Czy wiesz, że klimatyzacja w Data Center Szlachecka B w Warszawie posiada współczynnik PUE na poziomie 1,3?

Serwery i pozostałe urządzenia IT znajdujące się w centrum danych konsumują ogromne wartości energii elektrycznej, co oznacza, że wytwarzają także znaczącą ilość ciepła. Zbyt wysoka temperatura nie sprzyja optymalnej eksploatacji sprzętu, powoduje błędy w jego działaniu oraz prowadzi do uszkodzeń. Zapewnienie odpowiednich warunków środowiskowych jest jednym z kluczowych zadań data center.

Systemy chłodzenia w centrum danych składają się z dwóch elementów. Pierwszy to optymalna klimatyzacja komory serwerowej, a drugim jest zabudowa szaf w architekturze tzw. zimnych korytarzy.

Znaczenie parametrów temperaturowych

Zachowanie optymalnej temperatury pracy urządzeń elektronicznych, w tym m.in. takich komponentów jak procesory ma kluczowe znaczenie dla ich działania. W momencie, gdy układ półprzewodnikowy staje się przeciążony i zbliża się do temperatury krytycznej, wówczas, by zapobiec uszkodzeniu jego praca jest spowalniana. W niektórych przypadkach może być on nawet wyłączony.

W przypadku procesorów Intel temperatura maksymalna, w jakiej możliwe jest działanie układu, to parametr Tjunction max, którego wartość oscyluje wokół 90 stopni Celsjusza. Powyżej tej temperatury aktywowane są wewnętrzne mechanizmy mające na celu zmniejszenie mocy i ograniczenie wydzielania ciepła. Włączenie się systemu kontroli termicznej procesora powoduje znaczącą utratę wydajności. Procesor zmniejsza wówczas częstotliwość i moc zasilania, by zapobiec przegrzaniu. Samo zbliżanie się temperatury układów półprzewodnikowych do poziomu granicznego powoduje szybkie starzenie się i zużycie układów.

Optymalne temperatury pracy układów półprzewodnikowych zazwyczaj nie przekraczają 40-50 stopni. Utrzymanie takich wartości na powierzchni układu scalonego wymaga schłodzenia całego pomieszczenia, w którym znajdują się urządzenia do około dwudziestu kilku stopni.

Klimatyzacja komory serwerowej

Znajdujące się w centrach danych rozwiązania chłodzące mają za zadanie zapewnić właściwe warunki środowiskowe, poprzez odbieranie ciepła produkowanego przez maszyny i oddawanie go do otoczenia. System chłodzenia wszystkich komór oraz pomieszczeń technicznych w CPD Szlachecka B został zaprojektowany i wykonany w klasie wysokiej niezawodności. Każdą z komór wyposażono w 6 autonomicznie pracujących szaf klimatyzacji CC oraz dry coolery FC.

Rozwiązanie działające w układzie free cooling jest energooszczędną metodą chłodzenia z użyciem medium – cieczy roboczej. W tym przypadku jest nią schładzana „woda technologiczna”. W układzie tym czynnik chłodzący obiega rurami pomieszczenia data center, w których znajdują się urządzania elektroniczne. Następnie, ogrzana ciecz wyprowadzana jest na zewnątrz budynku, gdzie oddawane jest ciepło. Przez znaczną część roku temperatura otoczenia jest wystarczająco niska, by nastąpiło schłodzenie wody technologicznej. Jeżeli jednak jest ona zbyt wysoka, wówczas włączana jest sprężarka, która pozwala osiągnąć właściwe parametry cieczy.

W tym bardzo popularnym na świecie rozwiązaniu temperatura na zewnątrz centrum danych odgrywa znaczącą rolę. W praktyce wiele data center budowanych jest w krajach o zimnym klimacie, np. na Syberii, Kanadzie, w Norwegii, czy w Islandii.

W przypadku CPD Szlachecka B redundancja układu chłodzenia wynosi N+2, co oznacza, że przewidziano dwie rezerwowe jednostki klimatyzacyjne do odprowadzania ciepła. Zainstalowano łącznie 6 jednostek klimatyzacyjnych, z czego 4 są wystarczające, by odprowadzić całe ciepło wytworzone przy maksymalnym obciążeniu danej komory, natomiast 2 jednostki nadmiarowe pełnią funkcję zapasową.

Układ zimnych korytarzy

Szafy w tzw. zabudowie zimnych korytarzy zapewniają fizyczną separację przepływów gorącego oraz zimnego powietrza. Ścieżki dystrybucji powietrza w szafach są w odpowiedni sposób zabudowywane, by uzyskać pożądany przepływ. Dzięki wymuszonemu obiegowi powietrza, chłodzeniu poddawana jest przede wszystkim przednia część szafy, w miejscach, gdzie jest to najbardziej efektywne. Działanie tego układu umożliwia wydajne i energooszczędne chłodzenie urządzeń IT.

System chłodzenia wdmuchuje powietrze pod podłogę, skąd następuje jego dystrybucja do wszystkich obszarów w szafie, gdzie znajdują się serwery. Zimne powietrze trafia w miejsca skąd zasysane jest przez wentylatory urządzeń. Przepływając przez wnętrze serwerów powietrze ogrzewa się, a następnie jest wydmuchiwane na zewnątrz. Chłodzone są zatem wyłącznie te miejsca, gdzie temperatura jest najwyższa i które wymagają jej obniżenia. Pozwala to na utrzymanie właściwych warunków środowiskowych, co ma przełożenie na tzw. współczynnik PUE (Power Usage Effectiveness) określający efektywność energetyczną w centrach danych. W przypadku CPD Szlachecka B PUE wynosi 1,3, co oznacza że zaledwie 30% energii tracone jest na utrzymanie dodatkowych układów, w tym systemu chłodzenia.

Następnie ciepłe powietrze unosi się do góry w kierunku obiegu powrotnego. Stamtąd wędruje do chłodnicy, gdzie po obniżeniu temperatury jego obieg kierowany jest z powrotem pod podłogę. W ten sposób zamykany jest cykl obiegu.

Gwarancja dostępności usług

Zgodnie z wymogami projektowymi CPD Szlachecka B temperatura w pomieszczeniach serwerowych ma stale wynosić około 23 stopnie. Pozwala to zachować bezpieczny zapas ułatwiający utrzymanie jej w optymalnych granicach. Umowy SLA w części dotyczącej chłodzenia gwarantują między innymi odpowiednią temperaturę, która nie może przekraczać zakładanych progów. Zapisy dla klientów mówią o utrzymywaniu temperatury wewnątrz szaf serwerów w przedziale 18-25 stopni C. Usterka oznacza spadek temperatury do przedziału 16-18 stopni lub wzrost do przedziału 25-28 stopni. Jeżeli temperatura będzie niższa niż 16 stopni lub przekroczy 28 stopni, wówczas mamy do czynienia z tzw. awarią kwalifikowaną.

Umowy SLA gwarantują Miesięczną Dostępność Usługi (MDU) chłodzenia na poziomie 99,98%, co oznacza maksymalnie 10 minutową awarię. Czas usunięcia kwalifikowanej awarii nie może przekroczyć 2 godzin, natomiast czas reakcji na zgłoszenie nie powinien być dłuższy niż 5 minut.

Układ zimnych korytarzy oraz gwarantowane parametry SLA dotyczące chłodzenia w CPD Szlachecka B

Układ zimnych korytarzy