Alpha Grissin Infotech представя
Решенията на Liebert HIROSS за климатизация на информационни центрове Целта на статията е да представи последните постижения в сферата на охлаждащите инсталации за Центрове за данни (ЦД) и специалните съображения, изисквани от новите ЦД (D/C). Тя се отнася до центрове с висока плътност на капацитета и разпределение на въздуха през повдигната подова конструкция. Ще бъдат разгледани следните въпроси: а) Охлаждащите инсталации на съвременните Центрове за данни. б) Причините, водещи до неизправности и лоша експлоатация на наличните площи и капацитет. в) Модерните методи за целесъобразно разпределение на въздуха с оглед инсталацията да бъде гъвкава, надеждна, икономична и функционална. Нашият първи контакт с инсталации за охлаждане на ЦД бе през 1978 г., когато беше построен Център за бази данни на “Трудова банка” в Москато, Атина, в сътрудничество с Burroughs. Бяха поставени 2 DX блока Hiross-Denco и повдигната подова конструкция за кабелите, а въздухопроводите отвеждаха въздушната струя директно в помещението. Степента на покритие на подовата площ от оборудването на този ЦД не надвишаваше 30%. Допустимите граници на температурно отклонение бяха 22-23оС, а границата на относителната влажност бе 45-50% (впечатляващо малка). Необходимите, почти самостоятелни въздушни филтри на шкафовете също бяха внушителни. Тези стриктни условия бяха необходими поради подменяемите открити твърди дискове с капацитет от 5 до 10 МВ! Оттогава се промениха много неща и достигането на последния седемгодишен период, когато експанзията на Интернет и цифровата телефония достигна световен мащаб, модерните ЦД станаха много по-различни. През 1999 г. Forthnet SA, гръцки доставчик на интернет услуги и Дружество за комуникационни услуги, ни повери дейността по подобряване на своите Центрове за данни и инженеринга на нови. Целта бе постигане на свръхмодерни Центрове за данни, които могат да обслужват съвременните технологии. Въведение Поради непрекъснатото развитие на оборудването за ЦД (маршрутизатори, комутатори, сървъри и др.), размерите на оборудването и консумираната мощност се снижават. Скоростта на намаление на консумацията обаче е по-малка от темпа на намаление на размерите. В резултат съотношението “консумирана мощност/площ” непрекъснато се увеличава. Това предизвиква феномена съвременните ЦД да генерират по-голямо количество отделяна топлина на квадратен фут от подовата площ. Това съотношение от 1992 г. и прогнозите до 2010 г. са представени в CH_1 (оста у е логаритмична!). По-долу са разгледани факторите, влияещи върху термичната картина на Център за данни. Тенденции в обема на генерираната топлина от продуктите а) Конвертирането на електрическа енергия, консумирана от оборудването, в топлинно натоварване. б) Натоварване от топлообмен, което постъпва в помещението като преминава през структурните елементи (стени, под, покрив). в) Натоварване от осветителните тела. г) Латентно натоварване, постъпващо от инфилтрацията на водни пари през структурните елементи и поради присъствието на хора в помещението. д) Латентно натоварване, постъпващо от потоците въздух, завихряни при затварянето и отварянето на вратите на ЦД. Условия на средата Центърът за данни, съдържащ модерно оборудване, трябва да осигурява следните условия: а) Стайна температура за базата данни от 22оС до 26оС, при целева стойност от 24оС. б) Относителна влажност от 35% до 55%. в) Осигуряване на свеж въздух, но не навсякъде, тъй като свежият въздух съдържа влага, прах и нежелани газове (SO2, H2S, NO2 и др.), причиняващи корозия на деликатните компоненти, напр. конекторите. Изключение от последното изискване може да се направи само ако в ЦД има оборудване, съдържащо батерии с относително голям капацитет, напр. непрекъсваеми токозахранващи устройства (UPS) и устройства за захранване на ЦД. В този случай устройствата за захранване на ЦД и UPS трябва да бъдат изолирани в обособена част на ЦД и с осигурена подходяща вентилация. Ако тези изисквания не са удовлетворени, биха могли да възникнат нежелани ситуации. а) Висока температура, водеща до прекъсване работата на оборудването, увеличаващо честотата на възникване на неизправности и снижаващо полезния живот на оборудването. б) Относителна влажност под 35%, водеща до генериране на електростатични явления, може да възникне електростатичен разряд (ESD) с голяма вероятност от разрушаване на чувствителни електронни компоненти. в) Относителна влажност над 50%, водеща до отлагане на влага по чувствителни части на оборудването. Тази влага реагира с няколко вида газ от въздуха в помещението (SO2, H2S, NO2 и др.), образувайки корозивни киселини, разяждащи деликатни метални части. Въпреки това съвременното оборудване като цяло е много по-устойчиво от старото, а разходите за обезпечаване на целесъобразни условия са ниски с оглед осигуряване на надеждна и продължителна работа на оборудването. Строителство на помещението за ЦД При строителството на помещението за ЦД трябва да се спазват следните условия: а) Всички заобикалящи повърхности на ЦД - стени, подове, тавани - да бъдат с топлоизолация (поради съображения за сигурност не са предвидени прозорци). б) Всички заобикалящи повърхности да бъдат обработени по начин, гарантиращ недопускането на инфилтрация на водни пари, използвайки подходящи мембрани или покриващи смеси. в) Всички врати да остават затворени и присъствието на служители в помещението на ЦД да бъде сведено до минимум. Системи за охлаждане на ЦД Инсталацията за охлаждане на ЦД е съществено различна в сравнение с инсталацията за обезпечаване на комфорт за хората. Натоварването на ЦД е практически постоянно и независимо от външните условия през цялата година. При ЦД съотношението на осезаемото към цялостното натоварване е около 0,95, докато при инсталациите за комфорт на хората това съотношение варира между 0,4 и 0,6. Друга разлика е, че доставяният въздух от климатичните устройства е различен за ЦД и приложенията за осигуряване на комфорт. При климатиците за приложения за комфорт изходната температура варира между 16 и 18оС с относителна влажност 90%, а инсталациите за ЦД доставят въздух при температура 11-12оС при относителна влажност под 70%. Целта е да се предотврати отлагане на влага по студените части на оборудването. Подаваният въздух от устройството с ниска относителна влажност може да бъде осигурен чрез високо ребрено пространство на разширителната намотка или чрез повторно нагряване, използвайки горещ газ или други методи. В ЦД отклоненията от условията на средата трябва да варират в тесни граници, за да се удължи полезният живот на оборудването. Затова контролната система на устройствата за климатизация на въздуха трябва да е от затворен контролен тип. Методи за разпределение на въздушната струя Разпределението на въздушната струя в ЦД се осъществява по два метода - чрез подаване на въздуха директно в помещението на ЦД (устройства за горно разпределение) или чрез кухината на повдигнатата подова конструкция, действаща като нагнетателна вентилация или въздухопровод. В тази кухина постъпва въздуха от захранващите устройства, като след това той се насочва в изходните отвори на повдигнатата подова конструкция. Методът за пряко захранване със студен въздух от климатичните устройства (устройства за горно разпределение) се предпочита при ЦД с нарядко разположени шкафове, модулирани в къси редици или при шкафове без врати с ниска консумация на мощност на шкаф (до 2kW на шкаф). Този метод не е приложим за съвременните ЦД, при които се изисква голяма мощност на шкаф (до 10 kW) и шкафовете са разположени на дълги редове с тесни пътеки между тях. За ЦД с висока плътност препоръчителният метод за ефективно разпределение на въздуха е позициониране на шкафовете така, че да се образуват горещи и студени пътеки. Идеите за тази аранжировка са демонстрирани на фигура IC_1 (тя е взаимствана от документ на НР). За да се приложи този метод, предварителното условие е да се обезпечи всмукване от шкафовете и самостоятелното оборудване на въздух от тяхната предна страна и неговото освобождаване от задната страна. Нов метод, който започна да се прилага от 2003 г. и беше въведен от дружество Liebert-Hiross, е т.нар. “метод на отместването”. Той не възприема презумпцията във връзка с разпределението на въздуха, за наличието на повдигната подова конструкция. Разпределението на въздуха се осъществява от естествена конвекция. Устройството доставя студен въздух с ниска скорост, пълнейки долната част на ЦД. За тази цел Liebert произвежда специални приспособления, наречени отместващи устройства от вида SxxDx, които подават въздух в помещението от тяхната предна долна страна и завършват цикъла на циркулация в своята горна страна. Схемата на разпределението на температурата на въздуха в помещението, използвайки метода на отместването, е показана на фиг. IC_2, като тази схема е взета от програмата за приложение на CFD, показана на информационна брошура на Liebert. Към настоящия момент преобладаващият метод за разпределение на въздушния поток при ЦД с висока плътност е с използване на устройства за долно разпределение и повдигната подова конструкция с височина на кухината от 30 см до 120 см за много големите ЦД. Този метод се основава на презумпцията, че разположението на апаратурата във вътрешността на шкафовете е такава, че да се формират горещи и студени зони между редовете от шкафове. От горещите зони въздухът се връща към устройствата през наличното място между горната част на шкафовете и покрива на помещението и също през “горещите” пътеки (Фигура IC_3). Студеният въздух, идващ от повдигнатата подова конструкция през перфорираните плочи, следва студените пътеки и достига шкафовете. Плочите са с различна степен на перфорация (15%, 25%, 75% и т.н.). При избор на подходяща перфорация се осигурява достатъчно въздух във всеки район. Въздухът, напускащ плочата, е с приблизителна температура 12оС и относителна влажност 75%. Този въздушен поток се смесва чрез индукция със съществуващия въздух и по този начин достига 16-22оС и относителна влажност 60%. Тази смес се всмуква от вентилаторите на апаратурата в шкафовете, охлажда се и се изхвърля от задната страна на шкафовете при горещите пътеки с температура 26-30оС. След това въздухът, следващ горещите пътеки и кухината между горната част на шкафовете и тавана, се връща към климатичните устройства. Ако количеството въздух, осигурено за дадено място, е равно или по-голямо от необходимото на вентилаторите на апаратурата, то охлаждането на оборудването на това място е гарантирано. Ако количеството въздух е по-малко, възникват проблеми, свързани с прегряване. Това се случва, тъй като част от оборудването засмуква въздух за целите на охлаждането не от студената пътека, а от горещата. Това е първият проблем на “метода на горещите и студените пътеки”. Вторият възниква при траекториите за връщане на горещия въздух, минаващи през пътеките до устройствата. Горещият въздух трябва да се връща като следва такава траектория, че да не може директно да бъде засмукан от устройствата, които подлежат на охлаждане. Фигура IC_3 (взаимствана от документ на НР) показва ЦД, при който височината на помещението е достатъчна, за да може рециркулацията на потока горещ въздух да се осъществи при ламинарен поток без каквито и да е проблеми. На фигура IC_4 (също взаимствана от документ на НР) е показан ЦД с недостатъчна височина. В този случай е разкрита невъзможността за рециркулация на горещия въздух. Възпрепятстваният въздушен поток е принуден да премине на по-ниско ниво и неизбежно се смесва със студен въздух. Правилното решение е осигуряване на необходимата височина за ЦД. Въпреки това, ако последното не е възможно, то е необходимо да се осъществи принудителна рециркулация на въздуха. Такава цел (за принудителна рециркулация) е показана на фигура IC_5 (документ на НР). Обобщавайки проблемите, стигаме до извода, че първият проблем, а именно проблемът с осигуряването на достатъчно количество студен въздух във всеки един район на ЦД, е най-труден. Въздушен поток под повдигнатата подова конструкция Досега разпределението на въздушния поток се осъществяваше по следния начин. Изгражда се повдигната подова конструкция с максималната възможна височина за поддържане на постоянно налягане. На няколко места в повдигнатата подова конструкция се поставят перфорирани плочки с различна степен на перфорация. След това се въвежда в експлоатация климатична система и чрез няколко проби (промени в разположението, промени в степента на перфорация и др.) се осъществява опит за правилно разпределение на въздушната струя. За съжаление тази тежка процедура трябва да бъде осъществявана всеки път при промяна на аранжировката или оборудването. Но проблемът не е решен напълно. При всеки ЦД количеството климатични устройства се определя така, че най-малко едно да бъде резервирано (Резервираност n+1). По този начин при неизправност на едно от климатичните устройства, резервното е в състояние да поддържа капацитета на охлаждане при всяко място в рамките на допустимите отклонения. Очевидно е, че такова изискване е практически невъзможно да бъде удовлетворено на основата на метода на пробата и грешката. Следователно е за предпочитане обемът на доставяния въздух да бъде по-голям, отколкото да е недостатъчен. Решението е да се предвиди по-голям капацитет за климатичната система. На пръв поглед по-големият капацитет няма съществени недостатъци, освен първоначалните разходи. В резултат на това колкото е надвишението в капацитета, толкова е по-голяма сигурността. Това обаче не отговаря на истината. За дадена геометрия на повдигнатата подова конструкция имаме определено напречно сечение на въздушния поток, така че при увеличение на въздушния поток се увеличава и скоростта на въздуха в кухината на повдигнатия под. Трябва да имаме предвид, че кухината на повдигнатия под не е абсолютно празна, в нея са положени кабелни трасета, климатични и противопожарни тръби и може би колони на сградата. Тези препятствия причиняват турбулентност на въздушния поток, която е пропорционална на квадрата на скоростта на въздуха и в резултат увеличението на скоростта може да предизвика непредсказуеми последствия. Да разгледаме тези ситуации. Първо, при зоните с висока скорост, където има препятствия и в резултат напречното сечение има по-малка площ, според закона на Бернули се образува отрицателно налягане. Ако областта на отрицателно налягане е под перфорирана плочка, ще се наблюдава обратен въздушен поток. Често при нормални условия за скоростта, при разстояние 1,5 - 2,5 м от отвора на климатично устройство може да възникне отрицателно налягане. С други думи, перфорираната плочка вместо да доставя въздух на ЦД, тя ще отнема от него! Нещо повече, когато линиите на потока срещнат препятствие, напр. колона на сградата и др., възниква точка на нулева скорост за потока. Това причинява значително увеличение на статичното налягане в тази област. Третият нежелателен резултат от високата скорост е генерирането на силно завихряне, водещо до нежелателни загуби на динамично налягане, което в края на краищата намалява статичното налягане, тъй като въздухът не е течност без триене. Впечатляващо е колко лесно се образува неочаквано силно завихряне в областта на повдигнатата подова конструкция. Преглед-обобщение Настоящата статия е изготвена с цел да разкрие новите концепции и инженерингови методи за охлаждане на настоящи и от близкото бъдеще Центрове за данни. Рязкото увеличение плътността на телекомуникационното и ИТ оборудване за дадено пространство, заедно с нарастването на количеството отделяна топлина на устройство, правят целесъобразното охлаждане на съвременния Център за данни много труден проблем. В резултат инженерът трябва да използва ресурсите на опитна и свързана с изследването на тази област корпорация, като например Emerson-Liebert, Hewlett-Packard, Sun, APC и др. Нещо повече, контролът на въздушния поток, разпределението на температурата и статичното налягане в Центъра за данни е изключително труден проблем, който може да бъде разрешен само чрез използването на модерните компютърни Програми за симулация по Изчислителна динамика на флуидите. Ние имахме щастието да използваме такава програма за модернизация на Центъра за данни на Forthnet SA в Атина и изводите от тази работа са представени в настоящата статия. Превод от английски език на статията на електро- и машинния инженер Пан Колокотронис, публикувана в сп. “Гръцка асоциация на електро- и машинните инженери” (368, юни 2004 г.) София 1715, Бизнес парк София сграда 11Б, офис 306 тел.: 02/ 976 9868, факс: 02/ 976 9867 email: info@alphagrissin.bg www.alphagrissin.bg
КОМЕНТАРИ
"Alpha Grissin Infotech представя "
Tech Quiz
Последни новини
- Двуобхватен маршрутизатор от новата серия amplifi обяви D-Link
- D-Link вдига HD оборотите с нов двулентов високопроизводителен рутер DIR-857
- Мултимедийните системи Aastra 400 обслужват комуникациите на СМБ
- Aastra обявява виртуализирана мултимедийна централа
- Vivacom обяви нови двойни пакети, подсилващи фиксираната телефония.