Trendy w dziedzinie chłodzenia centrów danych IT

Centra danych to jedne z najbardziej energożernych spośród wszystkich typów budynków. Zużywają od 10 do 50 razy więcej energii w przeliczeniu na powierzchnię niż typowy komercyjny budynek biurowy (dane wg energy.gov).

Spora część z tych 2% służy do zapobiegania przegrzewaniu się serwerów. Niektóre raporty wykazują, że około 40% energii zużywanej przez centra danych służy do zasilania systemów chłodzenia i wentylacji tych centrów, a koszty bez wątpienia będą rosły wraz ze wzrostem zapotrzebowania na moc wymaganą przez serwery oraz cen prądu.

Czy stosowane dzisiaj metody chłodzenia są w stanie sprostać przyszłym realiom centrów danych?

Niektóre z bardziej tradycyjnych metod obecnie stosowanych na szeroką skalę w zasadzie nie są zbyt efektywne i nie można ich łatwo skalować, aby sprostać zmieniającym się potrzebom centrów danych.

Tradycyjne metody nie są wystarczające

Tradycyjna metoda odprowadzania ciepła z centrum danych polega na zastosowaniu klimatyzatorów znajdujących się na obrzeżach. Nawiewają one zimne powietrze przez podłogę techniczną, bez żadnej separacji (np. ścianek działowych lub bloków powietrznych).

W przypadku tej metody klimatyzatory nawiewają zimne powietrze do przestrzeni i mieszają je z ciepłym powietrzem generowanym w celu wyeliminowania gorących punktów, a także obniżenia temperatury w przestrzeni do odpowiedniej wartości. Metoda ta jest skuteczna tylko jeżeli systemy klimatyzacji zużywają znacznie mniej energii niż zainstalowany sprzęt IT.

Jednak, gdy gęstości upakowania zbliżają się do 20 kW na zajmowaną przestrzeń lub przekraczają tę wartość, tradycyjne podejście do klimatyzacji to za mało. Wraz z coraz większą ilością ciepła oddawanego do przestrzeni centrum danych zasilanie wszystkich wentylatorów wymaganych do radzenia sobie z coraz większymi obciążeniami termicznymi może okazać się niewykonalne ze względu na koszty.

Jednak istnieją rozwiązania, które lepiej radzą sobie z chłodzeniem i są bardziej ekonomiczne – w przypadku aktualnych oraz możliwych w przyszłości większych gęstości upakowania.

Chłodzenie serwerowni, rzędu serwerów i szaf serwerowych

Dzisiejsze najbardziej wydajne systemy zostały celowo skonstruowane tak, aby obniżać ciepło w przestrzeni centrum danych, rzędach szaf Rack lub poszczególnych szafach. Celowane strategie odprowadzania ciepła minimalizują mieszanie się powietrza w przestrzeni IT poprzez umieszczenie systemów klimatyzacji znacznie bliżej źródła ciepła. Takie podejście umożliwia również skalowanie, uwzględniając ekonomiczne pomieszczenie w centrach danych instalacji o większych gęstościach upakowania.

Podstawowa różnica pomiędzy chłodzeniem pomieszczenia, rzędu i szafy polega na sposobie rozdziału oraz sterowania przepływem powietrza w kierunku źródeł ciepła.

Chłodzenie pomieszczeń (crah i crac)

W przeciwieństwie do tradycyjnej metody chłodzenia „bez separacji stref”, która polega na mieszaniu gorącego i zimnego powietrza w celu osiągnięcia właściwej temperatury, dzisiejsze systemy chłodzenia pomieszczeń wykorzystują separację strefy zimnej/ciepłej w celu jak najbardziej efektywnego kierowania przepływu powietrza.

• Systemy separacji zimnej strefy (CAC) dostarczają zimne powietrze do sprzętu IT; odbierają one ciepło przepływające przez urządzenia i prowadzą je do strefy ciepłej, gdzie kierowane jest do góry lub do komory wyrównawczej, a następnie powraca do modułu CRAC w podłodze.
• Systemy separacji gorącej strefy (HAC) zasysają gorące powietrze z szafy Rack, przenoszą je do komory wyrównawczej w suficie, gdzie rury przenoszą je do klimatyzatora, a następnie, już schłodzone, z powrotem do przestrzeni. Systemy HAC mogą również być montowane bez podłogi technicznej

Wady: W przypadku zastosowania tej metody przepływ powietrza może być ograniczony przez przestrzeń lub przedmioty znajdujące się w tej przestrzeni, np. przez wysokość sufitu, układ szaf Rack i inne przeszkody. Ponadto niektóre drogi przepływu powietrza z pomieszczenia z urządzenia wentylacji powietrza w pomieszczeniu komputerowym (CRAH) całkowicie omijają źródło ciepła i wracają do urządzenia CRAH, nie dostarczywszy do niego chłodnego powietrza, co oznacza, że część jego mocy pozostanie niewykorzystana.

Najlepsze zastosowanie: Zastosowanie chłodzenia pomieszczenia bez separacji stref często jest wskazane w przypadku nowych centrów danych, a system HAC pozwoli uniknąć opisanych powyżej problemów. W przypadku istniejących centrów danych z chłodzeniem pomieszczeń wykorzystujących podłogę techniczną często zaleca się system CAC, ponieważ jest on łatwiejszy do wdrożenia niż system HAC.

Koszt: Metoda polegająca na chłodzeniu pomieszczenia może być najtańsza spośród wszystkich omawianych w tym zestawieniu, ponieważ wymaga mniejszej liczby klimatyzatorów niż pozostałe metody oraz mniejszej liczby rur do kierowania powietrza. Ogólne koszty chłodzenia pomieszczenia zazwyczaj zmniejszają się wraz ze wzrostem zagęszczenia mocy – jeżeli całkowita powierzchnia zajmowana przez centrum danych staje się coraz mniejsza z powodu wzrostu zagęszczenia.

Zużycie energii: Chłodzenie pomieszczeń niewykorzystujące separacji stref może zużywać więcej energii, ponieważ system musi przenosić powietrze na duże odległości, a klimatyzatory CRAH mają za zadanie mieszać powietrze w pomieszczeniu, aby zapobiec powstawaniu gorących punktów. Zastosowanie systemu HAC do separacji i „celowania” w ciepło może ograniczyć zużycie energii.

Chłodzenie rzędowe

System chłodzenia rzędowego dostarcza zimne powietrze bliżej rzeczywiście potrzebujących go rzędów szaf. Czasami określane terminem „chłodzenie in-line” lub „in-row” chłodzenie rzędowe to metoda zazwyczaj bardziej efektywna niż chłodzenie pomieszczeń. Ścieżki przepływu powietrza są bardziej przewidywalne – krótsze i bardziej regularne – niż w przypadku systemów chłodzenia pomieszczeń. Ponieważ długość przepływu powietrza przyczynia się do zmniejszenia wymaganej mocy wentylatorów, system CRAH jest bardziej efektywny.

Najlepsze zastosowanie: Chłodzenie rzędowe często jest najlepszą opcją w przypadku nowych centrów danych, o przewidywanych gęstościach upakowania przekraczających 15 kW na szafę, co wykracza poza możliwości tradycyjnych systemów chłodzenia pomieszczeń. Chłodzenie rzędowe może być wdrożone w istniejących centrach danych bez konieczności stosowania podłogi technicznej; w przypadku istniejących centrów danych chłodzenie rzędowe jest często wskazane dla większych gęstości upakowania.

Koszt: Chłodzenie rzędowe jest nieco droższe od chłodzenia pomieszczeń, ponieważ zazwyczaj wymaga zastosowania większej liczby klimatyzatorów i rur. Koszt zmniejsza się wraz ze wzrostem gęstości upakowania szaf Rack.

Zużycie energii: Koszty chłodzenia rzędowego są zazwyczaj niższe niż w przypadku chłodzenia pomieszczeń, ponieważ ilość stosowanego zimnego powietrza pokrywa się z ilością generowanego ciepła. A w związku z tym, że nie ma „niepotrzebnego” przepływu powietrza, wentylatory zużywają znacznie mniej mocy niż w systemie chłodzenia pomieszczeń.

Chłodzenie szafy rack

W przypadku tej metody klimatyzatory CRAH są przeznaczone do chłodzenia konkretnych szaf IT i mogą być zamontowane bezpośrednio do nich lub w nich. Ścieżki przepływu powietrza są jeszcze krótsze niż w przypadku chłodzenia rzędowego, a sam przepływ powietrza nie jest zakłócany przez przedmioty znajdujące się w pomieszczeniu ani przeszkody architektoniczne (przejścia, okna, rampy itp.). Dlatego cała moc systemu CRAH może zostać wykorzystana, umożliwiając zastosowanie zagęszczenia mocy nawet do 50 kW. Zmniejszona długość ścieżek przepływu powietrza zmniejsza również ilość mocy wymaganej do zasilania wentylatora w systemie CRAH, co z kolei przekłada się na dalszy wzrost efektywności.

Wady: Metoda ta wymaga dużej liczby klimatyzatorów i bardziej rozbudowanego orurowania niż inne metody, zwłaszcza przy mniejszej gęstości upakowania.

Najlepsze zastosowanie: Chłodzenie szaf jest zazwyczaj stosowane w centrach danych dla wolnostojących szaf o dużej gęstości upakowania.

Koszt: Koszt chłodzenia szaf jest wyższy niż w przypadku chłodzenia pomieszczeń i chłodzenia szeregowego w przy niższych gęstościach upakowania szaf, ze względu na większą liczbę klimatyzatorów.

Zużycie energii: Koszty chłodzenia szaf są wyższe przy mniejszych gęstościach ze względu na większą liczbę klimatyzatorów, co przekłada się na większe zużycie mocy wymaganej do przemieszczania powierza i wody. Koszty energii obniżają się wraz ze wzrostem gęstości mocy.

Każdy z systemów chłodzenia – pomieszczeń, rzędowego i szaf – jest odpowiedni do innych wymagań stawianych przez centrum danych. Ogólnie rzecz biorąc, systemy chłodzenia rzędowego i chłodzenia szaf są odpowiednie do instalacji o dużej gęstości upakowania, podczas gdy systemy chłodzenia pomieszczeń sprawdzają się w przypadku chłodzenia (z separacją stref) większych centrów danych.

Aby zrozumieć, który typ chłodzenia będzie najbardziej efektywny w przypadku Twojego systemu dzisiaj i w przyszłości – w miarę wzrostu gęstości upakowania oraz kosztów – poproś o wskazówki eksperta w dziedzinie szaf i systemów chłodzenia. Pomoże Ci on dobrać rozwiązanie odpowiednie do Twoich potrzeb.

Jeżeli rozważasz zwiększenie gęstości instalacji, umożliwi Ci to chłodzenie rzędowe. Zapewniające systemy wspierające klimatyzację rzędową i szaf rozwiązanie Liquid Cooling Package (LCP) firmy Rittal przoduje w zakresie nowych technologii. Oferuje klientom najlepsze połączenie rozwiązań inżynieryjnych, elastyczności oraz wydajności.