Efektywne chłodzenie Data Center to kluczowy element zapewnienia niezawodności, bezpieczeństwa i wydajności. Planując systemy chłodzenia, warto uwzględnić specyfikę sprzętu IT, wymogi termiczne, dostępne technologie chłodzenia oraz przyszłe potrzeby. Dzięki temu możliwe jest stworzenie takiego centrum danych, które będzie działać efektywnie i bezawaryjnie przez wiele lat. Temu zagadnieniu poświęcamy niniejszy artykuł, który jest 6 częścią naszego cyklu pt. „Budowa Data Center”. 

Bezpieczeństwo termiczne Data Center to nie tylko kwestia techniczna, ale wręcz strategiczna, mająca bezpośredni wpływ na koszty operacyjne, efektywność energetyczną oraz zrównoważony rozwój. Wysokie temperatury mogą prowadzić do przegrzewania i uszkodzenia sprzętu, co z kolei może skutkować kosztownymi przestojami i utratą danych.

Kluczowe jest, aby temperatura pracy nie przekraczała określonego progu, co wymaga skutecznego systemu chłodzenia. Zalecenia klimatyczne zakładają dopuszczalną, krótkotrwałą temperaturę pracy od 5 do 40 stopni Celsjusza, zalecaną od 18 do 27 stopni i dopuszczalną od 18 do 32 stopni. Zalecana względna wilgotność powietrza powinna wynosić od 20 do 80%. 

 
Pierwszym krokiem w planowaniu systemów chłodzenia jest dokładne określenie wymagań termicznych. Każde urządzenie w Data Center generuje ciepło, które musi być efektywnie odprowadzone, aby zapobiec przegrzaniu i zapewnić ciągłość działania systemów IT. Ważne jest zrozumienie mocy cieplnej generowanej przez sprzęt oraz planowanie chłodzenia w oparciu o te dane. Ponadto, każde Data Center ma unikalne wymagania termiczne zależne od specyfikacji sprzętu, gęstości upakowania urządzeń oraz mocy obliczeniowej. Prawie cały prąd zużywany przez szafy serwerowe ostatecznie zamienia się w ciepło. Dlatego analiza Thermal Design Power (TDP) i zrozumienie, ile ciepła generują poszczególne urządzenia, jest kluczowe w planowaniu systemu chłodzenia. 

Wybór systemu chłodzenia 

 
Bez względu na to, czy planujemy małe, czy duże i rozbudowane centra danych zawsze musimy zaplanować adekwatne systemy chłodzenia. Oczywiście  dla małych serwerowni często wystarczają klimatyzatory naścienne (tzw. splittery). Ich zadaniem jest schłodzenie całego pomieszczenia, co jest efektywne, ale niesie ze sobą ryzyko, jeśli klimatyzator jest zamontowany bezpośrednio nad szafami rackowymi. Wycieki skroplin mogą prowadzić do uszkodzeń serwerów, dlatego ważne jest właściwe rozmieszczenie urządzeń chłodniczych.

W średnich i dużych centrach stosuje się bardziej zaawansowane technologie oparte m.in. na klimatyzacji precyzyjnej. Jakie są zatem kryteria decyzyjne i co należy wziąć pod uwagę? – podpowiadamy poniżej co należy wiedzieć: 

1. Jaki wariant chłodzenia ma zostać zainstalowany – rozwiązanie hybrydowe, chłodzenie pasywne, zintegrowana strefa ciepła? 
   
   
2. Jak zorganizować ustawienie z uwzględnieniem strefy zimnej i ciepłej? 
   
   
3. Jaka średnia temperatura powinna panować wewnątrz szafy? 
   
   
4. Jak duża jest różnica temperatur − temperatury dopływu, temperatury odpływu 
   
   
5. Jaki strumień objętości jest potrzebny? 
   
   
6. Jakie są warunki otoczenia? 
   
   
7. Jaki kierunek przepływu wybrać i jaką sytuację zabudowy uwzględnić? 
   
   
8. Jakie są wahania obciążenia i jak oddziałują na czasy reakcji chłodzenia? 
   
   
9. Jakie wymiarowanie uwzględnić na przyszłość? 
    

Po analizie sytuacji wyjściowej możemy sięgnąć po różne rozwiązania dopasowane do potrzeb własnego Data Center. Poniżej przedstawiamy systemy klimatyzacji, które mogą zostać zastosowane w zależności od mocy cieplnej.

• Klimatyzacja przez podłogę techniczną - zimne powietrze doprowadzane jest przed szafy serwerowe centrum danych przez perforowaną podłogę techniczną. Ciepłe powietrze wylotowe z reguły jest zasysane przez kanały wlotowe w suficie pomieszczenia i schładzane przez wymiennik ciepła za pomocą wody lub czynnika chłodniczego w urządzeniu powietrza obiegowego.  
  
  
• Klimatyzacja podłogowa z separacją stref - można zabudować strefy ciepłe lub zimne. Dzięki temu powietrze wlotowe i wylotowe przestaje się mieszać. Szafy serwerowe są dokładniej zasilane zimnym powietrzem, dzięki czemu zwiększa się efektywność chłodzenia. 
  
  
• Chłodzenie szeregowe – gdy klimatyzacja podłogowa nie wystarcza wówczas rozwiązania klimatyzacji są integrowane bezpośrednio w szeregach szaf, a strumienie zimnego powietrza zostają dostarczone przez podłogę techniczną. W ten sposób odciążona zostaje klimatyzacja podłogowa z separacją stref. Przy bardzo wysokim zapotrzebowaniu na moc chłodniczą przejmują one całkowicie odprowadzanie ciepła z szaf.  
  
  
• Chłodzenie szaf - przy obciążeniach cieplnych np. w wysokowydajnych systemach obliczeniowych > 20 kW na szafę, sensowne pod względem technicznym i ekonomicznym są rozwiązania oparte na chłodzeniu szaf. Rozróżnia się przy tym aktywne i pasywne chłodzenie szaf. Decydujące znaczenie ma to, aby system chłodzenia umieścić możliwie jak najbliżej miejsca wytwarzania ciepła.  
  
  
• Chiller do chłodzenia IT - zasila systemy chłodzenia szaf, szeregów szaf oraz pomieszczeń za pomocą zintegrowanej pompy i obiegu chłodniczego o określonej temperaturze. Najczęściej jako medium chłodnicze  stosowana jest mieszanka wody i glikolu. Chiller jest ustawiany na zewnątrz i tam medium chłodnicze oddaje do otoczenia pobrane ciepło.  
  
  
• Suche chłodzenie adiabatyczne - adiabatyczne chłodnice suche są wykorzystywane w miejscach, w których medium chłodnicze Data Center (np. woda) musi być schłodzone do temperatury wyjściowej poniżej temperatury zewnętrznej.  
  
  
• Separacja stref - poprzez zastosowanie separacji stref uniemożliwia się mieszanie powietrza o różnych temperaturach, dzięki czemu energia potrzebna do zasilania wentylatorów jednostek chłodniczych ogranicza się do minimum. To zapewnia optymalną efektywność.  
  
  
• Chłodzenie HPC - High Performance Computing można stosować tylko do bezpośredniego chłodzenia wnętrza racków z obciążeniem termicznym do 55 kW. Szafę HPC obsługuje tutaj chłodzona wodą jednostka LCP. Dzięki zintegrowanemu, inteligentnemu kontrolerowi LCP jest w stanie stale dopasowywać przepływ wody i strumień powietrza do wymaganej mocy. LCP zapewnia moc chłodniczą dokładnie w zakresie termicznego obciążenia racków HPC. 
  
  
• System klimatyzacji powietrza obiegowego -  zapewnia nie tylko odprowadzanie mocy termicznej sprzętu IT z data center, lecz także regulację wilgotności powietrza w pomieszczeniu. W trybie cyrkulacji systemy te chłodzą, podgrzewają, filtrują, nawilżają i osuszają powietrze data center. Podłoga techniczna pełni tutaj funkcję kanału zasilającego, zimne powietrze równomiernie rozchodzi się po podłodze technicznej i wypływa do góry przed szafy IT. W ten sposób odprowadzane jest też obciążenie termiczne. Systemy klimatyzacji powietrza obiegowego mogą regulować wilgotność powietrza tak, aby jakość powietrza zawsze spełniała wymogi ASHRAE TC 9.9. 
  
  
• Kontener chłodniczy - dla łatwiejszego transportu i lepszego ustawienia na zewnątrz, efektywne systemy chillerów mogą być też instalowane w ramach kontenerów (ISO). Takie centrale chłodnicze mogą przejmować chłodzenie Data Center i być instalowane w krótkim czasie.  
  
  
• Przestrzenie biurowe - specjalnie do przestrzeni biurowych, w których szafy IT są ustawione bezpośrednio w pobliżu stanowisk roboczych z monitorami, opracowano szereg pasywnych i cichych rozwiązań. Począwszy od akcesoriów do szaf, które umożliwiają chłodzenie, poprzez cyrkulację termiczną, aż po wentylatory biurowe, które przy obniżonym poziomie hałasu zapewniają przepływ powietrza przez szafę. 
   

Powyższe rozwiązania mogą zostać zastosowane adekwatnie do Waszych wyliczeń „na dzisiaj”, ale podczas projektowania systemów chłodzenia warto uwzględnić przyszłe potrzeby i możliwość rozbudowy. Modułowe koncepcje klimatyzacji umożliwiają elastyczne dopasowanie systemów do rosnących wymagań termicznych i technologicznych. Ważne jest, aby systemy chłodzenia były skalowalne i mogły być łatwo dostosowane do zmieniających się warunków.