Такие технологии, как виртуализация серверов, тонкие клиенты (Thin Client) или «облачные вычисления» (Cloud Computing), имеют большой потенциал экономии. Однако, как правило, их использование связано с высокими расходами. Вместе с тем применение простых средств оптимизации в значительно меньшей степени влиет на рабочие процессы, причем они реализуются без больших затрат.

При улучшении энергоэффективности основное внимание уделяется системам климатизации. Применение модульных серверов и так называемых «пицца»-серверов способствует повышению концентрации энергии и тепла. Если в 2005 г. проектировщики ЦОД исходили из мощности 0,6-1,0 кВт/м2 серверных помещений, то сегодня нужно рассчитывать на 1,0-1,5 кВт/м2, но в некоторых «горячих зонах» (Hot Spots) этот средний показатель многократно превышен. Сокращения энергопотребления можно добиться, если даже ЦОД спроектированы и построены несколько лет назад.

АНАЛИЗ ФАКТИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ

В качестве первого этапа необходимо провести анализ фактического состояния. Для этого потребуется самая разнообразная информация о текущем состоянии инфраструктуры:

  • площадь и высота помещения;
  • местоположение помещения и особенности его обустройства (наружные стены, внутренние стены, подвал, верхний этаж, отсутствие/наличие окон, освещение, степень инсоляции и т.д.);
  • количество работающих серверов и величина теплопотерь;
  • максимальная температура, при которой серверы способны функционировать;
  • расположение охладительных установок;
  • размещение стоек;
  • особенности настила двойных полов;
  • места схождения воздушных потоков.

Если учесть все условия, удастся быстро понять, что надо сделать в первую очередь, чтобы повысить энергоэффективность. К примеру, во многих ЦОД поддерживается неоправданно низкая температура. До сих пор существуют ЦОД, где в помещениях она не превышает 18°C, хотя для современных компонентов даже 24-26°С не представляют никакой угрозы. Расчеты показывают, что разница в температуре на один градус по Кельвину сокращает расходы на охлаждение на 3-4%. Кроме того, на окна необходимо установить жалюзи или отражающие пленки, наличие которых нейтрализует воздействие солнечных лучей. Повышению температуры способствует и освещение, поэтому не лишними будут таймеры выключения света или датчики движения.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПОДАЧИ ВОЗДУХА

Важное значения для оптимизации энергоэффективности ЦОД имеет регулирование воздушных потоков и предотвращение смешения горячего и холодного воздуха. Использование заглушек и плотная установка шкафов уже приводят к заметным улучшениям: ни в шкафах, ни между серверами, ни в рядах шкафов не должно быть промежутков, так как они препятствуют целенаправленной подаче воздуха. Производители стоек предлагают для этих целей специальные глухие панели и уплотняющие элементы.

Даже такие простые меры, как уборка разбросанных вокруг картонных коробок или стоящих в проходах столов и стульев, а также регулярная очистка фильтров охлаждающих систем способствуют поддержанию эффективных воздушных потоков.

Поток холодного воздуха из системы кондиционирования должен беспрепятственно и целенаправленно подводиться к источникам тепла. Особенно это касается двойного пола, основное назначение которого как раз и заключается в создании надлежащего давления для подачи воздуха. В подпольном пространстве кабели должны прокладываться аккуратно, и его ни в коем случае нельзя использовать для хранения вещей. Столь же плохо, когда в полу имеются лишние или слишком большие отверстия (к примеру, для протяжки кабелей), так как через них улетучиваются огромные неконтролируемые воздушные массы, что затрудняет подачу воздуха в нужном направлении. Если все это принять во внимание, то мощности систем охлаждения ЦОД можно задействовать гораздо эффективнее.

Вышеописанные меры требуют незначительных затрат и сами по себе позволяют сэкономить 20-25% потребляемой энергии. Меры, рассматриваемые ниже, как правило, обходятся дороже, а решающим фактором являются сроки окупаемости инвестиций в результате возможной экономии энергии.

ХОЛОДНЫЕ И ГОРЯЧИЕ КОРИДОРЫ

Одна из таких возможностей – последовательная установка рядов шкафов с разделением на холодные и горячие коридоры. Это препятствует смешению воздушных потоков и повышает эффективность систем охлаждения. Однако шкафы порой расставляются так, что тепло, выделяемое одним, попадает в зону забора воздуха другого. Прежде чем браться за трудоемкую перестановку, можно попробовать установить промежуточные перегородки (см. Рисунок 1) и разместить вытяжные элементы охлаждающей установки прямо над созданным таким образом горячим коридором.

Рисунок 1. Дополнительно установленные промежуточные перегородки предотвращают поступление теплого отработанного воздуха из одного шкафа в рядом стоящий.

Если такой способ покажется слишком сложным или дорогим, холодный коридор необходимо изолировать от горячего при помощи уплотнителей и обеспечить его надлежащее снабжение холодным воздухом через отверстия в двойном полу. В результате скоростной напор в холодном коридоре повысится, а значит, увеличится доступный объем воздуха. Такая конфигурация, помимо прочего, препятствует смешению холодного и горячего воздуха.

Базовой предпосылкой для реализации этой концепции является наличие свободного места между рядами шкафов, при его отсутствии пользователи могут снабдить шкафы задними дверьми с радиальными вентиляторами, которые направляют горячий воздух под потолок, а не к следующему шкафу. Настоящий горячий коридор, конечно, не создается, но все же холодный и горячий потоки разделяются лучше.

ДВЕРИ С ВОДНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Если в ЦОД имеется водопровод, а оборудование в серверных шкафах отличается очень высоким уровнем тепловыделения, то на них можно установить двери, охлаждаемые проточной холодной водой. В этом случае удастся обойтись без дополнительных вентиляторов и охлаждающих решеток, так как из сервера воздух будет проходить через систему охлаждения. Компания Schroff использовала такие двери для серверных шкафов в своих проектах: через двери пропускается вода, температура которой не превышает 14°С, и таким образом температура в помещении поддерживается на уровне 23°С. При необходимости систему охлаждения можно отключить. Когда водного охлаждения в сочетании с вентиляторами встроенных устройств окажется недостаточно, двери можно оснастить дополнительными вентиляторами.

Если в ЦОД подача воды отсутствует, а большое число мощных устройств установлено в одном или нескольких шкафах, то в этом случае рекомендуется обратить внимание на конструктивы со встроенными водно-воздушными теплообменниками. Эти шкафы охлаждаются независимо от помещения и тщательно уплотнены, поэтому не влияют ни на температуру в здании, ни на работу системы охлаждения. Таким образом, ЦОД потребуется меньше холодного воздуха и можно поддерживать более высокую температуру.

ИЗОЛЯЦИЯ

Если шкафы уже упорядочены по принципу холодных и горячих коридоров, а описанные меры реализованы, то повысить энергоэффективность помогут изолированные пространства. Герметизация холодных коридоров подходит, прежде всего, для помещений (см. Рисунок 2). Герметизация горячих коридоров изолирует тепловые очаги и поэтому пригодна для неохлаждаемых комнат. Кроме того, наличие двойного пола необязательно.

Рисунок 2. Холодный коридор, возникший в результате установки промежуточных переборок, дополнительно изолируется сверху.

В уже существующих ЦОД создавать изолированные пространства очень сложно, поскольку в одном ряду часто располагаются шкафы различных производителей, отличающиеся по высоте и ширине, имеющие разную форму крыши и креплений. Представленные на рынке готовые решения редко подходят для такой модернизации, если владельцы ЦОД не готовы заменить все шкафы на типовое решение какого-либо производителя. Однако на это соглашаются немногие.

МОДЕРНИЗАЦИЯ

Рисунок 3. Стальные рамы с одинарными небьющимися стеклами закрывают верхнюю часть горячего или холодного коридора.Тем не менее некоторые производители шкафов предлагают адаптируемые решения для создания изолированных пространств: все требуемые размеры измеряются в конкретных ЦОД, а затем решение изготавливается индивидуально.

Как правило, такие решения создаются на основе типовых компонентов серии шкафов, которые при необходимости дорабатываются. К примеру, скошенный профиль типа «меандр», как в системах шкафов Varistar от Schroff, предусматривает множество вариантов крепления. Стальные рамы с одинарными небьющимися стеклами подходят для объединения стоящих напротив рядов шкафов и изоляции коридоров до самого потолка (см. Рисунок 3).

Если в ряду шкафов есть большие проемы, их необходимо закрыть с помощью глухих панелей. При дальнейшем расширении ЦОД их можно заменить серверными шкафами.

Горячие или холодные коридоры следует уплотнять до самого верха, а в обоих концах коридора установить плотно закрывающиеся двери. Они могут быть створчатыми, сдвижными или вращающимися, закрывающимися автоматически или механически; на них возможна установка датчиков движения или систем контроля доступа. Такие изолированные пространства дополнительно охлаждаются в одной или нескольких точках, или горячий воздух удаляется из них с помощью вытяжки.

Изоляция холодных или горячих коридоров является наиболее эффективным способом оптимизации инфраструктуры. Дальнейшее повышение энергоэффективности возможно лишь с помощью оборудования ИТ, к примеру, в результате консолидации серверов или более равномерного распределения теплопотерь в шкафах.

Ян Циммерманн – прикладной инженер в облас-ти разработки шкафов компании Schroff.

© AWi Verlag