки монтируются в соответствии с технологиями, т.е. дренаж не должен стекать вниз. Оптимальное расположение блока немного отступить в сторону от стойки.

Подбор кондиционера происходит по следующим характеристикам:

1. Вид электрооборудования в серверной, количество выделяемого тепла.
2. Площадь и высота потолков.
3. Особенности вентилируемого прибора (если есть).
4. Количество сотрудников, которые находятся постоянно в дата-центре.
5. Уровень влажности и температуры воздуха в помещении.
6. Параметры отопительной системы.

Чаще всего в серверной комнате устанавливаются подпотолочные, настенные или напольные шкафы с охлаждением. Проектирование для каждого прибора индивидуально.

Проектирование системы охлаждения для серверной

Для начала работы над проектом по установке кондиционера, специалист проводит осмотр помещения и изучает техническую документацию. Важно учитывать форму помещения, возможность естественной циркуляции воздуха и размещение оборудования. Техническая документация необходимая для расчетов – содержит информацию о тепловыделении или максимальной мощности, которую можно использовать для определения теплового баланса.

После этого производятся необходимые расчеты, подбирается подходящее оборудование. Существует несколько вариантов комплектации и принципов работы систем, поэтому основные аспекты проектирования обсуждаются с клиентом.

Особенности установки

Монтажные работы климатоборудования проводят в соответствии с утвержденным проектом. Устанавливать и подключать конструкцию должны только инженеры-монтажники. Так можно избежать критических ошибок. По завершению монтажа, специалисты производят ПНР, заполняется акт приема-передачи объекта. Исполнитель отдает заказчику гарантийные документы на климатическую установку.

Обслуживание

Данная услуга является важной составляющей в качестве и эффективности работы системы кондиционирования. Работа прибора в дата-центре осуществляется 24/7. Система пропускает через себя 100 кубометров воздушных масс, что может привести к загрязнению теплового обменника и испарителя. Компрессор перегревается и перестает функционировать. Сервисное обслуживание должны проводить специалисты, которые имеют лицензии и сертификаты на данную деятельность. Обслуживание кондиционеров проводится 2 раза в год. Так продлевается жизнь климат-системе.

Вывод

Охлаждение серверных помещений (ЦОД) – важный аспект в обеспечении надежной работы оборудования. Эффективная система кондиционирования воздуха позволяет поддерживать оптимальную температуру и влажность, что способствует увеличению срока службы и производительности серверов. Правильное охлаждение также помогает экономить энергию и уменьшить риски возникновения перегрева оборудования.

Часто задаваемые вопросы

Зачем нужен кондиционер в серверную? Сколько кондиционеров необходимо?

Кондиционер в серверной комнате необходим для поддержания оптимальной температуры и влажности, чтобы обеспечить стабильную работу оборудования. Количество кондиционеров зависит от размеров серверной комнаты и количества установленного оборудования.

Как рассчитать кондиционер для серверной?

Для расчета необходимой мощности кондиционера для серверной комнаты учитывается площадь помещения, количество установленного оборудования, тепловыделение от оборудования, количество людей в помещении и другие факторы.

Как охладить серверную без кондиционера?

Для охлаждения серверной комнаты без кондиционера можно использовать методы естественной вентиляции, установку вентиляторов, использование системы увлажнения и другие способы.

Какой срок службы компрессора кондиционера для серверных?

Срок службы компрессора кондиционера для серверных комнат зависит от производителя, условий эксплуатации и регулярного обслуживания. Обычно срок службы составляет от 3 до 5 лет.

Какая оптимальная температура должна быть в серверной по стандартам? Есть ли определенные нормы?

Оптимальная температура в серверной комнате обычно должна быть в пределах 18-27 градусов Цельсия. Есть определенные стандарты, устанавливающие параметры температуры и влажности в серверных помещениях для обеспечения надлежащего функционирования оборудования.

Почему необходимо и важно поддерживать температурный режим в серверной?

Поддержание температурного режима в серверной комнате необходимо для предотвращения перегрева оборудования, увеличения срока его службы, обеспечения надежности и стабильной работы серверов, а также для обеспечения безопасности данных, хранящихся на серверах.