Проектирование систем кондиционирования ЦОД

Проектирование систем кондиционирования ЦОД производится в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 16.02.2008 № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиями к их содержанию», региональными строительными нормами и требованиями технического задания. Также при проектировании систем кондиционирования ЦОД учитываются требования существующего законодательства, нормативных документов по охране труда, пожарной безопасности и экологии.

Проектирование систем кондиционирования ЦОД необходимо для правильного построения данных систем. Основными требованиями, предъявляемыми к системам кондиционирования ЦОД, являются поддержание определенных значений температуры и влажности воздуха.  Кроме этого, требуется поддержание избыточного давления в основных технологических помещениях ЦОД.  

Проектирование систем кондиционирования ЦОД является очень важным вследствие следующих факторов:

  • Система вентиляции и кондиционирования ЦОД является самой критичной системой ЦОД, так как сбой в ее работе может привести к выходу из строя оборудования, которое обеспечивает функционирование ЦОД. Система вентиляции и кондиционирования ЦОД должна работать в режиме 24х7х365.
  • Применяемое в ЦОД серверное оборудование чувствительно даже к небольшим изменениям окружающей среды.

Необходимость поддержания определенных параметров воздуха обусловлена следующим:

  • Чрезмерно низкий уровень влажности вызывает накопление статических зарядов и приводит к разрушению информационных носителей в лентопротяжных механизмах.
  • Слишком высокая температура и накопление влаги на контактах и микросхемах может привести к выходу из строя высокочувствительных компонентов электронного оборудования. Это может вызвать остановку работы ЦОД.
  • Обеспечение избыточного давления приводит к минимизации инфильтрации воздуха, а, следовательно, и его загрязнения, что позволяет предотвратить негативное воздействие на работу компьютерного оборудования.

Этапы проектирования систем кондиционирования ЦОД:

  • Получение технического задания (ТЗ) на систему кондиционирования от Заказчика
  • Разработка проектной документации. На этом этапе осуществляется проработка основных принципов работы системы, с учетом пожеланий Заказчика. Проект включает в себя графическую и текстовую информацию, описывающую объемно-планировочные, технические и конструктивные решения (стадия «П»).
  • Разработка рабочей документации (стадия «Р»).
  • Составление сметной документации (стадия «СД»).

Уровни надежности ЦОД

Требования, которые предъявляются к системе кондиционирования ЦОД, зависят от уровня, к которому относится ЦОД. В соответствии с TIA-942 классификация ЦОД осуществляется по 4-м уровням. Уровень системы кондиционирования ЦОД определяется целями, которые ставятся перед ЦОД. В случае, если планируется, что ЦОД будет обрабатывать большое количество информации, то в нем будет установлено мощное оборудование, которое будет выделять много тепла. Тогда проектирование климатической системы должно производиться с учетом этих факторов.

В соответствии со стандартом TIA-942 существуют четыре уровня надежности ЦОД:

  • 1 уровень (N) – отсутствует резервирование инженерной инфраструктуры, отсутствует фальшпол. В случае отказа оборудования или проведения ремонтных работ происходит остановка работы всего ЦОД.
  • 2 уровень (N+1) – имеется небольшой уровень резервирования. В ЦОД имеется резервный источник электроснабжения, есть фальшпол. В случае проведения ремонтных работ происходит остановка работы всего ЦОД.
  • 3 уровень (2N) – имеется однократное резервирование инженерных систем. Имеется несколько линий распределения охлаждения и электропитания. В случае проведения ремонтных работ не происходит останова работы ЦОД.
  • 4 уровень (2(N+1)) – имеется двукратное резервирование инженерных систем. В случае отказа основного оборудования включается в работу резервное. В случае проведения ремонтных работ не происходит останова работы ЦОД.

Требования, с учетом которых производится проектирование систем кондиционирования ЦОД:

  • На начальном этапе система кондиционирования воздуха должна обеспечивать охлаждение минимального количества компьютерного оборудования. Поэтому оборудования системы кондиционирования, которое будет нормально работать при пониженных нагрузках.
  • Перед проектированием систем кондиционирования ЦОД  определяются типы компьютерного оборудования, которое необходимо охлаждать, значения начальной и прогнозируемой энергетической нагрузке. При проектировании системы охлаждения пространства под фальшполом принимается во внимание, что главные компьютеры, серверные стойки и хранилища информационных носителей могут требовать разное количество охлаждающего воздуха, и, поэтому, должны рассматриваться отдельно. А также зоны, в которых оборудование размещено более плотно, имеют большую потребность в охлаждении.
  • Воздух в помещении ЦОД должен быть не просто охлажден, а должна поддерживаться оптимальная температура и влажность в каждом шкафу. Выполнение этого требования обеспечивается путем локализации потоков воздуха к каждому шкафу и предотвращением смешения потоков холодного и горячего воздуха. Для предотвращения перемешивания холодного и горячего воздуха применяются системы размещения оборудования с чередованием «холодных» и «горячих» коридоров.
  • Возможность наращивания мощности охлаждения, при этом не должна снижаться эффективность работы климатической системы.
  • Необходимо учитывать, что обновление серверов осуществляется примерно раз в три года. А срок службы системы кондиционирования составляет десять лет. Поэтому система должна поддерживать серверы как второго, так и третьего и четвертого поколения.
  • Проектирование систем кондиционирования ЦОД осуществляется с учетом резервирования, т.е. выход из строя одного блока кондиционера не приведет к сбою в работе всей системы или выходу параметров воздуха в помещении за допустимые пределы. Проектирование данных систем производится с учетом обеспечения бесперебойного электропитания системы кондиционирования в случае пропадания основного электропитания, т.е. для кондиционеров должен быть предусмотрен источник бесперебойного питания.
  • Наибольшую потребность в охлаждении ЦОД имеют IT-шкафы, которые содержат стоечные и модульные серверы максимальной мощности. Поэтому успешность проекта кондиционирования ЦОД определяется возможностью охлаждения данных шкафов, которым требуется охлаждение, существенно превышающее средние значения.

При выборе типа систем кондиционирования ЦОД учитываются следующие факторы:

  • Географическое расположение ЦОД. В разных районах температуры наружного воздуха различны, поэтому применяются разные системы кондиционирования, которые характеризуются определенной способностью к охлаждению, конструктивными и термодинамическими характеристиками.
  • Размер ЦОД. При изменении со временем потребности в охлаждении необходимо строить систему как модульную, с постепенным наращиванием холодопроизводительности.
  • Тип макета для серверной комнаты. Необходимо учитывать, чтобы предотвратить чрезмерные энергетические потери и увеличить эффективность распределения воздуха.

Особенности систем кондиционирования ЦОД

При проектировании систем кондиционирования ЦОД определяется тип теплоносителя. Для систем разной мощности применяются различные теплоносители. Для ЦОД с суммарной холодопроизводительностью 100 кВт обычно применяются шкафные прецизионные фреоновые кондиционеры, которые нагнетают холодный воздух под фальшпол и забирают горячий воздух сверху. При мощности 150-200 кВт и более используются системы с жидким теплоносителем (чиллера).

При проектировании ЦОД необходимо стремиться к снижению PUE и максимальному приближению его к единице за счет снижения потребления энергии на процесс кондиционирования.

Системы кондиционирования ЦОД значительно отличаются от систем кондиционирования общественных зданий. Системы кондиционирования ЦОД имеют более высокий уровень резервирования и точность поддержания температуры и влажности. В ЦОД нагрузки, которые обусловлены теплопроводностью ограждающих конструкций, вентиляцией и освещением, существенно ниже, чем в общественных зданиях. Это связано с тем, что в ЦОД отсутствуют окна, а также требуется меньшая освещенность и меньшее количество свежего воздуха вследствие малого количества технического персонала. Значительно большие энергетические нагрузки в ЦОД связаны с применением источников бесперебойного питания, наличием большого количества понижающих трансформаторов, вентиляцией аккумуляторных.

Система вентиляции и кондиционирования ЦОД

Одновременно с проектированием системы кондиционирования производится проектирование системы вентиляции ЦОД. В зависимости от типа кондиционеров выбирается система вентиляции.
Система вентиляции и кондиционирования ЦОД включает в себя:

  • систему кондиционирования
  • систему обменной вентиляции

Проектирование систем кондиционирования ЦОД осуществляется высококвалифицированными специалистами, имеющими опыт проектирования ЦОД уровня Tier III.

Примеры выполненных работ представлены в разделе Референс:https://trenden.ru/reference/