Systemy chłodzenia dla serwerowni i centrów danych

Układy klimatyzacji i chłodzenia są ważną częścią infrastruktury sieciowej, która warunkuje wysoki poziom dostępności systemu teleinformatycznego.

Układy klimatyzacji i chłodzenia są ważną częścią infrastruktury sieciowej, która warunkuje wysoki poziom dostępności systemu teleinformatycznego.

System chłodzenia składa się z wielu elementów, wśród których można wyróżnić:

  • Agregaty zewnętrzne - zewnętrzne urządzenia, w skład których wchodzą m.in. wymienniki ciepła oraz wentylatory.
  • Urządzenia wewnętrzne - znajdujące się wewnątrz klimatyzowanych pomieszczeń i służące do dystrybucji chłodnego powietrza.
  • Instalacja ciśnieniowa gazu chłodzącego (freonowa) - urządzenia zewnętrzne lub wewnętrzne, w których występuje proces sprężania i rozprężania czynnika chłodzącego.
  • System sterowania - urządzenia służące do sterowania systemu klimatyzacji i utrzymania zadanych parametrów.
Klimatyzacja jest niezbędnym systemem służącym zapewnieniu właściwych parametrów środowiskowych, takich jak temperatura, wilgotność, czystość powietrza, wymaganych przez pracujący sprzęt teleinformatyczny przez 24 godziny na dobę. W pomieszczeniu serwerowni powinna być utrzymywana stała temperatura w granicach 18-20ş C, która gwarantuje prawidłową pracę wszystkich urządzeń teleinformatycznych. System chłodzenia i klimatyzacji w pomieszczeniu serwerowni musi być dostosowany do warunków pomieszczenia i mocy cieplnej wydzielanej przez zainstalowane urządzenia. Chłodzenie pojedynczej szafy może być wspomagane poprzez wykorzystanie systemu wentylatorów umieszczonych w szafie oraz podwójnej podłogi, dzięki której wyprowadzane jest ogrzane powietrze.

Obliczanie ciepła wydzielanego przez cały system

Agregat chłodzący zlokalizowany na zewnątrz obiektu

Agregat chłodzący zlokalizowany na zewnątrz obiektu

Całkowite ciepło wydzielane przez system jest sumą ciepła wydzielanego przez wszystkie jego elementy. System teleinformatyczny składa się ze sprzętu komputerowego oraz infrastruktury, w skład której wchodzą: UPS, urządzenia dystrybucji zasilania, urządzenia chłodzące oraz oświetlenie. Ciepło wydzielane przez poszczególne elementy można łatwo obliczyć wg prostych i standaryzowanych reguł.

W celu prawidłowego wyznaczenia ciepła należy uwzględnić również to, które jest wydzielane przez pracowników obsługi. Ciepło wydzielane przez systemy zasilaczy UPS i układy dystrybucji zasilania składa się ze stałej wartości oraz straty proporcjonalnej do całkowitej mocy nominalnej. Straty te są podobne dla większości modeli UPS, przyjmuje się więc przybliżoną wartość strat niezależnie od posiadanej marki , nie popełniając poważnego błędu.

Stosując znormalizowane wartości, można też dość łatwo określić ilość ciepła wydzielanego przez oświetlenie i personel. Przy wyborze systemu chłodzenia potrzebne jest określenie powierzchni pomieszczenia w metrach kwadratowych oraz znamionowa moc poszczególnych urządzeń IT. Również urządzenia chłodzące wydzielają ciepło, które powstaje głównie w silnikach elektrycznych wentylatorów oraz kompresorach, lecz jest one usuwane na zewnątrz i nie wytwarza obciążenia cieplnego wewnątrz pomieszczenia serwerowni. Zjawisko to wpływa wyłącznie na zmniejszenie się wydajności systemu chłodzenia i powinno być uwzględniane już na początkowym etapie projektowym. Taka prosta i szacunkowa analiza przeprowadzona na podstawie wyżej wymienionych reguł daje na tyle wiarygodny wynik, iż dla większości przypadków nie są konieczne szczegółowe badania. Główną zaletą takiej szacunkowej oceny są niskie koszty (może ją wykonać osoba bez specjalistycznej wiedzy lub wyszkolenia) oraz szybkość jej wykonania. Obok przedstawiamy arkusz kalkulacyjny, który może być pomocny w szybkim wyliczeniu obciążenia cieplnego generowanego przez system teleinformatyczny. Stosując ten arkusz, można w miarę szybko i dokładnie określić całkowitą wartość ciepła wydzielanego przez serwerownie lub centrum danych.

Dobór wielkości systemu chłodzenia

W celu określenia wielkości potrzebnego systemu chłodzenia należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

  • wielkość mocy cieplnej wydzielanej przez zainstalowany sprzęt (w tym urządzeń zasilających),
  • wielkość mocy cieplnej wydzielanej przez pozostałe urządzenia i instalacje budynku,
  • zapas wielkości mocy na uwzględnienie efektu nawilżania,
  • zapas wielkości mocy mającej zapewnić założony poziom nadmiarowości,
  • zapas wielkości mocy w związku z planowaną rozbudową.
Po zsumowaniu wszystkich mocy poszczególnych składników (w watach) można otrzymać wartość całkowitego obciążenia cieplnego, do którego należy dobrać odpowiedni system chłodzenia.

Systemy chłodzenia urządzeń teleinformatycznych w serwerowniach

Systemy chłodzenia stosowane w serwerowniach są zazwyczaj stawiane wraz z urządzeniami komputerowymi na podłodze technicznej. Zasysają one powietrze z górnej części pomieszczenia i po schłodzeniu oraz przefiltrowaniu tłoczą je w przestrzeń podpodłogową. Urządzenia teleinformatyczne, które wymagają dostarczenia powietrza o odpowiednich, stałych parametrach pod urządzenie, są regulowane na podstawie parametrów uzyskanych w określonym punkcie pomiarowym.

W obiektach o wymaganej dużej niezawodności i niedużej liczbie urządzeń klimatyzacyjnych zaleca się stosowanie urządzeń autonomicznych z układem freonowym typu "compact" (wewnętrzny lub zewnętrzny) i "split" (jednostka wewnętrzna zlokalizowana bezpośrednio w pomieszczeniu oraz skraplacz - agregat sprężarkowo-skraplający na ścianie zewnętrznej, dachu lub terenie).

Obiekty, w których instalacja skraplaczy na elewacji budynku jest niemożliwa lub trudna w realizacji, można wyposażyć w urządzenia posiadające skraplacz w formie wymiennika płytowego freon-woda. Chłodzenie skraplacza zapewnia układ wody chłodzącej stanowiący odrębną instalację budynku z tzw. dry coolerami np. na dachu.

Dużym problemem związanym z niezawodnością jest zapewnienie odpowiedniego poziomu dopływu chłodnego powietrza do urządzeń komputerowych.

W związku ze wzrostem upakowania urządzeń wydzielających ciepło znacznie zwiększyło się ryzyko awarii spowodowanych niedostatecznym chłodzeniem. Jedną z prostych metod zapewnienia właściwego chłodzenia jest zastosowanie drzwi do szaf, które zapewniają ponad 0,5 m2 powierzchni otworów wentylacyjnych (perforacji) na powierzchni przynajmniej 63%. Drzwi szaf spełniające wymienione wymagania zapewniają dostateczny poziom wentylacji sprzętu komputerowego.

W środowiskach o niekorzystnych warunkach chłodzenia zaleca się stosowanie (dla szaf o mocy przekraczającej 1500 W) dodatkowych układów wentylatorów wymuszających obieg powietrza.

Czynniki wpływające na prawidłową cyrkulację powietrza chłodzącego w szafie

Powietrze chłodzące sprzęt teleinformatyczny jest zasysane z zewnątrz szafy, co może doprowadzić do przegrzania się urządzeń i w konsekwencji - ich awarii. Dlatego tak istotne jest uniemożliwienie mieszania się powietrza chłodnego z ciepłym. Możliwość recyrkulacji gorącego powietrza występuje głównie wewnątrz samej szafy i jest najczęściej spowodowana przepływem powietrza wylotowego nad lub pod urządzeniami i jego powrotnym wlotem, co powoduje znaczne pogorszenie chłodzenia. Aby zapobiec temu niekorzystnemu zjawisku, należy puste miejsca w pionie szafy zawsze wypełniać panelami zaślepiającymi w celu zapewnienia prawidłowego przepływu powietrza.


TOP 200