Результаты исследований, проведенных Gartner, показали, что в ЦОД на долю систем охлаждения приходится от 35 до 50% всех расходов на электроэнергию. По прогнозам Gartner и IDC, в ближайшие годы доля затрат на охлаждение превысит 50%, если владельцы ЦОД, а также инженеры эксплуатационных отделов (Facility) и специалисты по ИТ не предпримут мер для противодействия этой тенденции посредством своевременной оптимизации термических условий. Для этого не обязательно прибегать к инвестициям в дорогостоящие и более производительные системы охлаждения или к переоснащению инфраструктуры с воздушного на жидкостное охлаждение, что может окупаться долгие годы. Даже незначительные и дешевые улучшения позволяют заметно повысить эффективность системы охлаждения и значительно сократить потребность в электроэнергии.
Общий потенциал экономии — далеко не мелочь: именитый американский институт Uptime Institute выяснил, что до 63% охлажденного воздуха вообще не попадает к месту своего назначения, то есть к аппаратному обеспечению в стойках, а ускользает в виде ответвляющихся воздушных потоков через кабелепровод, отверстия в двойном полу, неуплотненные монтажные секции в стойках, неизолированные холодные коридоры и по самим двойным полам. Причина тому — недостаточное управление воздушным потоком. Так может быть, взяться именно за эти «слабые места», провести «косметический ремонт» системы охлаждения и добиться экономии, сопоставимой с утекающими 63%? Мы предлагаем обратить внимание на шесть «лучших методов», которые Gartner включила в свой новый каталог мер по повышению энергоэффективности в ЦОД.
ВЫЯВЛЕНИЕ СЛАБЫХ МЕСТ
Естественно, любая оптимизация удается лучше, если она базируется на надежных фактах. По этой причине каждому «косметическому ремонту» систем охлаждения должен предшествовать всеобъемлющий анализ термических условий. Для этого необходимо детально исследовать инфраструктуру ИТ, чтобы замерить и записать такие важные характеристики, как воздушные потоки над двойным полом и под ним, потери холодного воздуха, КПД систем охлаждения, выработка тепла на стойках и другие параметры. Затем вместе с владельцем ЦОД необходимо разработать каталог эффективных мер, где будут приведены точные расчеты экономии, ожидаемой после каждого этапа оптимизации или в результате нескольких взаимосвязанных мероприятий по улучшению термической обстановки. Только так можно определить сроки окупаемости и получить весомые аргументы для обоснования соответствующих инвестиций.
ИЗОЛИРОВАННЫЕ ХОЛОДНЫЕ КОРИДОРЫ С ЗАНАВЕСАМИ
Термический анализ способен выявить слабые места в распределении потоков холодного воздуха между горячими и холодными коридорами: активное оборудование втягивает холодный воздух со стороны фронтальной части стойки и после охлаждения выводит его нагретым с задней стороны — в горячий коридор. Здесь горячий воздух поднимается и устремляется поверх стойки снова в холодный коридор к ее передней панели.
Горячий воздух может попадать в охлажденные зоны через недостаточно уплотненные монтажные секции в стойках или вдоль боковых стенок шкафа. В результате запускается процесс термической раскачки, и температура в холодном коридоре постепенно повышается. Обычно этому процессу противодействуют лишь с помощью увеличения мощностей охлаждающих установок, что в итоге приводит к чрезвычайно высокому потреблению электроэнергии.
Поэтому, в соответствии с рекомендациями Gartner и директивами Bitcom, разработанным для энергоэффективных ЦОД, необходимо герметично изолировать горячий воздух, чтобы не допустить его утечки в холодный коридор между стойками. Такую изоляцию можно обеспечить с помощью дорогостоящего монтажа цельного корпуса для холодного коридора или же намного более дешевого невоспламеняющегося занавеса из ПВХ (см. Рисунок 1), причем КПД этих решений практически одинаков. Измерения показали, что при постоянной мощности охлаждения разница температур в холодном и горячем коридорах составляет 10-15°С. В зависимости от размера и особенностей помещения мощность, затрачиваемую на охлаждение, можно сократить на 30%. Эти выводы подтверждает анализ использования занавеса из ПВХ для изоляции холодного коридора в ЦОД компании NetApp, приведенный в отчете «Энергоэффективные центры обработки данных: примеры лучших методов из Европы, США и Азии», опубликованном Министерством окружающей среды, охраны природы и безопасности атомных реакторов Германии и Borderstep Institute.
Один из «лучших методов», дополняющий изоляцию холодного коридора и сам по себе являющийся крайне эффективным, заключается в том, чтобы плотно закрыть свободные монтажные секции в стойках, чтобы отработанный серверами горячий воздух не попадал через них в холодный коридор. Для этого рекомендуется использовать пластиковые заглушки, имеющие сертификаты пожарной безопасности. Они устанавливаются на профиле стойки без применения каких-либо инструментов — достаточно воспользоваться штатными креплениями.
ИЗОЛЯЦИЯ СТОЕК И ВОЗДУХОВОДЫ В ДВОЙНОМ ПОЛУ
В результате этих мер происходит разделение зон холодного и горячего воздуха возле стоек, а кроме того, предотвращается образование горячих очагов у стоек, что предохраняет аппаратное обеспечение от перегрева, сбоев или даже полного отказа, вызванного воздействием тепла. Согласно данным Gartner, использование заглушек позволяет снизить температуру воздуха в среднем на 5-6°С.
Прежде изоляции холодных коридоров и установки заглушек необходимо направить охлажденный воздух по двойному полу точно к выходам возле стоек, чтобы он не растекался по большой площади и не рассеивался, в результате чего снижается скорость воздушного потока и уменьшается его давление.
ПРОКЛАДКА КАНАЛОВ И ПОДВЕДЕНИЕ ХОЛОДНОГО ВОЗДУХА В ДВОЙНОМ ПОЛУ
Для этого на несущих элементах и основаниях двойного пола устанавливаются ограничители воздушного потока и обводные системы. Тем самым уменьшается пространство для распространения потока в двойном полу, охлажденный воздух направляется по предопределенным каналам и доставляется самым коротким и быстрым путем к отверстиям в холодных коридорах. Достигаемый эффект заключается в повышении давления и увеличении скорости потока холодного воздуха; как следствие, владелец ЦОД может снизить производительность систем охлаждения и таким образом сократить расход электроэнергии. При выборе ограничителей следует обратить внимание на то, чтобы они были изготовлены из химически инертного материала с малой проводимостью и обладали сертификатом пожарной безопасности.
ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ ПАНЕЛИ ДЛЯ УСИЛЕНИЯ ПОТОКА ВОЗДУХА
Для того чтобы холодный воздух, управление потоком которого осуществляется с помощью ограничителей, целенаправленно и под высоким давлением поступал в холодный коридор, а затем и к лицевым панелям стоек, в точках его выхода из двойного пола необходимо правильно оборудовать вентиляционные отверстия. Для этого рекомендуется использовать специальные вентиляционные панели (Airflow Panels) с высокой пропускной способностью. У наиболее совершенных моделей этот показатель составляет 56-65% (у традиционных панелей он равен 20-30%). Специальная конструкция с решетками и жалюзи образует вспомогательный канал, что позволяет подавать холодный воздух под высоким давлением, направляя его непосредственно к аппаратному обеспечению, расположенному в верхней части стоек.
Эта мера эффективно противодействует возникновению тепловых очагов (Hot Spots) и сбою систем вследствие теплового воздействия. Ключевое правило для выбора вентиляционных панелей: чем выше пропускная способность, тем выше давление, а значит, охлаждающие установки затрачивают меньше мощности, благодаря чему можно сэкономить больше энергии.
ИЗОЛЯЦИЯ КАБЕЛЬНЫХ ВВОДОВ И ПРОЧИХ ОТВЕРСТИЙ
К сожалению, в двойных полах центров обработки данных, помимо необходимых вентиляционных отверстий, имеются отверстия, предназначенные для прокладки кабелей или труб, через которые выходит значительная доля вырабатываемого холодного воздуха — до 30%, в зависимости от размера ЦОД и количества таких отверстий (согласно данным Uptime Institute). Однако эту проблему легко решить путем закрытия отверстий уплотняющими элементами. Последние представляют собой жесткую раму с двумя направленными навстречу друг другу рядами пластиковых волокон, плотно облегающих кабели и прочее оборудование, проходящее через двойной пол, что препятствует утечке холодного воздуха (см. Рисунок 2).
ПРИМЕР
Эта мера оправдала себя в одном из самых крупных европейских центров обработки данных — в ЦОД компании Amadeus, который находится в Эрлинге: согласно заключению внешней экспертизы, одно только использование изолирующих элементов дало экономию более 46 тыс. евро в год, а срок окупаемости решения составил три месяца. Следовательно, существенного повышения эффективности охлаждения, а значит, и энергоэффективности, можно добиться с помощью простых средств. На практическом примере применения «лучших методов» видно, что эту меру можно реализовать с незначительными финансовыми затратами при сроке окупаемости в пределах от трех до девяти месяцев.
«ЛУЧШИЕ МЕТОДЫ» НЕ СТОИТ ИГНОРИРОВАТЬ
Когда возникает потребность в оптимизации, очень полезно сначала выявить степень эффективности существующей инфраструктуры систем охлаждения с помощью анализа термической обстановки. Он станет надежной основой для определения реального потенциала экономии. Затем необходимо разработать комбинацию наиболее эффективных мер, реализовать их и оценить КПД решения в течение одного года.
Йорг Пошен — старший менеджер по маркетингу в центрально-европейском регионе в компании Daxten и модератор группы «Зеленые ИТ» (Green IT) в сети Xing.
© AWi Verlag