System chłodzenia odprowadza ciepło wytwarzane przez serwery w centrum danych. Ważnym jego parametrem jest ilość tego ciepła.

Najmniejsze instalacje chłodzące to wydatek energii rzędu kilku kW, typowo są to jednak moce od kilkunastu kW do kilku MW. Oprócz wydajności chłodzenia, istotna jest gęstość mocy. Od ok. 5 kW na szafę zaczyna się strefa dużych gęstości mocy, gdzie standardowe metody chłodzenia nie zdają już egzaminu. Oprócz doprowadzenia powietrza przez wyniesioną podłogę, używa się zestawów wymienników ciepła, które pobiorą ciepłe powietrze z gorącego korytarza między szafami, a schłodzone odprowadzą do zimnego korytarza. "W ten sposób można odprowadzić duże ilości ciepła z małej powierzchni, co jest typowe dla konstrukcji nowoczesnych serwerów. Mogą one wydzielać 20 kW ciepła na szafę, a technicznie można odprowadzić nawet 30 kW na szafę" - mówi Bartosz Biernacki, kierownik regionalny Działu Sprzedaży HPAC w Emerson Network Power.

Nie musi być zbyt zimno

Utrzymywanie temperatury na poziomie 18 stopni powoduje intensywną pracę urządzeń klimatyzacji, a więc i znaczne wydatki na energię elektryczną. Zmiana temperatury w serwerowni z 21 stopni do 23 stopni powoduje oszczędność 10-15% energii, a nawet więcej. Warto zauważyć, że ilość ciepła wydzielanego przez komputery jest zależna od ich obciążenia. Superkomputery przeważnie pracują przez długi czas przy maksymalnym obciążeniu, zatem ilość ciepła wydzielana przez te maszyny jest mniej więcej stała i charakteryzuje się dwoma stanami - dużego obciążenia oraz przeciętnego, zmiany między nimi są niezbyt częste.

Nie można tego powiedzieć o serwerowniach, w których występują szybkie zmiany obciążenia, spowodowane zmianą wykorzystania usług przez użytkowników. System chłodzenia powinien być do tego dostosowany, aby uzyskać skuteczne chłodzenie przy jak najmniejszym wydatku energetycznym. "Nowoczesne serwery z powodzeniem mogą pracować przy temperaturze 22-24 stopni, jest to dla nich normalna temperatura pracy. Zaprojektowanie klimatyzacji w ten sposób, aby nadążała za zmianą ilości generowanego ciepła przez chłodzone urządzenia, daje duże oszczędności energii" - mówi Bartosz Biernacki.

Odzyskać ciepło

Energia dostarczona do serwerowni nigdy nie będzie w pełni wykorzystana na pracę komputerów. Przykładowo z 1127 kW mocy doprowadzonej do serwerowni, jedynie 588 kW wykorzystują komputery, reszta jest przeznaczona na chłodzenie, oświetlenie, pewna część energii doprowadzonej do serwerowni jest tracona w postaci ciepła. Odprowadzenie go niesie ze sobą znaczny wydatek energetyczny. Warto pamiętać, że dobry projekt chłodzenia obejmuje tylko te urządzenia, które wymagają do pracy utrzymywania zadanych temperatur. Klimatyzowanie zasilaczy awaryjnych, utrzymywanie im temperatury rzędu 20 stopni jest w wielu przypadkach niepotrzebne. Te urządzenia mają zakres temperatur pracy nawet do 40 stopni i wystarczy im dobrej jakości wentylacja.

Duże centrum przetwarzania danych wytwarza znaczne ilości ciepła. Są już projekty, aby to ciepło można było odzyskać, a nawet - sprzedać. Najciekawszym projektem odzyskania ciepła oddawanego przez centrum przetwarzania danych jest pomysł ogrzewania basenu w miejscowości Uitikon w Szwajcarii. Mieszczące się opodal centrum przetwarzania danych IBM wytwarza dużo ciepła (2800 MW energii rocznie) i wykorzystanie go powinno znacząco zmniejszyć wydatki na ogrzewanie basenu. "Wykorzystanie odpadowego ciepła ma sens wtedy, gdy w pobliżu budowanego centrum przetwarzania danych istnieje odbiorca, który to ciepło wykorzysta. W polskich warunkach także jest to możliwe, problemem jest wyłącznie dobór lokalizacji" - mówi Bartosz Biernacki.

Polski problem - wilgotność

Niektóre urządzenia są chłodzone za pomocą nawiewu powietrza z zewnątrz. Chociaż odnotowano sukcesy w tej dziedzinie, warto podkreślić problemy, które mogą się wtedy pojawić. Najważniejszym - spowodowanym polskim klimatem - nie są zmiany temperatury, ale wysoka wilgotności powietrza. Zimą, spada ona do bardzo niskich wartości, czasami poniżej 10%. Z drugiej strony jest stan po letniej burzy z ulewą, gdy ciepłe powietrze może być prawie w 100% nasycone parą wodną. Może ona wywoływać skraplanie wody w niektórych elementach elektroniki, powodując zwarcia, może również działać niszcząco na wrażliwe podzespoły.

Z tego powodu przy projektowaniu urządzeń chłodzenia, należy uwzględnić konieczność regulacji wilgotności. Oprócz urządzeń chłodzących, umieszczanych nad szafą z serwerami lub obok nich, należy przewidzieć urządzenia klimatyzacji precyzyjnej, których głównym zadaniem będzie utrzymanie dopuszczalnego jej poziomu.

Woda lodowa daleko od serwerów

Niektóre konstrukcje systemów chłodzenia wykorzystują obieg wody lodowej tak, że ciecz wpływa do pomieszczenia serwerowni. Chociaż bywa to tańsze, należy się zastanowić, czy ten projekt nie będzie stanowił przeszkody w pracy serwerowni. Nawet jeśli obieg jest zaprojektowany w sposób gwarantujący wysoką niezawodność, prawdopodobieństwo wycieku jest niskie, niektóre przedsiębiorstwa wolą nie wykorzystywać serwerowni chłodzonej systemem wody lodowej. Należy to wziąć pod uwagę, gdy serwerownia jest projektowana pod kątem świadczenia usług zewnętrznym firmom.

Tekst powstał po Seminarium Eksperckim Emerson Power, na którym poruszano m.in. tematy chłodzenia nowoczesnych systemów przetwarzania danych i ogólnie rozwiązań dla dużych serwerowni. Computerworld był patronem medialnym Seminarium.