Кондиционирование серверных и ЦОД

Охлаждение серверных помещений и датацентров является одним из наиболее критичных вопросов их построения и эксплуатации. По данным Garther Group 2006 года, не менее 30% серверных имели проблемы с охлаждением. Сегодня, с постоянным увеличением тепловой нагрузки на единицу площади и ростом стоимости энергоресурсов, проблемы охлаждения приобретают ещё большую актуальность.

Какие есть варианты технических решений?

Бытовая сплит-система

Бытовая сплит-система с низкотемпературным комплектом-самый дешёвый вариант (на первый взгляд). Как правило, на любую серверную ставится не менее 2 сплит-систем. Системы работают попеременно в режиме 1 рабочий кондиционер 1 резервный. (Схема резервирования N+1) Попеременная работа осуществляется через специально устройство-блок ротации.

Фото оборудования Lessar, смонтированного нашей компанией.

Плюсы данного решения:

• Стоимость самого оборудования и его монтажа наиболее бюджетная

Минусы данного решения:

• При круглосуточной и круглогодичной работе оборудование бытового класса быстро вырабатывает свой ресурс и требует замены. (срок работы обычно не превышает 3х лет)
• Мощность внутреннего блока требуется подбирать с запасом, т.к. у оборудования бытового класса значительная часть холодильной мощности идёт осушение воздуха, а не на изменение температуры воздуха. Типично до половины холодильной мощности может расходоваться на осушение воздуха. (Здесь, конечно, нужно смотреть на уровень влажности, который требуется поддерживать в помещении. Если нижняя граница влажности в помещении не нормируется и помещение изолировано от других, то кондиционер бытового класса довольно быстро осушит воздух в помещении и его холодильная мощность в основном будет расходоваться именно на изменение температуры)
• Если в помещении требуется поддерживать определённый уровень влажности, то получается, что энергия будет расходоваться крайне нерационально. Сначала на осушение воздуха кондиционерами, затем на его увлажнение. Сильное осушение воздуха происходит из-за маленьких размеров испарителя кондиционеров бытового класса и является следствием низкой температуры теплообменника. (это требуется для достижения требуемой холодильной мощности)
• Небольшие допустимые дистанции между внутренними и наружными блоками.

Полупромышленная сплит-система

Полупромышленное оборудование изначально проектируется для использования в коммерческих помещениях и имеет больший ресурс по сравнению с бытовыми кондиционерами.

Фото оборудования Mitsubishi Heavy, смонтированного нашей компанией.

Плюсы данного решения:

• Стоимость самого оборудования и его монтажа меньше, чем у прецизионного оборудования
• Больший срок наработки на отказ по сравнению с бытовыми кондиционерами
• Большой выбор типов внутренних блоков (настенные, канальные, потолочные колонные и т.д.)
• Широкий ряд холодильной мощности оборудования (4-30 кВт)
• Большие допустимые расстояния между наружными и внутренними блоками.
• Как правило более продвинутая система автоматики и управления по сравнению с бытовой линейкой.

Минусы данного решения:

• Те же проблемы что и с бытовой линейкой касательно излишнего осушения воздуха.
• Нет решений по встроенному увлажнению воздуха

Прецизионный кондиционер

Прецизионный кондиционер (от франц. precision-точность) – холодильная машина промышленного класса для охлаждения воздуха.

(фото взято с сайта h-ts.ru, на фото изображён прецизионный кондиционер Stulz серии CyberLab)

Плюсы данного решения:

• Больший срок наработки на отказ, оборудование изначально проектируется для работы 24/7/365. Расчётное время наработки -один отказ в 5..10 лет.
• Широкий ряд холодильной мощности оборудования-практически любая разумная холодильная мощность по потребности.
• Большие допустимые расстояния между наружными и внутренними блоками.
• Продвинутая система автоматики и управления.
• Оптимизированный испаритель внутреннего блока, за счёт этого меньше холодильной мощности тратится на осушение воздуха (как правило K_SHR -0,95 и более против 0,6 у бытовых кондиционеров) (K_SHR - отношение между явной и полной холодопроизводительностью)
• Высокая точность поддержания температуры (как правило 0,5°C и влажности 5% RH, либо еще точнее)
• Возможность работы как на фреоне, так и на гликолевых смесях. (охлаждение с помощью чиллера).
• Возможность фрикулинга (естественное охлаждение с помощью наружного воздуха, без использования компрессора)
• Возможность увлажнения воздуха (есть модели со встроенным увлажнителем)

Минусы данного решения:

• Стоимость оборудования
• Сроки поставки (в основном такое оборудование идёт под заказ)

С полным списком отличий прецизионных кондиционеров от бытовых вы можете ознакомится в отдельной нашей статье.

Общие рекомендации:

Важна не абсолютная точность поддержания параметров внутри IT помещения, а стабильная и надёжная работа системы в целом. Много зависит не только от применяемого оборудования, но и от общего дизайна системы.

Требования норматива СН 512-78 «Инструкция по проектированию зданий и сооружений для электронно-вычислительных машин» являются устаревшими и не обязательны к исполнению. Данного нормативного документа нет в постановлении правительства №985 от 04.07.20 об утверждении переченя национальных стандартов и сводов, в результате применения которых на обязательной основе обеспечивается соблюдение требований Федерального закона «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений».

Так же согласно п.1.1 инструкции СН 512-78 нормы не распространяются на: здания и помещения для электронно-вычислительных машин, устанавливаемых в соответствии со специальными требованиями.

Инструкция СН 512-78 составлялась в те времена, когда ещё работали с перфокартами и большие объёмы подачи приточного воздуха нужны были для обеспечения работы сотрудников. Сейчас ситуация совсем иная, поэтому подачи приточного воздуха рекомендуется свести к минимуму.

Рекомендуемая температура в работы серверного оборудования по современным нормам может находится в широком диапазоне от 18 до 27 °C. Влажность воздуха не менее dew point 5,5 °C, максимальная не более dew point 15 °C и 60 % RH)

Так же необходимо понимать, что чем более низкую температуру мы устанавливаем в помещении серверной, тем сильнее снижается холодопроизводительность кондиционера.

Таким образом в наиболее жаркие периоды, когда производительность системы охлаждения находится на грани, целесообразно задать уставку с наиболее высокой температурой внутри обслуживаемого помещений. Это позволит увеличить производительность холодильной машины.

В данной статье мы кратко рассмотрели некоторые особенности организации охлаждения для помещений серверных.

Наиболее полно вопросы охлаждения IT помещений в отечественной литературе освещены в книге Михаила Балкарова «Охлаждение Серверных и ЦОД» издательства 2011 года. Рекомендуем к прочтению профильным специалистам.