Ранее компьютерная обработка данных применялась в основном для более эффективного ведения корпоративной бухгалтерии, оптимизации производства и бизнес-операций. Данные для обработки, как правило, передавались внутри одной компании или между разными компаниями, связанными деловыми отношениями, подразумевающими обмен информацией и ее совместное использование. Однако в последние годы, которые принято называть началом цифровой эры, каждодневная потребность в передаче и обработке огромных объемов данных появилась не только у компаний, но и у рядовых потребителей.
Условия работы центров обработки данных (ЦОД)
Центры обработки данных (ЦОД), оборудованные вычислительной и телекоммуникационной техникой, существуют уже довольно давно. Эти объекты обрабатывают данные, получаемые в процессе эксплуатации мобильных устройств и компьютеров, а также служат резервными хранилищами информации, предотвращая ее потерю из-за неправильного обращения, хакерских атак, неисправностей оборудования. В прошлом во многих компаниях хранением и обработкой цифровых данных занимались собственные специальные отделы. Вычислительная мощность, необходимая для обработки всей поступающей информации, постоянно увеличивалась, вместе с ней росла и стоимость содержания таких отделов. В результате компании все чаще стали прибегать к услугам сторонних организаций, специализирующихся на подобного рода деятельности. Это привело к повсеместному распространению центров обработки данных.
Как правило, ЦОД — это место, где располагается серверное и сетевое оборудование, а также техника, обеспечивающая подключение к линиям мобильной и проводной связи. Неполадки в работе ЦОД способны оказать серьезное влияние на жизнь и экономическую активность населения. Это влияние включает в себя перебои в проведении банковских операций, работе систем онлайн-бронирования авиабилетов и гостиничных номеров, интернет-магазинов, электронной почты. Кроме того, под угрозой окажутся производственные процессы, использующие для повышения эффективности технологию «Интернет вещей». Чтобы избежать подобных неприятностей, ЦОД размещают в наиболее сейсмоустойчивых и пожаробезопасных зонах, а при их строительстве используют самые строгие требования и стандарты.
Владельцы ЦОД применяют проработанные планы обеспечения непрерывности бизнес-процессов (BCP), используют различные системы сейсмической и пожарной защиты, обеспечивают бесперебойное электроснабжение и охлаждение ИТ-оборудования, принимают меры по предотвращению хакерских и террористических атак.
Необходимость увеличения производительности ЦОД ведет к повышению плотности размещения электронного оборудования и росту энергопотребления. Методы повышения эффективности использования энергии, активное внедрение которых началось в середине 2000-х годов, получили название «зеленой ИТ». Эти методы включают в себя переход на питание постоянным током для исключения потерь, неизбежно сопровождающих «выпрямление» переменного тока; применение виртуальных машин, позволяющее уменьшить количество использующихся серверов; увеличение эффективности охлаждения, благодаря чему сокращается число работающих кондиционеров, на долю которых приходится значительная часть общего энергопотребления ЦОД.
В качестве показателя, позволяющего оценить эффективность использования электроэнергии, Агентство по защите окружающей среды США (EPA) предложило параметр PUE — отношение общего энергопотребления ЦОД к энергопотреблению вычислительного и телекоммуникационного оборудования. Идеальный PUE равен 1. Однако поскольку для работы сопутствующих систем, в том числе систем охлаждения ЦОД, также требуется энергия, реальный PUE лежит обычно в диапазоне 1,8–1,3.
На системы кондиционирования уходит от 30 до 50% от всей энергии, идущей на питание ЦОД, поэтому снижение их энергопотребления позволит существенно сократить общее потребление центра.
Охлаждение ЦОД
Традиционная планировка ЦОД — это протяженные коридоры, образованные стойками — стеллажами с оборудованием высотой от пола до потолка. Для охлаждения на стойки подается холодный воздух.
Для его подготовки могут использоваться полупромышленные кондиционеры, чиллеры на базе компрессоров центробежного типа, а также установки, сочетающие чиллер и воздухообрабатывающую установку (AHU). Чтобы снизить энергопотребление, зимой и в межсезонье часто применяют прямое или косвенное охлаждение за счет наружного воздуха, имеющего низкую температуру.
Для повышения эффективности систем кондиционирования ЦОД используются различные подходы, такие как оптимизация расположения и размеров отверстий для подачи холодного и забора нагретого воздуха, увеличение скорости воздушного потока Как правило, в ЦОДах устраивается фальшпол, через отверстия в котором холодный воздух подается в межстоечное пространство — в коридоры. Нагреваясь, воздух поднимается вверх к расположенным под потолком воздухозаборным решеткам, после чего вновь охлаждается кондиционером.
В последние годы получила распространение еще одна схема кондиционирования ЦОД. Охлажденный воздух подается в коридор, проходит через стойки, расположенные по обеим сторонам коридора, затем, уже нагретый, собирается в коридорах по другую сторону стоек и вновь поступает в кондиционер. Коридоры, в которые подается охлажденный воздух, называют холодными, а те, где собирается нагретый воздух — горячими. Продуманная организация циркуляции воздуха повышает эффективность системы кондиционирования за счет снижения расхода энергии на принудительную циркуляцию воздуха.
Поскольку ЦОДы отличаются друг от друга размерами и планировкой, определить наилучшее расположение отверстий для подачи и забора воздуха, а также вычислить оптимальную скорость потока помогает компьютерное моделирование.
Типовые параметры подачи воздуха на стойки ЦОД перечислены в рекомендациях по поддержанию соответствующей среды для телекоммуникационного оборудования, подготовленных Техническим комитетом 9.9 Американского общества инженеров отопления, охлаждения и воздушного кондиционирования (ASHRAE). В редакции от 2011 года этот документ вводит семь классов подаваемого воздуха — All-A, A1, A2, A3, A4, B и С.
Допустимые параметры подаваемого воздуха для каждого класса — границы температур по сухому термометру, значения точки росы, диапазон относительной влажности — указаны на графике.
Температура подаваемого воздуха по сухому термометру должна обеспечить охлаждение процессоров, выделяющих максимально возможное количество теплоты, до 65°С и ниже. Значения точки росы и относительной влажности определяются необходимостью защитить жесткие диски серверов от повреждений статическим электричеством.
Выпущенные в 2004 году рекомендации ASHRAE пересматривались в 2008 году. Поправки 2011 года смягчили требования, приняв во внимание распространение технологии охлаждения за счет наружного воздуха.
Как было показано выше, повышение эффективности процесса охлаждения ЦОД требует не только совершенствования систем кондиционирования, но и особого подхода к планировке зданий и размещению вычислительного оборудования, обеспечивающего оптимальное распределение воздушных потоков.
Как правило, для охлаждения ЦОДов используются специально разработанные системы кондиционирования.
Холодильное оборудование для ЦОД
Действенными мерами по сокращению энергопотребления ЦОД являются повышение энергоэффективности систем кондиционирования, использование технологий естественного охлаждения, оптимизация циркуляции воздуха с целью улучшения теплосъема. Наилучших результатов позволяет достичь сочетание этих методов.
Примером решения, использующего сразу несколько подходов, позволяющих сократить энергопотребление, может служить гибридная система охлаждения для ЦОД FMACS-V, разработанная совместно японскими компаниями NTT Facilities и Hitachi Appliances. Чтобы добиться беспрецедентного энергосбережения, данная система способна использовать уличный воздух в качестве источника холода.
Принцип действия FMACS-V заключается в следующем. Зимой и в межсезонье, когда температура наружного воздуха низка, компрессор отключается, а циркуляцию хладагента, отводящего тепло от электроники и отдающего его наружному воздуху, обеспечивает насос. При этом собственно наружный воздух не поступает внутрь, содержащиеся в нем вредные вещества (такие, например, как соль) не контактируют с оборудованием и не оказывают негативного воздействия на его работу. Кроме того, такой системе не требуется энергия для обеспечения притока свежего воздуха.
В зависимости от климатических условий региона снижение энергопотребление системой кондиционирования ЦОД благодаря установке FMACS-V может достигать 50%.
К ведущим производителям кондиционеров для ЦОД относятся такие компании, как Airedale International Air Conditioning, Schneider Electric, Black Box, Emerson Network Power, Rittal, AdaptivCool, STULZ. Многие из них выпускают не только оборудования для охлаждения, но и системы управления, а также занимаются проектированием и строительством ЦОД.
По теме:
Данная статья — попытка собрать наиболее частые ошибки, встречающиеся в проектах систем кондиционирования и вентиляции центров обработки данных, и пояснить истинную логику рассуждений, которой следовало бы руководствоваться при ведении проекта, расчете мощности холодильного оборудования, его подборе и расстановке. В разное время эти ошибки были совершены автором данного обзора или обнаружены им у других исполнителей и со временем превратились в своеобразный чек-лист успешного проекта… Читать также:.. Энергоэффективные системы … В машинных залах ЦОД нет постоянных рабочих мест, но это не означает, что они не нуждаются в вентиляции. Требования к вентиляции в помещениях, предназначенных исключительно для размещения технологического оборудования, выдвигает само это оборудование. В случае ЦОД речь идет о поддержании чистоты воздуха и надежного его охлаждения. Именно для этого необходима организация притока в ЦОД… … Важность применения энергосберегающих решений при устройстве системы кондиционирования объясняется тем, что это самая энергоемкая среди всех инженерных систем ЦОД, потребляющая более 30% мощности объекта. Революционные изменения на рынке систем вентиляции и кондиционирования не происходят каждый год, но существует накопительный эффект, который дает о себе знать на дистанции. Эффективность прецизионных кондиционеров, выпущенных 10 и более … Совершенствование систем охлаждения — главный резерв повышения энергоэффективности центров обработки данных(ЦОД) и систем кондиционирования помещений зданий и сооружений. В свою очередь, основным инструментом реализации его потенциала служит внедрение технологий естественного(свободного) охлаждения, которая может также использоваться в системах центрального кондиционирования -как вспомогательные и как основные при определённых температурах наружного воздуха в “вентиляторном режиме”, а для ЦОД … Основная функция центра обработки данных(ЦОД) заключается в обеспечении бесперебойной работы критически важных приложений. Тем не менее, в любой момент может произойти незапланированное отключение практически любого ЦОД. Цифровая экономика в ее нынешнем виде далеко не совершенна. Как ни иронично, многие процессы и процедуры обслуживания инфраструктуры ЦОД, используемой для обеспечения работоспособности этой самой цифровой экономики, все … Спрос на дата-центры за последние годы головокружителен и не сбавляет обороты. Ведомая движением в сторону облачных технологий, у этой цифровой экспансии словно нет и не будет конца. При этом операторы ЦОД все чаще сталкиваются с проблемой снижения капитальных затрат и при этом умудряются не терять своей прибыли, а заказчики продолжают требовать низких показателей PUE и …
Ошибки проектирования систем кондиционирования ЦОД
Системы вентиляции центров обрабоки данных (ЦОД)
Энергоэффективные ЦОД-профессиональный взгляд
Системы свободного охлаждения центров обработки данных
Аварии в Центрах обработки данных (ЦОДах)
Выбираем кондиционеры для ЦОД