Охладителни технологии за центрове за данни

Oсновната цел на охладителните технологии за центрове за данни е да поддържат подходящи условия за оптималната експлоатация на устройства за информационни технологии (Information technology equipment – ITE).

За да се постигне това, е необходимо топлината, която се генерира от IT оборудването, да се отведе и прехвърли към топлоотвеждащ радиатор. Изискванията на собствениците на центрове за данни към такива охладителни системи са те да работят надеждно и непрекъснато.

Охладителните системи в центровете за данни се различават от тези в жилищните сгради по това, че не е необходимо да създават комфортна работна температура, въпреки че все пак средата трябва да е безопасна за хората, които работят там.

Вместо това е напълно приемливо и типично някои помещения в центровете да не са удобни и подходящи за дългосрочно обитаване.

Топлината като отпадъчен продукт
IT оборудването използва електричество, за да функционира, а след това излъчва топлина като страничен продукт. Ако няма налице подходяща вентилация, тази топлина може да се задържи в самото оборудване и да предизвика редица повреди.

Точно затова охлаждането е необходимост, която в същото време създава известни трудности, породени от нуждата за допълнителна енергия и инфраструктура. Тези изисквания за отвеждане на топлина водят до значително увеличаване на капиталовите и общите разходи на предприятието.

Колкото по-ниска е температурата на подавания въздух в центъра за данни, толкова по-големи са разходите за охлаждане. Всъщност една климатична система в център за данни се равнява на хладилна система.

Тя придвижва отделяната от оборудването топлина навън, като необходимата енергия за този процес зависи от генерираното количество топлина, както и температурната разлика Делта Т между въздуха в и извън центъра за данни.

Отвеждане на топлината
Основните варианти за отвеждане на топлината от центровете за данни са два: чрез технология с въздух или с течност (обикновено вода или хладилен агент). Охлаждането с помощта на въздух е значително по-изгодно, тъй като въздухът лесно може да се оползотвори и няма опасност да повреди оборудването. Налице е и разделение между топлия и студения въздух, тъй като по-лекият топъл въздух се издига - повечето охладителни системи се възползват от тази характеристика.

Въпреки това, невинаги може да се разчита на това разделение - хладният и топлият въздух все пак често се смесват, което понижава ефективността на системата.
Охлаждането с помощта на течност често е по-ефективно, тъй като е по-целенасочено.

Охладителната течност може да се доставя директно до сървърните шкафове и да се насочва конкретно там, където е най-необходима, вместо да се правят усилия да се охлади цялото пространство. Този метод има и своите недостатъци, тъй като евентуалните течове представляват голяма заплаха за оборудването, така че инсталирането на подходящи компоненти за течността е задължително.

Охладителни технологии
В продължение на десетилетия в компютърните помещения и центрове за данни са се използвали двойни (повдигнати) подове, с помощта на които в помещенията се е доставял охладен въздух. При тези системи студеният въздух от климатик за компютърно помещение (Computer room air conditioner – CRAC) или климатична камера за компютърно помещение (Computer room air handler – CRAH) херметизира пространството под двойния под.

Употребата на перфорирани подови панели в същото време позволява на студения въздух да излезе и премине към главното помещение. Преминавайки през сървърите, студеният въздух се нагрява, след което се връща обратно в климатика или климатичната камера, за да се охлади наново.

Температурата на връщащата тръба много често се използва като контролна точка, според която се управлява работата на цялата охладителна система. Основното предимство на тези системи е, че могат да охладят конкретна зона с много малко усилия – необходимо е само даден плътен подов панел да се смени с перфориран.

В продължение на много години тази система е най-честият избор при проектирането на компютърни помещения и центрове за данни, като и в днешно време все още намира широко приложение. Изпитаната система разчита на един от принципите на комфортното охлаждане: осигуряване на сравнително малко количество климатизиран въздух, който се смесва с останалия въздух в отвореното помещение и така се постига желаната температура.

Въпреки че ефективността на тези системи е висока само когато плътността на оборудването не е прекалено висока, все пак е трудно да се каже, че двойният под е остаряла технология. Много компании все още изграждат центрове за данни точно по този начин, но все повече и повече се обръщат към подобрените и по-ефективни технологии.

Популярни практики и технологии
Някои от най-популярните методи за охлаждане на центрове за данни в днешно време включват употребата на т. нар. студени и топли коридори и затварянето на празните пространства в сървърните ракове със специални панели. Инсталирането на такива панели не позволява на горещия въздух да се върне и да излезе през отворите на лицевата част на сървъра.

За да се подобри въздухообменът възможно най-много от ключово значение е и да се отстранят всякакви елементи, които биха могли да препречат всмукателните и изпускателните отвори на оборудването. По-слабата въздушна струя може да доведе до повишена консумация на енергия, тъй като работата на вентилатора ще трябва да е по-интензивна.

Ако към сървърните ракове пък се инсталира врата, то тя трябва да е перфорирана и да се държи отворена на поне 65%. Плътните врати от стъкло или друг материал неизбежно затрудняват движението на въздушния поток и следва да се избягват.

Горещи и студени коридори
Редуването на “горещи” и “студени” коридори се постига като сървърните ракове се подреждат лице в лице един с друг; студеният коридор се образува в коридора на лицевата им част, където преминава охлаждаща струя въздух. Тя навлиза в сървърните шкафове и се извежда през задната им част към съответния горещ коридор.
Възможно е да се инсталират и прегради, които не позволяват на студения и горещия въздух да се смесват.

Системите за изолиране на студения коридор могат да са много полезни, когато трябва да се модернизират инсталации с двоен под. Тогава разположението на сървърните шкафове дори може да не се променя много, стига те вече да са подредени в такава конфигурация. Преградите просто се инсталират около съществуващите студени коридори.

Обратно на това, системите за изолиране на топлия коридор се инсталират само около гърба на сървърните шкафове, откъдето излиза нагретият въздух. Така останалата част от цялото помещение се превръща в своеобразен студен коридор. Тези системи могат директно да се свържат с въздуховоди към климатични камери за компютърно помещение (CRAH), както и да работят съвместно с предварително инсталиран въздушен или воден икономайзер.

Климатични системи разположени близко до източника на топлина
Има и други решения за отвеждане на топлината от центрове за данни, включително такива, които се инсталират в самите сървърни шкафове. Възможно е на вратите на шкафовете да се инсталират топлообменници, които да извличат топлината от сървърите и да я отстраняват с помощта на течност.

Такива вградени охлаждащи устройства са разположени в непосредствена близост до сървърите, понякога дори като отделна редица сред сървърните ракове. В други случаи те са разположени над тях.

Топлоотдаване
След като топлината от сървърите се отстрани, тя трябва да бъде отведена към погълтител на топлина – най-често атмосферата, но и водни басейни или земята.

Съществуват разнообразни методи за топлоотдаване към крайния погълтител, сред които са:
• CRAH устройства с чилъри с водно охлаждане и охладителни кули
• CRAH устройства с чилъри с въздушно охлаждане
• Климатични сплит системи за компютърни помещения
• CRAC устройства с охладителни кули или течни охладители
• Работни течности и охладителни кули
• Въздушен икономайзер
• Въздушен икономайзер с директно изпарително охлаждане
• Непряко изпарително охлаждане.