Охлаждение серверных помещений (ЦОД)

Эффективная система охлаждения серверной (ЦОД или дата-центра) необходима для сохранения техники в работоспособном состоянии, особенно в период повышения температуры окружающей среды и пиковых нагрузках, когда оборудование выделяет максимальное количество тепла.

В серверном помещении одновременно работает большое количество вычислительных машин, средств телекоммуникации, электронных устройств. Все устройства выделяют тепло. При повышении температуры увеличивается риск отказа, поломки техники, поэтому на этапе проектирования необходимо продумать эффективную систему кондиционирования серверной.

Функции систем охлаждения серверных

1. Отведение избыточного тепла.
2. Подача свежего охлажденного воздуха.
3. Нормализация уровня влажности в помещении.
4. Очистка воздуха от пыли.

Ниже вы увидите таблицу с ценами (прайс-лист) на монтаж прецизионных кондиционеров, используемых в дата-центрах, серверных помещениях, телекоммуникационных и IT-компаниях.

Серверная (ЦОД)

Основные требования к кондиционированию серверных помещений

Охлаждение ЦОД чаще всего требует индивидуального проектирования. Помещения различаются площадью, конфигурацией, типом оборудования, поэтому важно учесть совокупность всех факторов.

Общие требования, которые предъявляются к сети охлаждения серверной:

• простая и быстрая настройка рабочих параметров;
• точное поддержание температуры и влажности воздуха;
• надежная работа в зимнее время;
• функция фильтрации воздуха.

В проекте учитывают совместимость системы с противопожарным оборудованием. Компоненты сетей не должны вызывать взаимные сбои.

Параметры микроклимата в серверной

Требования установлены в СНиП по вентиляции (рекомендованные параметры охлаждения для серверных помещений):

• температура: +17 ˚С … +25 ˚С;
• влажность: 40 – 55 %;
• атмосферное давление: 85 – 105 кПа;
• количество пыли в воздухе: не более 0,001 г/м3;
• кратность воздухообмена: 1,5 – 2,0 в течение часа.

Международная организации по стандартизации ISO допускает повышение температуры воздуха внутри ЦОД до +32 ˚С при небольшой нагрузке на установку.

Способы отведения тепла

Подача холодного воздуха не гарантирует эффективного кондиционирования во всем помещении. В замкнутых пространствах, на плохо вентилируемых участках скапливается тепло, которое необходимо отводить.

Пять вариантов снижения температуры в таких зонах:

1. Охлаждение за счет теплопроводности материалов – воздух охлаждается при контакте со стенами помещения.
2. Механическая вентиляция – вентиляторы создают тягу, и воздушные массы выводятся наружу по вентканалам.
3. Естественная вентиляция – теплый воздух поднимается вверх, попадает в вентиляционный канал и выводится на улицу за счет разницы температуры и давления.
4. Система охлаждения серверной комнаты – в помещение устанавливают кондиционер.
5. Климат-контроль – в здании смонтирован комплекс устройств для контроля микроклимата во всех помещениях.

Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки. Выбор делает специалист на основании расчетов.

Влияние ИБП на систему охлаждения

Источники бесперебойного питания более чувствительны к повышению температуры, чем другое электронное оборудование. Длительный нагрев снижает срок службы аккумуляторов. При температуре 40 ˚С ресурса батареи хватает на 1,5 года работы при заявленных 3-5 годах. Поэтому необходимо эффективно охлаждать воздух в местах установки ИБП или размещать источники за пределами ЦОД в хорошо вентилируемом пространстве.

Круглосуточное охлаждение

Кондиционер в серверной комнате должен работать 24/7 и точно поддерживать заданную температуру воздуха. Не все модели техники рассчитаны на такой режим эксплуатации. Важно выбрать устройство, которое будет стабильно работать при отрицательных температурах. В обычных кондиционерах зимой кристаллизуется масло, снижается КПД, ускоряется износ внутренних деталей. Проектировщик должен учесть фактор круглосуточной работы в разных погодных условиях.

Бесперебойное охлаждение

Сбой в работе системы кондиционирования ЦОД грозит перегревом и выходом из строя электроники. В действующих строительных нормах и правилах указано, что в помещениях без естественного проветривания необходимо устанавливать не менее двух приточных и двух вытяжных вентиляторов. Допускается установка резервных электродвигателей.

Еще один вариант: расчет двух кондиционеров с автоматической попеременной работой. Проект дорогой в реализации, но более эффективный и надежный.

Чтобы система кондиционирования серверной работала бесперебойно, необходим запас или резервирование мощности. Например, при тепловыделении 8 кВт требуется сеть из двух блоков мощностью на 10 кВт. Техника должна работать в штатном режиме для сохранения ресурса.

Необходимость охлаждения и кондиционирования серверного оборудования: цели и задачи

В центрах обработки данных обычно сложная и дорогая электронная техника. Простой в работе может вызвать убытки. Поломка техники – это серьезная проблема с непредсказуемыми последствиями. Рассмотрим, какие устройства наиболее чувствительны к температуре.

Жесткий диск

Очень важный элемент компьютеров – жесткий диск. Если он выйдет из строя без копирования, организация потеряет всю сохраненную информацию, критически важные программы.

Компоненты жесткого диска одинаково чувствительны и к перегреву, и к холоду. При повышении температуры комплектующие расширяются, что часто приводит к смещению их позиционирования и отказу. При чрезмерном охлаждении происходит деформация компонентов и размыкание контактов.

Оперативная память

Современная ОЗУ охлаждается самостоятельно, поэтому в определенном микроклимате не требуют дополнительного вентилирования. Чтобы защитить оперативную память от поломки, необходимо поддерживать температуру воздуха в серверной в допустимом диапазоне.

Процессор

Процессоры защищены от перегрева датчиками температуры. При критическом нагреве загораются индикаторы, подается звуковой сигнал. Если пользователь не предпринимает меры к охлаждению серверных процессоров, оборудование отключается.

Микросхемы

Платы с микросхемами выделяют большое количество тепла. В конструкции оборудования есть система пассивного охлаждения, но она не защитит от поломки, если температура воздуха в ЦОД выше нормы.

Методы кондиционирования серверных помещений (ЦОД)

Кондиционирование ЦОД реализуется по следующим схемам:

1. Охлаждение зала во всем объеме. В фальшполе около каждой стойки устраивают отверстия для подачи холодного воздуха. Температура в помещении распределяется неравномерно за счет смешения потоков – этот фактор необходимо учесть в расчетах.
2. Охлаждение по рядам. Схему используют в больших центрах обработки данных, где есть возможность разделить теплые и холодные потоки. Для каждого участка устанавливают свой блок оборудования. Отказ от мощных вентиляторов сокращает затраты на электричество.
3. Охлаждение стоек. Это наиболее дорогая схема, которая применяется в помещениях с большим выделением тепла. Рассчитывается охлаждение серверных шкафов по отдельности. Внутри стойки создают изолированные коридоры для теплого и холодного воздуха.

Для ЦОД важна защита от пыли. Оборудование дополняют фильтрами, чтобы снизить уровень запыленности воздуха.

Характеристики кондиционера для помещения с серверным оборудованием

Марка и тип кондиционера не имеют принципиального значения. Главное, чтобы техника работала круглогодично, бесперебойно, обладала большим ресурсом. Для правильного охлаждения серверной комнаты рекомендуется использовать установки с «зимним комплектом». Для бесперебойной работы требуется ротация и резервирование блоков.

Что такое зимний комплект

Зимний комплект – это опция, которую устанавливают на кондиционер в авторизованном сервисном центре, в магазине продавца или на производстве. Пакет расширяет диапазон рабочих температур от -30 ˚С до +45 ˚С.

Зимний пакет состоит из трех компонентов:

1. Нагреватель картера. Устройство поддерживает температуру фреона, чтобы масло не замерзало.
2. Регулятор интенсивности обдува компрессора. Компонент регулирует скорость вращения вентилятора в соответствии с температурой уличного воздуха.
3. Обогрев дренажной трубки. Устройство не позволяет влаге замерзнуть до того, как она попадет в емкость сбора.

На устройства должна действовать гарантия. Установка зимнего комплекта может сокращать гарантийный срок климатического оборудования, но крупные бренды обычно полностью выполняют свои обязательства.

Резервирования и ротация кондиционеров в серверной

В помещение ЦОД устанавливают несколько блоков климатического оборудования. Компоненты объединены в сеть с помощью ротационных устройств. Если один из блоков выйдет из строя, запускается вторая резервная линия. В штатном режиме кондиционеры работают поочередно.

Возможные варианты управления системой охлаждения в ЦОД

По питанию

Система кондиционирования серверного помещения регулируется включением и выключением питания. Оборудование присоединяют к электросети через ротационный блок.

• плюсы управления по питанию: простой и понятный принцип работы, низкая стоимость;
• минусы: необходимость установки функции рестарт, подключения отдельного кабеля, настройки дополнительного реле для кондиционеров большой мощности.

Блоки адаптации

Ротационное устройство подает сигнал адаптационному модулю, который управляет кондиционером. Питание не отключается. Некоторые модели климатических установок управляются «сухими контактами».

• плюсы управления с помощью блоков адаптации: экономия электроэнергии, уменьшение износа;
• минусы: сложный и дорогой монтаж.

Инфракрасный канал

Управляющие устройства совместимы со всеми видами климатического оборудования. В каждом модуле установлен излучатель, который формирует и передает сигналы по инфракрасному каналу.

• плюсы управления: универсальность в управлении, передача сигналов без разрыва питания;
• минусы: высокий риск сбоев, чувствительность к помехам.

Виды оборудования для охлаждения серверных и классификация

Как уже было сказано выше, главное требование к системе охлаждения ЦОДов – эффективная и безотказная работа в любом климате. Расскажем о наиболее популярных решениях.

Прецизионные кондиционеры

Прецизионный кондиционер – схема кондиционирования дата-центра

Качественное оборудование поддерживает температуру в помещении с точностью до 0,5 ˚С. Дешевые установки имеют погрешность до 2-3 ˚С и более. Мы рекомендуем устанавливать в серверных моноблочные модели с подачей воздуха через фальшпол.

Преимущества прецизионных кондиционеров:

• точный контроль температуры и влажности;
• стабильная работа в зимний период за счет выносного конденсатора;
• возможность работы в непрерывном режиме;
• совместимость с системами диспетчеризации и управления.

Недостаток прецизионных моделей – высокая цена. Оборудование используют для кондиционирования больших и особо ответственных ЦОД.

Сплит-системы

Простое, недорогое решение. С охлаждением серверной справляются бытовые и полупромышленные модели. Бытовые сплит-системы удобные в настройке, позволяют разместить блок в ограниченном пространстве. Полупромышленные модели почти всегда дополняются зимним комплектом и работают на большой площади.

Преимущества сплит-систем:

• большой выбор модулей под разные условия эксплуатации;
• невысокая цена по сравнению с кондиционерами;
• возможность адаптации к низкой температуре уличного воздуха.

Недостаток сплит-систем – малая мощность. Но их возможностей вполне достаточно для охлаждения воздуха в небольших ЦОД.

Инверторные кондиционеры

Особенность инверторных установок в плавной регулировке производительности без включения и отключения компрессоров. Это увеличивает срок службы агрегата. Кондиционеры используют в ответственных ЦОД большой и малой площади.

Преимущества инверторных кондиционеров:

• быстрое охлаждение воздуха в больших помещениях;
• экономный расход электроэнергии;
• функции очистки и ионизации воздуха;
• точное поддержание температуры;
• низкий уровень шума.

Недостаток моделей – высокая цена, чувствительность к перепадам напряжения в сети и дорогой ремонт.

Приточная вентиляция в зимний период

Схема «Free-Cooling» в дата-центре

Система «Free-Cooling» представляет собой наборную приточную вентиляционную установку с заслонками, с помощью которых регулируется поток входящего воздуха. Вентиляция обычно работает зимой, а летом включают сплит-систему.

Преимущества «Free-Cooling»:

• экономичность;
• простое устройство;
• большой ресурс.

Система охлаждения дата-центров «Free-Cooling» имеет ограничения по монтажу. Не во всех помещениях можно организовать естественный приток.

Жидкостные системы охлаждения

Жидкостное охлаждение серверного шкафа

Конструкция похожа на обычный кондиционер, но вместо фреона трасса заполняется водой или гликолем. Снаружи здания устанавливают чиллер, который отвечает за охлаждение теплоносителя.

Преимущества жидкостных систем:

• простое устройство;
• невысокая стоимость.

Недостаток: низкая эффективность по сравнению с фреоновым оборудованием.

Климатическая техника с непосредственным расширением (DX)

Оборудование используют в серверных с небольшой тепловой нагрузкой. Основа системы – прецизионный кондиционер. В качестве теплоносителя используется фреон, который охлаждает воздух при испарении, а затем конденсируется на теплообменнике.

Преимущества типа DX:

• доступная цена;
• надежность и бесперебойная работа;
• большой ресурс.

Недостатками являются требовательность к сети подключения и высокий расход электроэнергии.

Климатическая техника на холодоносителе (CW)

Эффективные кондиционеры для серверных средней и большой площади. Хладоноситель охлаждается в чиллере, затем поступает в теплообменник и снижает температуру проходящего воздуха.

Преимущества типа CW:

• гибкая конфигурация;
• экономичность в эксплуатации;
• большой ресурс.

Недостаток систем на холодоносителе – сложность в проектировании. Реализация схем CW требует крупных вложений.

Климатическая техника полного свободного охлаждения (FFC)

Схема построена на теплообмене между входящим воздухом и массами, которые циркулируют в серверной. Большую часть года система работает без включения компрессоров, поэтому является одной из самых экономичных.

Преимущества схемы FFC:

• монтаж без фальшпола;
• средние капитальные затраты;
• возможность использования высоконагруженных стоек.

Полное свободное охлаждение не нашло широкого применения, поэтому данных об их эффективности немного.

Система естественного охлаждения с промежуточным теплоносителем (DFC)

В схеме сочетается метод естественного охлаждения за счет приточного воздуха и работа компрессора. Оборудование легко настраивается, может работать в полностью автоматическом режиме.

Преимущества типа DFC:

• точный контроль параметров;
• высокая эффективность охлаждения ЦОД.

Недостатки решения: высокая стоимость и сложность в монтаже.

Система охлаждения, встроенная в серверную стойку

В стойке создают замкнутый контур охлаждения. Производительность оборудования подбирают под определенную тепловую нагрузку. Система охлаждения серверного шкафа может комплектоваться устройствами электрозащиты, пожаротушения, контроля, аварийной вентиляции.

Преимущества решения:

• высокая эффективность;
• гибкая конфигурация;
• компактность.

Недостаток встроенного кондиционирования – высокая стоимость проекта.

Расчет мощности кондиционера для серверной

Расчеты выполняет проектировщик. Специалисты используют проверенные алгоритмы, компьютерные программы, чтобы предложить наиболее выгодное и эффективное решение.

Рассмотрим пример расчета кондиционера для серверной объемом (V) 20 м3. В помещении установлено оборудование суммарной мощностью (P) 10 кВт. Принимаем, что каждый 1 квт потребленной электроэнергии преобразуется в 0,8 кВт тепла (Kserv = 80 %). Резервная мощность оборудования на нештатные ситуации Кal составляет 20 % от расчетной, а запас на наращивание инфраструктуры ЦОД Kup = 30 %. Тепловые потери (T) помещения достигают 0,03 кВт/м3.

Мощность на покрытие тепловых потерь:

• М1 = V*T = 20*0,03 = 0,6 кВт.

Мощность на выделение тепла от серверов:

• М2 = P*Kserv = 10*80 = 8 кВт.

Мощность на тепло от ИБП:

• M3 = P*Кup = 10*30 = 3 кВт.

Получаем общий запас мощности на нештатные случаи:

• М4 = (М1 + М2 + М3) *Кal = (0,6 + 8 + 3)*20 % = 2,32 кВт.

Запас на развитие ЦОД:

• M5 = (M1+M2+M3)* Kup= (0,6 + 8 + 3)*30 % = 3,48 кВт.

Общая мощность системы кондиционирования:

• M = M1+M2+M3+M4+M5 = 17,4 кВт.

Подбор оборудования

Прецизионный кондиционер для серверной – принцип работы

Чтобы правильно выбрать оборудование, необходимо составить схему расположения телекоммуникационных компонентов и продумать места для установки внутренних блоков кондиционеров. Теплый воздух поднимается вверх, поэтому его удобно улавливать модулями настенного или кассетного типа. Важно, чтобы блоки устанавливались с соблюдением технологии – дренаж не должен стекать вниз. Лучше расположить модуль немного в стороне от стойки.

При подборе кондиционера учитывают следующие характеристики:

• вид электронного оборудования серверной и количество выделяемого тепла;
• площадь и высоту потолков помещения;
• характеристики вентиляции (при наличии);
• численность персонала, который постоянно присутствует в ЦОД;
• температуру и уровень влажности воздуха в комнате;
• параметры системы отопления.

Чаще всего выбирают подпотолочные, настенные или шкафные системы. Каждый проект рассчитывается индивидуально.

Проектирование системы охлаждения для серверной

Работу над проектом кондиционирования начинают с осмотра помещения и анализа технической документации. Специалист учитывает конфигурацию комнаты, возможности для естественной вентиляции, схему расстановки оборудования. Технические документы необходимы для расчетов – в паспортах указано тепловыделение или максимальная мощность, по которой можно вычислить степень нагрева.

После этого выполняют расчеты, подбирают оборудование. Возможны различные варианты комплектации, принципа действия систем, поэтому основные проектные решения согласуются с заказчиком.

Особенности монтажа

Монтаж климатической системы выполняют в соответствии с проектом. Установкой и подключением оборудования должны заниматься опытные рабочие. Это исключит риск критических ошибок. Например, установка кондиционера в теплом коридоре приводит к тому, что воздух в ЦОД охлаждается не во всем объеме – оборудование на нижних ярусах перегревается.

После завершения монтажа специалисты проводят пусконаладку, заполняют акты приема-передачи, передают заказчику гарантийные документы на оборудование.

Наши сертификаты

Инженерная компания Qwent имеет ряд сертификатов и лицензий, позволяющих проводить необходимые монтажные, демонтажные а так же работы по подключению.

Лицензия - допуск монтаж (страница 1)

Лицензия - допуск монтаж (страница 2)

На отдельной странице нашего сайта представлены все лицензии и сертификаты.

Таблица цен

Вывод

Центр обработки данных или серверная комната – это технически сложный и особо ответственный объект. Перегрев любого компонента может вызвать поломку, сбой в работе целой организации. Ремонт серверных обходится дорого, а оценить ущерб от потери важной информации практически невозможно.

Лучше всего защитить ЦОД от риска перегрева. Не экономьте на охлаждении серверной – обратитесь в компанию Qwent для монтажа системы кондиционирования «под ключ».