Охлаждение и вентиляция ЦОД: требования и современные решения

Спроектировать современный центр обработки данных (ЦОД) – задача, требующая особого внимания и грамотного подхода. Важным фактором является обеспечение системами охлаждения и вентиляции, поскольку от правильной организации климат-контроля напрямую зависит безопасность и скорость работы серверов.

На ранних этапах ЦОД создавались без каких-либо стандартов, что привело к серьезным трудностям для системных администраторов. Однако за последние двадцать лет мировой опыт предоставил специалистам четкие направления для работы.

В области организации дата-центров существует два ключевых стандарта, разработанных в США: TIA-942 и TIA/EIA-569. Они содержат требования к организации систем кондиционирования и вентиляции воздуха, включая фильтрацию. В настоящее время эти стандарты являются основополагающими в российской практике, поскольку отечественные ГОСТы в области телекоммуникаций пока являются несовершенными.

TIA-942 классифицирует дата-центры по степени надежности и устанавливает требования к проектированию. А TIA/EIA-569 определяет правила прокладки телекоммуникационных сетей и распространяет свое действие на этап монтажа.

Далее мы рассмотрим требования к дата-центрам в соответствии с этими стандартами.

Требования к климату в серверных помещениях

Важным компонентом оборудования центров обработки данных (ЦОД) является система климат-контроля, которая обеспечивает необходимый для нормального функционирования температурный режим и влажность в течение всего года. Однако, в случае, если здание не может обеспечить постоянную работу централизованной системы микроклимата, то необходима автономная климатическая система.

Требования к системе кондиционирования в серверных и дата-центрах включают следующие параметры: температура должна находиться в диапазоне от 20 до 25 °C, влажность – от 40 до 55%, а также обеспечиваться приток свежего воздуха с фильтрацией класса EU4 и подогревом в зимнее время.

Важно, чтобы фактическая мощность системы кондиционирования была больше, чем суммарное тепловыделение от всего оборудования ЦОД. Кроме того, система должна состоять минимум из двух независимых кондиционеров, каждый из которых рассчитан на самостоятельное обеспечение заданного микроклимата в помещении.

Для охлаждения серверной комнаты часто используются фальшполы высотой не менее 300 мм от основного перекрытия до уровня чистового пола. Рекомендуемая высота - 400 мм. Под фальшполом организуют каналы распространения холодного воздуха, а конструкция фальшпола должна предусматривать установку решеток вентиляции и кабельных вводов для телекоммуникационных стоек.

Фальшпол состоит из легко демонтируемых модулей (плиток), выдерживающих до 455 кг точечную нагрузку. Общая шина технологического заземления серверной должна обеспечивать заземление всех конструкций фальшпола.

Оптимальные решения для создания ЦОД

Для того, чтобы удовлетворять требованиям, предъявляемым к системам кондиционирования и вентиляции в соответствии со стандартами TIA-942 и TIA/EIA-569, специалисты предложили ряд эффективных технологических решений. Ниже приведены наиболее значимые из них:

Климатическая техника сегодня предлагает потребителю разнообразные виды кондиционеров, включая прецизионные кондиционеры, сплит-системы, промышленные и полупромышленные кондиционеры. Для оптимального обеспечения кондиционирования серверных комнат обычно используют прецизионный тип кондиционеров. Существуют следующие виды прецизионных кондиционеров:

1. Системы с непосредственным расширением (DX). Такие системы являются наиболее распространенным решением и используются при удельных тепловых нагрузках небольшого размера. Обычно такие системы базируются на фреоновых прецизионных кондиционерах и работают по принципу, при котором фреон поступает во внутренний блок кондиционера, где происходит его расширение и испарение. В результате происходит охлаждение воздуха в помещении. Основными преимуществами DX-систем являются их низкая стоимость, высокая надежность и длительный срок службы. Однако, такие системы требуют больших эксплуатационных затрат и предъявляют серьезные требования к энергосистемам и помещению.
2. Системы на холодоносителе (CW). Такие системы подходят для средних и больших серверных комнат. Они работают по принципу охлаждения воздуха в теплообменнике кондиционера с помощью циркуляции охлажденного в холодильных машинах (чиллерах) холодоносителя. CW-системы отличаются более низкими эксплуатационными затратами и гибкостью, однако требуют больших капитальных затрат и являются более сложными инженерными системами.
3. Системы на основе принципа полного свободного охлаждения (FFC). В таких системах используется принцип теплообмена между наружным воздухом и воздухом, который циркулирует в серверной комнате. FFC-системы действуют почти без участия компрессоров в течение 95% времени в году. Такая система потребляет меньше электричества и дает больше кВт холода, чем другие системы. Однако, у FFC-систем пока нет широкого накопленного опыта внедрения на территории России.
4. Система естественного охлаждения с промежуточным теплоносителем (DFC). Эта система оснащена функцией переключения на определенный режим работы, который соответствует тепловой нагрузке и сезонным изменениям наружной температуры. Она использует сочетание компрессорного и естественного охлаждения. Основными преимуществами системы являются высокая эффективность, но высокие затраты и сложность.
5. Системы охлаждения, интегрированные в стойку. Для высоких тепловых нагрузок используют замкнутый цикл охлаждения в стойке. Это значит, что специализированные серверные шкафы могут быть оснащены системами охлаждения, защиты электропитания, пожаротушения, аварийной вентиляции и мониторинга. Недостатком такого оборудования является высокая стоимость.

Одним из ключевых вопросов, которые нужно решить на этапе выбора системы кондиционирования помещения, является выбор соответствующей вентиляционной системы. Как правило, в ЦОД применяется приточно-вытяжная вентиляция. В настоящее время существует тенденция к снижению энергопотребления в климатических системах, поэтому вентиляционные системы должны разрабатываться с учетом следующих принципов:

• установка устройств для возврата и повторного использования тепловой энергии;
• применение энергосберегающих элементов;
• увеличение расчетного срока службы оборудования.

Компании GEA, AL-KO, Flaktwoods и Swegon являются ведущими мировыми производителями этого типа оборудования.

Актуальность сертификации по Tier в вопросе создания качественных дата-центров

В эпоху «больших данных» значение дата-центров трудно переоценить. По мере цифровой трансформации всех сфер бизнеса, отечественный рынок коммерческих ЦОД постоянно растет. Качественно спроектированный и реализованный дата-центр, кондиционирование которого соответствует международным стандартам, может пройти сертификацию по Tier, что позволит повысить его привлекательность для потенциальных клиентов.

Международная организация Uptime Institute Professional Services разработала сертификат Tier. Он выдается по итогам аудита ЦОД на документацию и рабочие процессы. По итогам аудита центру обработки данных присваивается уровень надежности от I до IV, где IV является наивысшим, а I – наименьшим. III уровень считается оптимальным для соотношения цена-качество. Основной показатель надежности ЦОД – допустимое время его простоя: этот показатель для I уровня составляет 28,8 часов, а для IV – всего 0,4 часа.

В России планируется создание собственной системы сертификации ЦОД. Эта инициатива была выдвинута Министерством коммуникаций и связи РФ в рамках реализации программы «Цифровая экономика» в 2017 году.

Таким образом, сертификация по Tier является актуальным вопросом для создания качественных дата-центров. Спрос на качественное климатическое оборудование также растет, без которого невозможно обеспечить должный уровень обслуживания клиентов дата-центра.

Фото: freepik.com