Wybór wariantu odprowadzania ciepła i wymiarowanie systemu chłodzenia powinno być dostosowane do energii cieplnej, która jest generowana przez zainstalowany sprzęt teleinformatyczny oraz wymiarów i warunków lokalizacji pomieszczenia serwerowni. Właściwie każdy kilowat energii elektrycznej pobierany przez urządzenia teleinformatyczne zamienia się w kilowat mocy cieplnej, gdyż średnio aż 99,9997% z energii dostarczonej do serwerowni zostaje zamienione w ciepło. Nie można również zapominać, iż wydzielana energia cieplna nie ogranicza się tylko do sprzętu IT, ale również innych urządzeń znajdujących się w serwerowni, takich jak np. zasilacze UPS czy oświetlenie.

Zalecane Poziomy Temperatur

Amerykańska organizacja ASHRAE (ang. American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers) opublikowała w 2011 r. za- lecenia TC 9.9 – „Thermal Guidelines for Data Processing Environments” (Wytyczne termiczne dla środowisk przetwarzania danych), w których określone są zarówno zalecane, jak i dopuszczalne temperatury środowiska pracy dla sprzętu teleinformatycznego. Głównym celem tej publikacji jest popularyzowanie wśród użytkowników stosowania jak najlepszych praktyk, które zapewnią wysoką niezawodność i wydajność urządzeń IT przy jednoczesnej maksymalizacji efektywności układu chłodzenia. Zaleca się, aby temperatura w pomieszczeniu, w którym znajdują się urządzenia teleinformatyczne nie przekraczała 25°C. Jeśli jednak utrzymanie takiego poziomu jest trudne i kosztowne do osiągnięcia, co jest częste dla instalacji zlokalizowanych w pomieszczeniach o niedużych powierzchniach, dopuszcza się wyższe temperatury. Jako górną granicę przyjmuje się wartość 32°C, której nie zaleca się przekraczać, gdyż wtedy znacząco rośnie ryzyko wystąpienia awarii sprzętu.

Metody odprowadzania ciepła

Ciepło może być odprowadzane z małego pomieszczenia lub biura na różne sposoby, np. przez:

• przewodzenie cieplne konstrukcji budynku – ciepło jest odprowadzone przez ściany do zewnętrznego otoczenia,
• wentylację „pasywną” – ciepło jest odprowadzane na zewnątrz przez kanały wentylacyjne, bez udziału wentylatora,
• wentylację „wymuszoną” – ciepło jest odprowadzane na zewnątrz przez kanały wentylacyjne przy wspomaganiu przez wentylatory,
• schładzanie przy udziale tzw. klimatyzacji „komfortu” budynku,
• schładzanie przy udziale klimatyzacji przeznaczonej do systemu teleinformatycznego tzw. CRAC (ang. Computer Room Air Conditioning).

Wymienione powyżej metody odda- wania ciepła różnią się między sobą pod względem wydajności, ograniczeń, jak również ponoszonych kosztów. Optymalne rozwiązanie chłodzenia zależy od lokalizacji sprzętu IT, jak i od poziomu obciążenia (kW), które przekłada się na ilość generowanego ciepła.

Chłodzenie pomieszczeń o niedużej powierzchni

Podstawowym kryterium wyboru meto- dy i systemu chłodzenia jest określenie wartości ciepła wydzielanego przez poszczególne elementy systemu teleinformatycznego – czyli sprzęt IT oraz infrastrukturę fizyczną, w skład której wchodzą: zasilacze UPS, urządzenia dystrybucji zasilania, urządzenia chłodzące oraz oświetlenie. Poziomy emitowanej energii cieplnej przez odbiorniki IT są równe wartości ich mocy, którą można łatwo oszacować sumując moc znamionową wszystkich odbiorników. Większość urządzeń wydziela tyle ciepła, ile pobiera energii elektrycznej, należy jednak pamiętać, że są także takie urządzenia, jak np. przełączniki sieciowe, które mimo dość dużego poboru mocy nie rozpraszają w całości energii w pomieszczeniu, w którym są zainstalowane. Przełączniki oddają bowiem bezpośrednio do najbliższego otoczenia jedynie około połowy pobieranej energii, reszta ciepła jest przenoszona za pośrednictwem okablowania (skrętki) do różnych urządzeń, takich jak bezprzewodowe punkty dostępowe, telefony IP czy kamery systemu kontroli dostępu. Dla większości aplikacji można przyjąć założenie, iż w przypadku gdy moc zainstalowanych urządzeń jest mniejsza niż 400 W, nie jest wymagane stosowanie dodatkowych systemów chłodzenia, gdyż wystarcza oddawanie ciepła poprzez przewodzenie konstrukcji (ścian) budynku. Jeśli wartość mocy zainstalowanych urządzeń zawiera się pomiędzy 400 a 700 W, pasywna wentylacja jest dopuszczalna pod warunkiem możliwości zastosowania nawiewu chłodnego powietrza. Dla wartości mocy urządzeń znajdujących się w przedziale pomiędzy 700 a 2000 W, zaleca się stosowanie wentylatorów, które będą wymuszać cyrkulację chłodnego powietrza. Przy obciążeniu powyżej 2000 W rekomenduje się stosowanie specjalnego systemu klimatyzacji precyzyjnej typu CRAC. W przypadku instalacji w tym samym pomieszczeniu zasilacza UPS należy uwzględnić ciepło (straty) wydzielane przez niego. W niedużych serwerowniach system zasilania opiera się na UPS-ach, wykonanych zazwyczaj w technologii line-interactive dla mocy do 5 kVA (lub podwójnej konwersji dla obciążeń o wyższej mocy), wyposażonych w wewnętrzne baterie akumulatorów oraz systemy dystrybucji energii. Wielkość strat zależy głównie od zastosowanej technologii, np. zasilacze line-interactive odznaczają się z reguły wyższą sprawnością (niższym poziomem strat) niż zasilacze true on-line. Sprawność w ramach poszczególnych topologii UPS jest podobna dla większości modeli różnych producentów, można więc przyjąć przybliżoną wartość strat niezależnie od posiadanej marki zasilacza, nie popełniając zbyt dużego błędu. W tym miejscu warto dodać, iż akumulatory, będące newralgicznym elementem systemu zasilania, są szczególnie wrażliwe na zbyt wysoką temperaturę, zwłaszcza w aspekcie okresu żywotności. Tzw. czas życia typowych akumulatorów wynoszący od 3 do 5 lat – w przypadku gdy temperatura przekracza 25°C ulega drastycznemu zmniejszeniu (osiągając dla 40°C około półtora roku, a w niektórych przypadkach nawet krótszych okresów). Jeśli zakładamy, iż zasilacz UPS będzie pracował w warunkach podwyższonej temperatury, warto rozważyć zastosowanie innych rodzajów zasobników energii, jak np. superkondensatory. Charakteryzują się one, w przeciwieństwie do ogniw elektrochemicznych, możliwością pracy w szerokim zakresie temperaturowym. Inną ważną ich zaletą jest długa żywotność przekraczająca 10 lat oraz wysoka liczba cykli (ok. 500 000) ładowania/rozładowania. Nie bez znaczenia jest również fakt, że ich utylizacja jest znacznie bardziej przyjazna dla środowiska niż typowych akumulatorów. Stosując znormalizowane wartości, można też dość łatwo określić ilość ciepła wydzielanego przez oświetlenie i osoby z personelu przebywające na stałe w pomieszczeniach z infrastrukturą IT. Po zsumowaniu mocy wszystkich źródeł ciepła należy przystąpić do wyboru sposobu chłodzenia.

Takie przybliżone określenie całkowitej wartości ciepła wydzielanego przez serwerownię może być również podstawą do wymiarowania systemu klimatyzacji. Podsumowując, można przyjąć, iż do określenia wielkości potrzebnego systemu chłodzenia trzeba wziąć pod uwagę następujące czynniki:

• ilość mocy cieplnej wydzielanej przez zainstalowany sprzęt (w tym urządzenia zasilające),
• ilość mocy cieplnej wydzielanej przez pozostałe urządzenia i instalacje budynku,
• zapas ilości mocy na uwzględnienie efektu nawilżania,
• zapas ilości mocy mający zapewnić założony pozom nadmiarowości,
• zapas ilości mocy w związku z planowaną rozbudową.

Warto zauważyć, że w niewielkich wnętrzach bez systemów chłodzenia czy nawet niewyposażonych w „wymuszoną wentylację, często instalowane jest okablowanie. W zależności od wielkości organizacji i architektury sieci, w budynku może znajdować się wiele tego typu po- mieszczeń, w których zwykle umieszcza się od jednej do trzech szaf – wewnątrz których instalowane są przełączniki dystrybucji i dostępu warstwy 2 i 3, koncentratory, routery, patch panele, zasilacze UPS wraz z akumulatorowym zasilaniem awaryjnym, oraz inne urządzenia telekomunikacyjne. Wartość mocy zainstalowanych urządzeń w takim pomieszczeniu zawiera się zwykle w przedziale od 500 do 4000 W.