klimatyzacja serwerowni

 Określenie sposobu rozdziału powietrza w pomieszczeniu

W chwili obecnej wyjściowymi warunkami przy określaniu sposobu rozdziału i klimatyzacji powietrza w pomieszczeniu powinny być:

Spełnienie w/w warunków w sposób nieprzerwany i maksymalnie bezpieczny (nadmiarowy) determinuje system klimatyzacji wraz z wstępnym określeniem kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych oraz z wymogami jakie muszą być spełnione w pomieszczeniu. Im wyższe są zakładane gęstości mocy w pomieszczeniach komputerowych tym większy jest wpływ projektanta klimatyzacji na ogólną architekturę pomieszczenia, czy wręcz całego Data Center.

Bazując na powyższych warunkach można obecnie rozróżnić 4 podstawowe strategie klimatyzacji we współczesnych pomieszczeniach komputerowych w zależności od mocy zainstalowanej w jednej szafie rakowej:

Wszystkie wymienione powyżej metody klimatyzacji można stosować w jednej serwerowni rozdzielając strefy chłodzenia w zależności od wydajności.
                   
Chłodzenie pomieszczeniowe
Typowym przykładem chłodzenia pomieszczeniowego jest układ z szafami klimatyzacyjnymi z nawiewem górnym i powrotem swobodnym od frontu. Ciągle w zastosowaniu np. dla pomieszczeń UPS i baterii z nastawą 20-22°C

Chłodzenie w układzie „strefa gorąca -strefa zimna"
Dzisiaj zaczynając projektowanie serwerowni z szafami średnio obciążonymi (maksymalnie 6 do 8 kW) przyjmujemy za pewnik rozkład szaf rakowych w układzie „strefa zimna - strefa ciepła".

Za optymalny układ w tej chwili uznaje się konfigurację klimatyzacji: strefa zimna 120 cm, strefa gorąca 90-100 cm. Ustalenie tych wielkości poprzedziły jednak długie badania numeryczne i laboratoryjne nad optymalnym i uniwersalnym rozkładem serwerowni, przy czym większość badań opisywana była dwoma kluczowymi indeksami SHI (Supply Heat Index) i RHI (Return Heat Index).

Indeksy SHI i RHI
Wielkość SHI opisana matematycznie w  określa w jakim stopniu gorące powietrze usuwane z raków miesza się z zimnym powietrzem dostarczanym do strefy zimnej, natomiast wielkość RHI jest indeksem opisującym w jakim stopniu gorące powietrze z raków miesza się z zimnym powietrzem zanim powróci do klimatyzatorów.
Suma obu indeksów zawsze jest równa 1, co oznacza, że im wyższa wartość RHI tym jest lepszy rozkład przepływu powietrza i mniejsze mieszanie powietrza gorącego z zimnym.
Jednym z pierwszych oczywistych wniosków wynikającym z analizy indeksów było, że doprowadzenie układu klimatyzacyjnego do formy w której SHI =0 oraz RHI =1, jest rozwiązaniem wszelkich problemów z klimatyzacją. Oczywiście powstały takie układy klimatyzacyjne oraz klimatyzatory, które działają w takich systemach, jednakże ich bardzo wysokie koszty oraz duży wpływ na inne instalacje w pomieszczeniach komputerowych powodują, że zasadność ich stosowania wymaga złożonej analizy.
Indeksy RHI i SHI sąnie tylko narzędziem do zrozumienia przepływu ciepła w pomieszczeniach komputerowych, ale sugerują także sposoby do zwiększenia wydajności energetycznej systemów klimatyzacji. Poprawnie zaprojektowanym układzie klimatyzacyjnym, po zapewnieniu wszystkim serwerom odpowiedniej temperatury i ilości powietrza na zasysaniu, o sprawności energetycznej systemu klimatyzacji świadczy temperatura powietrza powracającego do klimatyzatora, im wyższa (oczywiście w dopuszczalnym dla klimatyzatora zakresie zwykle do 30°C) tym lepiej.

Indeks RCI
Następnym z indeksów wprowadzonym w toku analiz problemów chłodzenia współczesnych pomieszczeń komputerowych był indeks RCI (Rack Cooling Index), czyli Indeks
                                
Chłodzenia Szaf Rakowych.
Ogólnie służy on do określania skuteczności klimatyzacji raków oraz wyznaczania wydajności energetycznej systemów klimatyzacyjnych, co jest możliwe dzięki dwóm podindeksom RCIHI oraz RCILO. Pierwszy indeks RCIHI mierzy procent szaf rakowych dla których temperatury powietrza na zasysaniu przez sprzęt komputerowy są niższe lub równe przyjętym standardom.
RCIHI = 100% oznacza, że temperatura na zasysaniu sprzętu we wszystkich szafach rakowych jest niższa lub równa przyjętym standardom.
Drugi indeks RCILO określa jaka ilość sprzętu otrzymuje powietrze o temperaturze zbyt niskiej w stosunku do wymagań producentów.
RCILO = 100% oznacza, że temperatura na zasysaniu sprzętu we wszystkich szafach rakowych jest wyższa lub równa od rekomendowanej. We wstępnej fazie badań nad indeksem w klasycznych serwerowniach z nawiewem dolnym spod podłogi i szafach klimatyzacyjnych z bezpośrednim odparowaniem wartość indeksu RCILO = 40%, co oznaczało, że aż 60 procent sprzętu zasysało powietrze o niepotrzebnie niskiej temperaturze.
Najdokładniejszym sposobem określenia optymalnych temperatur są wytyczne producentów klimatyzacji, ale analiza taka jest bardzo pracochłonna. W związku z tym w chwili obecnej przyjmuje się standard ASHRAE Thermal Guideline (20-25°C) dla środowisk CLASS 1, albo NEBS (18-27°C), przy czym przy projektowaniu i późniejszym ustawianiu nawiewów zakładamy zwykle temperatury z przedziału (18-22°C).
Doświadczenia z uruchomiania systemów klimatyzacyjnych w serwerowniach, wykazały że spełnienie w/w indeksów jest możliwe przy podniesieniu aż do 27°C nastaw na szafach klimatyzacyjnych zasilanych wodą lodową. Niestety zmiana nastawy temperatury (zwykle średnia temperatura powietrza powracającego) na sterownikach szaf klimatyzacyjnych na wyższą niż 22°C, spotyka się z powszechnym (piszę oględnie żeby nikogo nie urazić) oporem. Kilku użytkowników udało się przekonać do prób z podnoszeniem temperatur powietrza do 26°C, a jedna duża serwerownia od roku pracuje z powodzeniem na nastawach 27°C.
Indeksy RCI miały decydujący wpływ na opracowanie zupełnie nowych rodzajów systemów klimatyzacyjnych, przy czym co ciekawe dwa najdoskonalsze systemy na rynku, czyli rzędowy A RC system oraz LiXD (od niedawna jest model rzędowy) bazując na odmiennych ideach są równie skuteczne.
                             
Podstawowe wytyczne dla układu „hot isle-cold isle"
O ile zaprojektowanie klimatyzacji takiego układu  kompletnego i z góry znanego obciążenia poszczególnych szaf rakowych jest zadaniem prostym o tyle utrzymanie tego układu w warunkach pracy serwerowni jest, jak się okazuje, bardzo trudne i wymaga zachowania kilku reguł postępowania przy wprowadzaniu zmian i dostawianiu dodatkowego sprzętu komputerowego.