Pomieszczenia techniczne, takie jak serwerownie, charakteryzują się tym, że dla prawidłowego funkcjonowania wymagają ciągłego odbioru emitowanego ciepła powstającego w wyniku pracy zainstalowanych wewnątrz urządzeń.

Do ciągłego odbioru emitowanego ciepła w serwerowniach zazwyczaj używa się specjalistycznych urządzeń klimatyzacyjnych lub klimatyzacji precyzyjnej w zależności od wymagań pomieszczenia technicznego punktu telekomunikacyjnego, pomieszczenia IT czy laboratorium.

Niezawodność

System klimatyzacji dla takiego pomieszczenia musi charakteryzować niezawodność pracy, gdyż zapewnia ona ciągłość dostępu do danych, możliwość prawidłowego prowadzenia procesu, a w skrajnych wypadkach chroni kosztowny sprzęt komputerowy przed uszkodzeniem. Tę niezawodność uzyskuje się poprzez dublowanie układów odpowiedzialnych za utrzymywanie temperatury, czyli systemów klimatyzacji. Dla małej serwerowni o zapotrzebowaniu mocy chłodniczej np. 5 kW oznacza to montaż dwóch urządzeń po 5 kW, z których jedno pracuje na codzienne potrzeby, drugie uruchamiane jest w razie postoju pierwszego, np. w czasie awarii czy konserwacji.

Ważne jest w takim układzie, aby okresowo rotowały funkcje urządzeń w celu równomiernej ich eksploatacji. Dla pomieszczeń technicznych wymagających większych mocy chłodniczych często stosuje się taki dobór mocy urządzeń chłodniczych, w którym całe zapotrzebowanie pokrywamy z dwóch urządzeń (grup), a w rezerwie trzymamy dodatkowo jedno urządzenie (grupę), czyli 50% zapotrzebowania.

Klimatyzacja w serwerowni

Dla wymagań 40 kW mocy chłodniczej oznaczałoby to trzy urządzenia po 20 kW, z czego dwa do pracy ciągłej, a trzecie jako rezerwowe. Awaria czy konserwacja jednego z urządzeń w żaden sposób nie zakłócają pracy pomieszczenia technicznego. Takie rozbudowane układy chłodzenia pomieszczeń technicznych, czyli składające się z więcej niż dwóch urządzeń (grup urządzeń), konfiguruje się w ten sposób, aby:

  • rotowały co określoną ilość godzin pracy funkcję pracy z trybem gotowości (rezerwy),
  • w wypadku przekroczenia zadanej temperatury stopniowo załączane zostały jednostki rezerwowe,
  • w razie awarii jednej z pracujących jednostek rezerwowa natychmiast przejęła pracę.

W urządzeniach dedykowanych pomieszczeniom technicznym układy realizujące taką redundantną logikę pracy są albo w wyposażeniu standardowym, albo dostępne poprzez dołożenie dodatkowej, niezbyt skomplikowanej opcji. Dla urządzeń nieposiadających takich możliwości można zbudować zewnętrzny układ automatyki realizujący wszystkie te funkcje.

Klimatyzacja w serwerowni

Urządzenia serwerowe są wrażliwe na nadmierną wilgotność powietrza i zbyt wysokie temperatury. Ponieważ praca w trybie chłodzenia osusza powietrze w pomieszczeniu technicznym, to krytycznym parametrem staje się nadmierna temperatura. Taka sytuacja powoduje, że w wypadku pomieszczeń technicznych mówimy tylko o chłodzeniu, zapotrzebowanie na ogrzewanie nigdy nie wystąpi, gdyż z zainstalowanych urządzeń przy stosunkowo niewielkiej kubaturze emitowane są znaczne ilości ciepła.

Oznacza to jednocześnie, że system klimatyzacji w takim pomieszczeniu technicznym musi być przystosowany do pracy całorocznej, ale w trybie chłodzenia. Nie wszystkie urządzenia klimatyzacyjne posiadają aż tak szeroki zakres pracy, szczególnie to nieprzystosowanie dotyczy urządzeń przeznaczonych do klimatyzacji komfortu. W warunkach polskich zakres pracy do -15ºC może okazać się niewystarczający nawet dla małej serwerowni, a zablokowanie pracy chłodzenia i awaryjne wyłączenie serwera, a w konsekwencji okresowy brak dostępu do danych, może generować koszty po stronie usługodawcy.

Górny zakres pracy w trybie chłodzenia to też trochę więcej niż spotykane standardy, powinien wynosić 50ºC. W wysokich temperaturach zewnętrznych chłodzenie jest czymś naturalnym, mimo to jednak nie należy zapominać, że wtedy obciążenia cieplne są znacznie wyższe i łatwiej o przegrzanie się systemów, a dodatkowo łatwiej o przekroczenie temperatury krytycznej w wyniku bliskości czarnych powierzchni mocno nasłonecznionych w okolicy agregatów klimatyzacyjnych, np. na dachu.

Efektywność

Ponieważ urządzenia w pomieszczeniach technicznych przeznaczone są do pracy ciągłej 24 h przez 365 dni, systemy gwarantujące tę ciągłość pracy powinny pracować w sposób możliwie ekonomiczny, gdyż w skali roku dotyczy to znacznie większej ilości godzin pracy niż dla np. klimatyzacji komfortu. Tę efektywność można poprawić poprzez kilka zabiegów. Pierwszy z nich to przewymiarowanie jednostki wewnętrznej względem wielkości agregatu o około 20-40%.

Oznacza to np. kombinację jednostki split. Zamiast 7 kW jednostka zewnętrzna i 7 kW jednostka wewnętrzna, stosuje się kombinację odpowiednio 7 kW jednostka zewnętrzna i 10 kW jednostka wewnętrzna. Taki zestaw umożliwia uzyskanie o około 20% wyższych efektywności chłodzenia wprost przekładających się na koszta eksploatacyjne. Ponieważ większość kompatybilnych układów split dostępnych na rynku wymiarowana jest wielkościowo 1 do 1 (z punktu widzenia jednostek: zewnętrznej i wewnętrznej), to dla takich niestandardowych zestawów z przewymiarowaną jednostką wewnętrzną producent powinien normalnie udostępnić etykietę energetyczną i tabele wydajności w całym zakresie pracy zgodnie z wymogami aktualnych norm, w celu potwierdzenia danych i wyeliminowania niekompatybilnych zestawień.

Wyresy - porównanie rozwiązań do klimatyzacji serwerowni

Takie przewymiarowanie umożliwia podniesienie temperatury odparowania, co skutkuje niższym poborem mocy elektrycznej w czasie pracy oraz wyższym poziomem wilgotności powietrza w serwerowni względem standardowego układu. Wilgotność powietrza pozostaje na bezpiecznym poziomie poniżej 40% wilgotności względnej, a wymiana ciepła prawie w 100% dotyczy ciepła jawnego, bez wykraplania wilgoci. W standardowych układach zwymiarowanych 1 do 1 niższa temperatura odparowania wysusza powietrze do poziomu poniżej 25% wilgotności względnej, ale wiąże się to z przeznaczeniem części mocy chłodniczej na ciepło utajone, czyli skroplenie wilgoci bez obniżenia temperatury powietrza w pomieszczeniu technicznym.

Drugim sposobem ograniczania kosztów eksploatacyjnych chłodzenia pomieszczeń technicznych jest zastosowanie „free coolingu”. Pojęcie to oznacza maksymalne wykorzystanie naturalnych warunków temperaturowych otoczenia do uzyskiwania efektu chłodniczego. Określenie free cooling nie znalazło jeszcze równie wymownego odpowiednika w języku polskim, przez co wykorzystywane jest ciągle w oryginale. Utrzymywanie temperatury w serwerowni na poziomie np. 22ºC oznacza, że w ciągu roku bardzo często (szczególnie w okresach przejściowych) wystąpi sytuacja, gdy temperatura otoczenia, czyli źródła o nieograniczonych możliwościach, będzie w okolicy 20ºC.

Wystarczy wtedy niewielkim nakładem energetycznym przetransferować ciepło z pomieszczeń technicznych do otoczenia, aby uzyskać wymagane warunki pracy. Wymiana ciepła powinna odbywać się w sposób pośredni, aby nie dostarczyć z powietrzem zewnętrznym nadmiaru niebezpiecznej dla sprzętu elektronicznego wilgoci. Standardowe klimatyzatory do pomieszczeń technicznych nie posiadają funkcji free coolingu, ale przystosowane są do współpracy z urządzeniami zewnętrznymi dającymi takie możliwości. Natomiast bardziej zaawansowane systemy i rozwiązania klimatyzacji precyzyjnej już jak najbardziej. Potencjał oszczędności możliwych do wygenerowania w ten sposób to dla serwerowni o obciążeniu 7 kW około 1000,00 PLN w skali roku.

Skuteczność

Serwerownie czy pomieszczenia techniczne charakteryzują się stosunkowo dużymi zyskami ciepła na jednostkę kubatury i jednocześnie architekturą niesprzyjającą swobodnemu przepływowi powietrza odbierającego te zyski. Dlatego ważne, aby odpowiednio zorganizować przepływ powietrza w chłodzonych pomieszczeniach, tak aby wyeliminować powstawanie martwych nieprzewietrzanych stref. Do pomieszczeń o nieregularnych kształtach, np. w kształcie litery „L”, lub długich, ale wąskich można zastosować rozbicie jednostki wewnętrznej na kilka mniejszych, ale pracujących dokładnie tak jak jedna większa, tylko z lepszym dotarciem do poszczególnych stref pomieszczenia.

Wszystkie jednostki wewnętrzne podłączone są wtedy do jednego agregatu zewnętrznego, ale nie jest to układ multi, gdyż nie możemy na każdej z nich indywidualnie zadawać parametrów pracy. Jedna jednostka wewnętrzna wybierana jest jako master i komunikuje się ze sterowaniem, a pozostałe nadążają pracą równoległą do jednostki master. W zależności od tego, czy pomieszczenie przystosowane jest do rozprowadzenia powietrza w podłodze czy nie, można zastosować albo jednostki kanałowe, albo podstropowe, ścienne czy kasetonowe w taki sposób, aby nie mieszały się strumienie ciepłego i zimnego powietrza.

Schemat klimatyzacji serwerowni

Patrząc na rozwój teleinformatyki w ostatnich latach, łatwo dostrzec lawinowo rosnące zapotrzebowanie na rozwiązania i technologie IT zarówno w przemyśle, jak i w życiu codziennym. To zapotrzebowanie pociąga za sobą konieczność rozwoju i budowy infrastruktury niezbędnej do obsługi, coraz powszechniejszego dostępu do internetu czy sieci komórkowej. Każda taka komórka czy pomieszczenie techniczne to wycinek globalnej sieci, ale mają swoje wymagania, aby mogły w tej sieci aktywnie i na bieżąco uczestniczyć.

Erwin Szczurek

Jedna myśl na temat “Klimatyzacja serwerowni

  • 16 sierpnia 2017 o 10:20
    Permalink

    Odpowiednie chłodzenie hali serwerowni wymaga dokładności, precyzji oraz zabezpieczenia, dzięki którym praca serwerów będzie stała.
    Fajny i rzetelny wopis.
    Pozdrawiam

    Odpowiedz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij