Klimatyzacja i chłodzenie serwerów

0

Serwer, jak każde urządzenie elektryczne, efektywnie wykorzystuje jedynie część pobieranej energii, a pozostałą zamienia w ciepło. Działając jak grzejnik, szybko podniesie temperaturę w pomieszczeniu, co może mieć poważne konsekwencje, np. doprowadzić do utraty przechowywanych danych. Receptą jest dobrze znana klimatyzacja.

Serwery ewoluują wraz z postępem technicznym, są coraz szybsze, stabilniejsze i bardziej energooszczędne. Jednocześnie stawia się im coraz bardziej wygórowane wymagania dotyczące mocy obliczeniowej, co powoduje że pewne parametry ich pracy nie ulegają zmianie. O czym mowa? Aby zapewnić bezawaryjną pracę serwera, w serwerowni trzeba utrzymywać stabilną, stosunkowo niską temperaturę stałą wilgotność. Mimo postępu technologicznego, wciąż ponad połowa mocy pobieranej przez urządzenia zamienia się w ciepło, które musi zostać usunięte z pomieszczenia – w przeciwnym wypadku dojdzie do nieuniknionej awarii sprzętu wskutek jego przegrzania.

Istotne jest pewne uszczegółowienie pojęcia „chłodzenia” serwerowi. W przypadku niewielkiego serwera często wystarczą jego własne wentylatory, o ile oczywiście nie zostanie zamknięty w ciasnym pomieszczeniu o mikroskopijnej kubaturze. Natomiast w rozbudowanym centrum danych takie rozwiązanie skończyłoby się w najlepszym wypadku automatycznym wyłączeniem sprzętu po krótkim okresie działania.

Dla wszystkich, którzy są ciekawi ile ciepła generuje pojedynczy rack – kilka lat temu jego moc wynosiła około 4 kW, dziś 15 czy nawet 25 kW nie robi już wrażenia. Jak zaznaczyliśmy wyżej, znaczna część tej mocy zamienia się w ciepło. Warto sprawdzić, ile oddaje przeciętny grzejnik elektryczny i porównanie nasuwa się samo. Serwer to grzejnik, generujący bardzo duże ilości energii cieplnej, a wiele serwerów to prawdziwa wytwórnia gorącego powietrza. To jeszcze nie wszystko, co grzeje w serwerowni – razem z serwerami działa wiele urządzeń dodatkowych: zasilacze, elementy sieci czy też zasilacze awaryjne.

Wiele osób mylnie sądzi, że klimatyzatory serwerowni to zwykłe urządzenia, nie różniące się wiele od tych montowany w biurach. Czemu więc często są znacznie droższe? To, że każda klimatyzacja działa na zasadzie lodówki, obierając ciepło z pomieszczenia i oddając na zewnątrz jest oczywiste. Ale konstrukcja i sterowanie klimatyzacją serwerowni to bardziej skomplikowana maszyneria.

Mały serwer, mały problem

Pojedynczy, niewielki serwer może się zadowolić się własnym układem chłodzenia, choć z oczywistych względów nie polecamy takiego rozwiązania. Nawet mała serwerownia wymaga dodatkowego chłodzenia, ale wciąż może być chłodzona niezbyt zaawansowanym systemem klimatyzacji. Ważnym elementem jest tu odpowiednie ustawienie klimatyzatora, wymuszające ruch powietrza.

obieg powietrza
Rys. 1 Przepływ powietrza podlega prawom fizyki. Klimatyzatory tłoczą zimne powietrze na dół pomieszczenia, gorące samoczynnie unosi się w stronę sufitu

Sytuacja komplikuje się, gdy serwerownia się rozrasta. Z reguły serwery stoją w pomieszczeniach znajdujących się wewnątrz budynku, nie mających naturalnych otworów wentylacyjnych, np. okien. W takim przypadku system chłodzenia musi być włączony non stop, niezależnie od pory roku i temperatury wewnątrz budynku. Spotyka się też rozwiązania umożliwiające tłoczenie powietrza z zewnątrz bezpośrednio do serwerowi, gdy temperatura jest wystarczająco niska. Pozwala to wyłączyć klimatyzację i ograniczyć koszty jej zasilania. To atrakcyjne, ale wciąż niszowe rozwiązanie.

Niezawodność instalacji chłodzącej w zamkniętych serwerowniach musi być wysoka, ponieważ jej awaria może spowodować wymierne straty finansowe dla firmy. Stąd zaleca się, jeśli to tylko możliwe, zastosowanie dwóch niezależnych układów chłodzenia o mniejszej mocy, zamiast jednego wydajnego urządzenia. W przypadku awarii jednego układu, drugi utrzyma temperaturę lub w ostateczności pozwoli na bezpieczne wyłączenie urządzeń przetwarzania danych.

Należy pamiętać by nie stosować najtańszych rozwiązań, typu klimatyzator stacjonarny, w którym wszystkie elementy znajdują się w jednej obudowie. Należy wyposażać serwerownię wyłącznie w tzw. Split, czyli dwie rozdzielone jednostki: wewnętrzna (klimatyzator) i zewnętrzna (agregat na zewnątrz budynku). Jest to rozwiązanie wydajniejsze i bardziej niezawodne.

klimatyzacja
Rys. 2 Klimatyzatory typu split oddają ciepło bardzo efektywnie. Jeden wymiennik ciepła znajduje się w serwerowi, drugi na zewnątrz budynku. Wspomagany wentylatorami, jest w stanie przekazać nadmiar ciepła do atmosfery. Taki system nie wygląda może zbyt efektownie… Ale zapewnia dużą wydajność chłodzenia

Centrum danych = klimatyzacja precyzyjna
Niektóre firmy, ze względu na duże rozmiary serwerowi i ilość przetwarzanych danych wymagają znacznie bardziej skomplikowanych i zaawansowanych rozwiązań. Klimatyzacja precyzyjna, bo o niej mowa, spełnia, oprócz regulowania temperatury pomieszczenia, wiele innych zadań. Kontroluje wilgotność, filtruje powietrze i zapewnia monitoring całej infrastruktury.

W kilkudziesięciometrowym pomieszczeniu, wypełnionym szczelnie serwerami i wspomagającą je infrastrukturą, urządzenia chłodzące muszą być bezwzględnie przystosowane do pracy całorocznej. W przypadku rozbudowanego centrum danych nie pomoże jeden lub nawet kilka klimatyzatorów rozmieszczonych na ścianach pomieszczenia.

Filozofia doprowadzenia chłodnego powietrza jest tu zupełnie inna i inne rozwiązania są stosowane. System chłodzenia jest znacznie wydajniejszy. O właściwe rozprowadzenie zimnego powietrza dbają anemostaty, żaluzje automatyczne i elektronicznie sterowane systemy nadmuchu, rozmieszczone w całym pomieszczeniu. Spotyka się także wydajne rozwiązania oparte na chłodzeniu cieczą (tzw. woda lodowa), choć te nie są jeszcze zbyt powszechne, chociażby ze względu na obawy przed używaniem jakichkolwiek płynów przy sprzęcie elektronicznym, nawet jeśli producent gwarantuje 100 procentową szczelność instalacji.

Rozbudowane centra danych wyposażane są z reguły w najnowocześniejszy sprzęt elektroniczny, któremu należy zapewnić – jak pokazuje praktyka – stałe warunki pracy. Teoretycznie, urządzenia przystosowane są do zmiennych warunków, lecz lepiej nie testować zapewnień producenta, stała temperatura oznacza przedłużenie żywotności i niezawodność rozwiązania. Zespoły klimatyzacji precyzyjnej pozwalają bezpiecznie działać urządzeniom o podwyższonej gęstości mocy, co oznacza dziś około 10 kW na szafę rackową.

Budując zaawansowaną serwerownię, stosuje się tzw. podniesioną podłogę, co pozwala pobierać gorące powietrze z okolic sufitu pomieszczenia, z ponad serwerów i po ochłodzeniu wtłaczać pod serwery, czyli ciśnieniowo – w przestrzeń podwójnej podłogi. Dodatkową zaletą systemu klimatyzacji precyzyjnej jest możliwość odpowiedniego przetworzenia powietrza poprzez jego osuszenie lub nawilżenie czy oczyszczenie z zanieczyszczeń, co pozwala na dostosowanie do wymaganych warunków pracy.

klimatyzacja
Rys. 3 Zaawansowana serwerownia. Podwójna podłoga i systemy wspomagające chłodzenie zapewniają optymalną wydajność. Gorące powietrze jest chłodzone, a w razie potrzeby oczyszczane przez system filtrów i nawilżane (opcja) by utrzymać stałe parametry pracy. Następnie rozprowadzane równomiernie w pomieszczeniu

Sposób rozprowadzenia chłodnego powietrza dobiera się odpowiednio poprzez wielkość anemostatów, otworów w podwójnej podłodze oraz poprzez przepływ wymuszony wentylatorami. Jeśli nie zastosowano podwójnej podłogi, właściwy rozdział powietrza wciąż jest możliwy, choć wymaga bardziej szczegółowego opracowania i wdrożenia. Klimatyzacja precyzyjna dba o stałą regulację wilgotności. Zbyt mała może powodować szkodliwe wyładowania elektrostatyczne. Zbyt duża powoduje z kolei osadzanie się, tzw. skroplin na urządzeniach, co powoduje korozję.

Odpowiednie filtry oczyszczają powietrze, uniemożliwiając przedostawanie się pyłu i kurzu do wentylatorów. Oprócz prostego systemu chłodzącego, umieszczanego nad szafą z serwerami lub obok niej, w centrach danych powinno się zatem przewidzieć również urządzenia klimatyzacji precyzyjnej, których głównym zadaniem będzie utrzymanie dopuszczalnego poziomu wilgotności i jakości powietrza w pomieszczeniu.

Green IT
Warto przy okazji wspomnieć kilka słów o modnym i słusznym trendzie oszczędzania energii. Poza modą, istotną kwestią dla firmowego budżetu jest też oszczędność pieniędzy, która w skali roku może przybrać wymierne wartości. Utrzymywanie stałej, niskiej temperatury (ok. 18 stopni Celsjusza) nie dość, że jest bardzo energochłonne i kosztowne, to jeszcze na dodatek nie zawsze konieczne. Ta uwaga nie dotyczy serwerów pracujących w cyklach nieprzewidzianych zmian – występują czasowe, duże wzrosty obciążenia. Jeśli firma ma serwerownię, która generuje mniej więcej stałe obciążenie, można pokusić się o ustabilizowanie procesów chłodzenia. Jak można przeczytać w opracowaniach dotyczących systemów klimatyzacji, zmiana temperatury w serwerowni z 21 stopni do 23 stopni powoduje oszczędność co najmniej 10-15% energii, a nowoczesne serwery bez żadnych problemów działają przy temperaturze 22-24 stopni. W przypadku najnowszych rozwiązań jest to wręcz standardowa temperatura pracy.

Kontrola i zarządzanie

Praktycznie wszystkie urządzenia mają systemy mniej lub bardziej zaawansowanej kontroli działania. Niezależnie od tego, czy odbywa się ona w sposób scentralizowany, obejmujący całość sprzętu, czy oddzielnie dla każdego urządzenia, stanowi klucz do bezpiecznego działania systemu klimatyzacji. Do układu kontroli można podłączyć różne czujniki zewnętrzne, które dodatkowo zabezpieczą serwery. Mogą być to czujniki przeciw pożarowe, czujniki włamań i inne – warto rozważyć nieco bardziej złożony i zaawansowany system, który pozwoli zaoszczędzić pieniądze na montaż kolejnych. Po co płacić wielokrotnie, każdej ekipie kolejny raz – i tym samym przepłacać, skoro można zrobić wiele rzeczy na raz? Warto zaznajomić się bliżej z rozwiązaniami do scentralizowanego, zdalnego nadzoru.

Niezależnie od zastosowanego rozwiązania, polecamy kontakt z profesjonalistami, którzy pomogą zaprojektować, wdrożyć i uruchomić system. Wszelkie ważne elementy, które mogą umknąć laikowi, dla eksperta stanowią chleb powszedni. Inaczej buduje się układ chłodzenia w nowym budynku, inaczej w istniejącym. Nie zawsze też potrzeba montować super profesjonalny system w każdym przypadku. Dlatego, podobnie jak w przypadku systemów zasilania i podtrzymywania napięcia, warto skonsultować się z kimś, kto ma o tym znacznie większe pojęcie niż wewnętrzny dział IT firmy.

BRAK KOMENTARZY

ZOSTAW ODPOWIEDŹ