Rambler's Top100
Статьи ИКС № 03 2013
Евгений Петрович ВИШНЕВСКИЙ  12 марта 2013

Эволюция параметров микроклимата ЦОДов

Эта статья стала последней для Е.П. Вишневского, нашего уважаемого, умного и интересного автора. Редакция «ИКС» приносит соболезнования коллегам и близким Евгения Петровича.

Евгений ВИШНЕВСКИЙ, канд. техн. наук, технический директор, United Elements GroupТребования к микроклимату ЦОДов в последние годы неоднократно и существенно изменялись. Причина изменений – особенности дата-центров, учет и анализ которых позволяет обосновать основные направления развития систем их микроклиматической поддержки.

Современные ЦОДы, в которых используются вычислительные возможности стоечных (rack) и модульных (blade) серверов, работают при удельной мощности, превышающей 1080 Вт/кв.м. На сегодня, по данным Environmental Protection Agency, ЦОДы потребляют примерно 2% электроэнергии, производимой в общемировом масштабе, а прирост их потребления составляет около 15% в год. Значительная доля расходуемой энергии приходится на климатическое оборудование, необходимость в котором очевидна, поскольку порядка 55% сбоев в работе электронного оборудования связано с нарушением поддержания необходимой температуры (данные US Air Force Avionics Program). В связи с этим встает проблема оптимизации технологий и средств охлаждения воздуха, используемых в ЦОДах.

Требования к микроклимату

ЦОДы как объект микроклиматической поддержки имеют ряд характерных особенностей, параметры микроклимата в них существенно отличаются от общепринятых в практике кондиционирования воздуха. Во-первых, ЦОД – это по существу малообитаемый объект, поддержка микроклимата в котором, в отличие от обычных систем комфортного кондиционирования, имеет своей целью в первую очередь обеспечение работы ИТ-оборудования.

 
Во-вторых, предъявляются повышенные требования к надежности работы ИТ-оборудования, размещаемого в ЦОДах на условиях услуг colocation путем аренды стоек и занимаемых площадей. Показатели надежности, определяемые коэффициентом эксплуатационной готовности, достигают значений от 99,6712% для ЦОДа уровня Tier 1 до 99,9954% для ЦОДа уровня Tier 4. На перспективу основные ИТ-производители ведут разработку так называемой программы Five Nine, предусматривающей достижение коэффициента эксплуатационной готовности 99,999%, что соответствует отсутствию эксплуатационной готовности каналов обработки информации не более 5,47 мин в году.

В-третьих, основной причиной сбоев в работе ИТ-оборудования являются нарушения электрических контактов из-за температурных деформаций многослойных плат и конструктивных элементов. Следовательно, с точки зрения микроклиматической поддержки важны не столько номинальные значения температуры и влажности, сколько их стабильность во времени и пространстве.

И наконец, большие финансовые вложения требуют максимально возможной экономической эффективности, что определяется как уровнем капитальных затрат, так и общей стоимостью владения (TCO), а они существенным образом зависят от обеспечиваемых параметров микроклимата.

Эволюция климатических параметров

Исходя из указанных особенностей, нормируемые параметры микроклимата ЦОДа за последние годы изменялись несколько раз. Из табл. 1 видно, как начиная с 2004 г. расширялось число классов микроклиматической поддержки ЦОДов, установленных техническим комитетом Американского общества инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха (American Society of Heating, Refrigeration, and Air-Conditioning Engineers; ASHRAE).

  В 2004 г. был установлен единственный класс ЦОДов – рекомендуемый (Recommended; REC). Для него были заданы следующие предельные значения: температура t >20; <25 °C (границы области допустимых параметров* – 20; 25; 25; 20 °C); влажность φ >40; <55 %RH (границы области допустимых параметров – 40; 40; 55; 55 %RH). Нормируемые значения микроклиматических параметров для этого класса в рабочем режиме детализирует рис. 1.

В 2008 г. число классов и нормируемых микроклиматических параметров существенно изменилось (табл. 2). Помимо нормируемых значений температуры t и относительной влажности φ введены ограничения для точки росы – Dew Point (DP, °C).

В дополнение к рабочему режиму установлены также нормируемые значения микроклиматических параметров для ЦОДа в неработающем состоянии (табл. 3), что соответствует периодам монтажа и демонтажа ИТ-оборудования, плановых профилактических работ.

В 2011 г. общее число классов в части нормируемых микроклиматических параметров вновь было увеличено (табл. 4). Были выделены классы микроклиматических параметров (обозначаемые буквами B и C) для вспомогательных помещений, к которым относятся рабочие места, оборудованные ПК, рабочими станциями и принтерами. Из рис. 2 видно, как были расширены области допустимых значений микроклиматических параметров основных залов ЦОДа и вспомогательных помещений в рабочем состоянии.

Изменились в 2011 г. и нормативные значения микроклиматических параметров ЦОДа в нерабочем режиме (рис. 3, табл. 5).

Некоторые тенденции

В предыдущих публикациях («ИКС» №4’2011, с. 85–88; №6’2012, с. 83–84; №11’2012, с. 83–87) мы обсуждали термодинамические аспекты использования свободного и адиабатического охлаждения ЦОДов в дополнение к традиционному механическому охлаждению или взамен него. Анализ описанных в настоящей статье изменений нормативов позволяет сделать следующие выводы.

1. Имеет место устойчивая тенденция расширения температурного и влажностного диапазонов в спецификациях основных поставщиков ИТ-оборудования, что обусловлено конструктивными и технологическими особенностями современных электронных плат (блейд-серверов) и их компаундной защиты.

2. Все более привлекательным становится использование систем свободного охлаждения (Free Cooling), и систем испарительного (адиабатического) охлаждения – прямого (Direct Evaporative Cooling) и косвенного (Indirect Evaporative Cooling), в которых входной и выходной потоки замыкаются внутри обслуживаемого помещения. Все шире используются и системы с разделенными потоками (Separated Evaporative Cooling), известные как KyotoCooling или, в отечественном исполнении, FFC (Full Free Cooling).

3. Поскольку требования к обеспечению стабильности поддерживаемых микроклиматических параметров неизменны (а в перспективе будут ужесточаться), применяемые системы охлаждения немеханического типа должны оснащаться развитыми системами управления воздушными потоками, лабильными и малоинерционными по своей природе.

4. Роль механического охлаждения (Mechanical Cooling), используемого в системах чиллер – прецизионный кондиционер/фэнкойлы/холодные балки, сводится к снятию пиковых нагрузок в наиболее неблагоприятных условиях. В силу высокой теплоемкости жидкостного контура точность поддержания микроклиматических параметров при этом имеет ограничения.

  

Рассмотренные нами тенденции изменения нормативной базы в части параметров микроклимата ЦОДов открывают широкие перспективы использования возобновляемых энергоресурсов – свободного и адиабатического охлаждения, что будет способствовать повышению экономичности и экологичности современных проектов.   

_______________________________________________________________________
* В качестве границы области допустимых параметров здесь и в таблицах указаны значения при обходе характерных точек контура области по часовой стрелке.

Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!
Поделиться: