Три вопроса по ASHRAE о дата-центрах

Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) вовлечено в разработку современных дата-центров. В 2004 году технический комитет ASHRAE 9.9 создал базовый набор руководящих принципов по теплообмену в ЦОДах. Второе издание документа было опубликовано в 2008 году, а третье появилось год назад. С каждым разом в документ вносились новая информация  касательно классов серверов и другого оборудования для дата-центров, которое могло функционировать при все более высоких допустимых уровнях температуры и влажности.

Когда стандарты реализуются надлежащим образом посредством тщательного проектирования объекта и развертывания системы, снижается зависимость центра обработки данных от традиционных механических методов охлаждения. Это позволяет сократить расходы на охлаждение и увеличить надежности оборудования. Давайте рассмотрим некоторые вопросы, касающиеся руководящих принципов ASHRAE.

Чем именно примечательны стандарты ASHRAE?

Да, все верно — ASHRAE создает лишь рекомендации и руководящие принципы. Компании из ИТ-индустрии не обязаны следовать этим принципам. Но необходимо также рассмотреть некоторые факторы, которые самым непосредственным образом влияют на ИТ-индустрию.

Во-первых, технология механического охлаждения довольно хорошо обкатана, но при этом она не из дешевых. Большинство компаний тратят миллионы долларов на системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (далее ОВиК), которые способны охлаждать дата-центр. Системы ОВиК требуют регулярного технического обслуживания, что может обернуться нежелательными простоями. Кроме того, когда случаются сбои ОВиК, заменить эту систему в большинстве случаев не чем.

Во-вторых, энергозатраты продолжают расти, что делает системы механического охлаждения все более дорогостоящим для бизнеса, при этом данные системы не помогает вести «реальную» вычислительную работу. Если современная компания и будет тратить больше денег на электричество, то основной упор будет сделан на энергоснабжение серверов, а не кондиционеров.

В-третьих, традиционная парадигма механического охлаждения ослабевает в свете таких явлений, как консолидация серверов и рост популярности систем блейд-серверов высокой плотности. Эти тенденции предполагают концентрацию все больших вычислительных мощностей в рамках меньших площадей. При этом возможно появление горячих точек, с которым ОВиК или «холодные комнаты» не способны адекватно справляться.

Руководящие принципы ASHRAE дают компаниям план действий. Этот план позволяет им использовать соответствующим образом спроектированное оборудование в своих ЦОДах при повышенном уровне температуры и влажности. Если серверы не нуждаются в чрезмерном охлаждении, счета за вентиляцию и кондиционирование могут быть уменьшены. При этом возможен переход объекта на альтернативные формы практичного естественного охлаждения — экономайзеры со стороны охлаждающей воды / воздуха.

Каким образом ASHRAE классифицирует оборудование, предназначенное для работы в условиях повышенной температуры и влажности? Как эта классификация затронет установленное в данные момент оборудование?

ASHRAE выделяет четыре класса оборудования для дата-центров: A1, A2, A3 и A4. Вот основные моменты:

• Оборудование класса A1 работает в диапазоне температур от 15 до 32 градусов по Цельсию при относительной влажности от 20% до 80%
• Оборудование класса A2 работает в диапазоне температур от 10 до 35 градусов по Цельсию при относительной влажности от 20% до 80%
• Оборудование класса A3 работает в диапазоне температур от 5 до 40 градусов по Цельсию при относительной влажности от 8% до 85%
• Оборудование класса A4 работает в диапазоне температур от 5 до 45 градусов по Цельсию при относительной влажности от 8% до 90%

Большинство оборудования в современных дата-центрах попадает в класс А1 или А2, хотя все большее число производителей серверов, таких как Dell, выпускают в продажу оборудование класса A3 или А4. Вполне вероятно, что все больше производителей будут предлагать более широкий диапазон оборудования класса A3 и A4 по мере появления подходящих проектов дата-центров.

Исследования статистических данных показывают, что в случае правильно спроектированных серверов интенсивность отказов при работе на высоких температурах не повышается, следовательно, надежность не снижается. Но важно отметить, что руководящие принципы ASHRAE не имеют обратной совместимости с устаревшим оборудованием. То есть, новый сервер класса А3 или А4 будет прекрасно функционировать в более сложной среде, но старое оборудование класса А1 почти наверняка не будет надежно функционировать при более сложных рабочих условиях. Кроме того, руководящие принципы ASHRAE допускает, что в течение краткосрочных периодов времени оборудование может функционировать в более сложных рабочих условиях, что позволяет упростить поддержание непрерывности работы системы в случае проблем с охлаждением.

Маловероятно, что какая-либо компания будет вкладывать средства в новый парк серверов более высокого класса, просто чтобы воспользоваться возможностью эксплуатации машин при более высоком уровне влажности и температуры. Другие факторы, такие как физическое расположение стоек и оборудования, а также доступность альтернатив в виде естественного охлаждения будут обуславливать длительную зависимость от механического охлаждения. Переход к оборудованию, которое совместимо с более высокими температурами и уровнями влажности, скорее всего, будет происходить поэтапно на протяжении нескольких циклов обновления технологий и соответствующего обновления здания или во время строительства объекта «с нуля».

Вопрос. Какие альтернативные технологии охлаждения диктуют стандарты ASHRAE? Нужно ли полностью отказываться от механического охлаждения?

В настоящее время доступны несколько практичных и эффективных технологий охлаждения, при этом стандарты ASHRAE не пропагандируют обязательность использования какой-либо конкретной технологии. Например, экономайзеры со стороны охлаждающего воздуха могут быть весьма эффективны в регионах, где холодный воздух доступен, по крайней мере, по несколько часов в день в течение года. Кроме того, экономайзеры со стороны охлаждающей воды могут стать прекрасной альтернативой, когда есть возможность получать холодную воду из близлежащих рек, озер и других водоемов.

Не стоит отказываться от использования механического охлаждения, когда начинают применяться альтернативные методы охлаждения. На самом деле, многие существующие дата-центры, расположенные в неоптимальных местах, могут модифицировать здания для целей использования альтернативного охлаждения, если позволяют условия, а затем при необходимости дополнять новые системы охлаждения старыми блоками ОВиК. Это позволит значительно уменьшить зависимость от механического охлаждения (и расходы на эксплуатацию системы), не отказываясь от него полностью.

В конечном итоге ИТ-индустрии придется отказаться от традиционного механического охлаждения и перейти на более эффективные с экономической точки зрения и экологически безопасные альтернативы для охлаждения серверов и других ИТ-систем. Стандарты ASHRAE, такие как Руководящие принципы по теплообмену 2011 (2011 Thermal Guidelines), предлагают план действий, который помогает организациям контролировать переход на более эффективные подходы к охлаждению, без необходимости нарушения структуры бюджета на ИТ  или замены установленного оборудования / инфраструктуры охлаждения.

Автор:Stephen J. Bigelow