Модульная система изоляции центра обработки данных: руководство по проектированию и интеграции

Почему модульной системе изоляции центра обработки данных требуется больше, чем физические барьеры

Модульная система изоляции центра обработки данных — это не просто панели потолка, двери и боковые перегородки. Её основная цель — управление подачей приточного воздуха в ИТ-оборудование и возвратом нагретого вытяжного воздуха к системам охлаждения. Недостаточное управление может привести к тому, что холодный воздух будет миновать ИТ-оборудование и/или горячий вытяжной воздух будет смешиваться с приточным. В результате отдельные стойки оборудования могут иметь «горячие точки», а общий центр обработки данных при этом может оставаться в пределах требуемой температуры. При проектировании модульных центров обработки данных всё оборудование должно быть тщательно интегрировано, чтобы уместиться в заданных габаритах. Система изоляции модульного центра обработки данных должна обеспечивать управление потоками горячего и холодного воздуха и одновременно предоставлять техническому персоналу центра обработки данных доступ к оборудованию для прокладки кабелей, замены оборудования и проведения технического обслуживания. Система также должна обеспечивать беспрепятственный проход аварийно-спасательных служб в чрезвычайной ситуации. Изоляция должна проектироваться с учётом реального направления воздушных потоков, габаритов серверных стоек, размещения оборудования и блоков охлаждения. ZTMMDC — компания, специализирующаяся на модульных центрах обработки данных, которая применяет в своих проектах изоляцию «горячих» или «холодных» проходов. ZTMMDC интегрирует такие системы изоляции с другими элементами модульных центров обработки данных: стойками, системами охлаждения, распределения электроэнергии, пожаротушения, а также системами управления и мониторинга. Эта компания ’такой подход является выгодным, когда модульные центры обработки данных имеют ограничения по площади и должны быть гибкими для наращивания вычислительных мощностей.

Он зависит от множества факторов, включая порядок ввода системы в эксплуатацию и её эксплуатацию. Сюда входят способ установки уплотнений между панелями, баланс воздушного потока и управление охлаждением, размещение оборудования и режим эксплуатации системы. Цель состоит в создании стабильной и предсказуемой тепловой среды, а не просто в герметичном закрытии ряда стоек.

Конструктивный дизайн, уплотнение панелей и практические детали монтажа

Проектирование модульной системы герметизации центра обработки данных требует учета множества факторов, помимо массы панелей. Инженерам необходимо учитывать расположение опорных точек, перемещение дверей, выравнивание панелей, отверстия для органов управления и кабелей, нагрузки, возникающие при монтаже и техническом обслуживании, а также подвесные и потолочные панели и компоненты, а также ремонтопригодность петель и защелок панелей доступа. Сейсмические условия и специальные требования пожарной безопасности требуют более тщательного анализа конструкции, соединений, опор и конфигурации системы герметизации. Не существует единой конфигурации герметизации, удовлетворяющей всем требованиям конкретного объекта. Поэтому инженерам необходимо анализировать зазоры и стыки в местах потолка, ограждения и верхних и торцевых частей стоек оборудования.

Негерметичные отверстия позволяют смешиваться воздуху притока и вытяжки, что снижает эффективность систем локализации. Недопустимо перекрывать обязательные вентиляционные проёмы и доступ к системам технического обслуживания, а также к системам обеспечения безопасности здания. Сбалансировать эти противоречивые требования возможно только при совместном участии поставщика систем локализации, инженеров по охлаждению и электроснабжению, специалиста по противопожарной защите и других заинтересованных сторон на этапе проектного обзора. Для модульного центра обработки данных с заводской интеграцией часть этих взаимодействий может быть оценена до отгрузки, что помогает снизить необходимость импровизированных изменений на строительной площадке.

Система герметизации модульного центра обработки данных перед установкой стоек должна быть проверена на непрерывность герметизации, работу дверей, выравнивание и крепление панелей, целостность уплотнений и т. д. Окончательная конфигурация стоек должна соответствовать системам противопожарной защиты и другим системам обеспечения безопасности здания. Более разумно предположить, что совокупность отдельных, взаимосвязанных и интегрированных компонентов не гарантирует автоматического соответствия всей системы предъявляемым требованиям.

Использование анализа воздушных потоков и численного моделирования (CFD) для выявления тепловых рисков до ввода в эксплуатацию

CFDIM vkljuchaet razlichnye instrumenty dlia modelirovanija i optimizacii sistem, v tom chisle holodnyh prokhodov v centrakh obrabotki dannyh. Eti instrumenty pozvoljajut inzheneram opredelit', gde s bol'shoj verojatnost'ju vozniknut 'gorjachie tochki' i kak raspredeljaetsja potok vozduha po vsemu centru obrabotki dannyh. Dlja poluchenija tochnyh rezul'tatov inzheneram neobhodimo vvesti v CFD-model' mnogo detalej. Esli v modeli teplonagruzki prinimajutsja odnorodnymi dlia vseh stojakov, a v dejstvitel'nosti nekotorye stojaki soderzhat mnogo vysokoplotojnyh serverov, takaja model' ne budet tochno simulirovat' naibolee verojatnyj scenarij otkaza. CFD-modelirovanie pozvoljaet inzheneram simulirovat' realistichnye scenarii, takie kak obtekanie vozduhom i chastiche zapolnennye stojaki. Oni mogut opredelit' potok vozduha cherez stojaki, a takzhe potok vozduha cherez podachnye i vozvratnye truby. Ispol'zuja eti instrumenty, inzhenery mogut otsenit' rabotu sistemy v ozhidaemyh pikoovyh uslovijah i opredelit', chto proizojdet, esli odin iz blokov ohlazhdenija vyjdjet iz stroya. Eti instrumenty pomogut opredelit', gde v centre obrabotki dannyh vozniknut 'teplovye' gorjachie tochki.

Глава в Справочнике ASHRAE по центрам обработки данных и телекоммуникационным объектам объясняет, что метод вычислительной гидродинамики (CFD) может помочь прогнозировать эффективность охлаждения. Однако это зависит от точности модели CFD при представлении пространства и устройств, влияющих на воздушный поток. Это критическое ограничение. Чрезмерно сложная и визуально детализированная симуляция не будет надёжной только потому, что для её выполнения используется передовой программный пакет. Представьте инженерный анализ модульного периферийного центра обработки данных. Две стойки в центре обработки данных имеют значительно более высокие тепловые нагрузки по сравнению с остальными стойками, и для устранения этой проблемы запрошено применение систем локализации воздушных потоков.

Следует провести полезные сравнения между тепловой картой стойки и расположением охлаждающих устройств. Необходимо проанализировать рециркуляцию воздуха в верхней части стоек и вблизи концов рядов. Следует определить, достигает ли подаваемый воздушный поток входов серверов. Систему герметизации следует скорректировать на основе прогнозируемых результатов и проверить по измеренным данным в ходе пусконаладочных работ. Если запрашивать показания датчиков температуры на входах типичных стоек и сигналы тревоги охлаждающих устройств, команда сможет оценить, насколько смоделированные условия соответствуют фактическим.

Интеграция охлаждения внутри ряда с архитектурой герметизации

Системы удержания и охлаждения должны быть объединены в единую систему теплового управления. Модульная система удержания для центров обработки данных может разделять подаваемый воздух и горячий выхлоп, но не компенсирует недостаточную мощность охлаждения, неправильное направление воздушного потока и неудовлетворительную конструкцию систем управления. Серия HM In Row Cooling от ZTMMDC размещает точные блоки охлаждения между стойками серверов, сокращая расстояние, которое проходит подаваемый воздух. Данная серия предназначена для центров обработки данных средней и высокой плотности и может быть сконфигурирована с использованием прямого испарения или охлаждения с помощью чиллерной воды — в зависимости от выбранной модели. В опубликованных технических спецификациях указан диапазон охлаждающей мощности от 15 до 62,6 кВт для моделей ZT HM12R–60R и от 32,9 до 61,4 кВт для моделей с охлаждением чиллерной водой ZT HM30RC–80RC. Окончательный выбор должен основываться на конкретной модели, условиях эксплуатации, требуемой мощности охлаждения и ожидаемой тепловой нагрузке на объекте.

Электронные центробежные вентиляторы с плавной регулировкой и компрессоры с переменной частотой вращения доступны на определённых моделях и поставляются в комплекте с сенсорным дисплеем диагональю 7 дюймов. Эти вентиляторы могут подключаться по шине CAN для группового управления до 32 единиц и оснащены функциями диагностики и сервисного обслуживания. В качестве опций доступны двойные источники питания и датчики протечки воды. Устройства выполнены по модульной конструкции и могут быть сконфигурированы для воздушного потока сверху, спереди или сбоку; однако конфигурация должна основываться на расположении входа и выхода воздуха оборудования и планировке зоны изоляции. При интеграции также следует учитывать размещение охлаждающих устройств и согласование зон сервисного доступа с учётом отвода конденсата, электрических соединений, датчиков и систем управления.

Инженеры должны определить, как система охлаждения реагирует на изменения нагрузки ИТ-оборудования, а также способна ли система мониторинга обнаруживать аномальные температуры на входе, аварийные сигналы охлаждения и сбои в коммуникации. В ходе проверки проекта инженеры должны убедиться, что техническое обслуживание стоек возможно без нарушения работы смежного оборудования и что пути движения воздушного потока достаточны. Окончательная система должна быть подтверждена функциональными проверками и пусконаладочными работами на месте, а не предполагаться работающей в штатном режиме при номинальной мощности охлаждения.

Заводская интеграция, пусконаладочные работы и долгосрочная проверка эксплуатационных характеристик

Надежную модульную систему изоляции центра обработки данных следует оценивать на всех этапах — от проектирования и заводской интеграции до транспортировки и ввода в эксплуатацию на объекте. На этапе заводской интеграции при осмотре необходимо проверить габариты отверстий в панелях и крепёжных элементов, совмещение петель и плотность закрытия дверей, зазоры для доступа, интерфейсы датчиков и блоков охлаждения, прокладку кабелей, соответствие собранной компоновки утверждённым чертежам, а также провести испытания работы систем изоляции и охлаждения. Если системы поставляются в виде единого комплекта, то в плане испытаний следует определить функции, которые могут быть проверены до отгрузки, и те, что зависят от условий на месте и состояния интегрированных ИТ-систем. Базовые операции охлаждения и управления можно протестировать до отгрузки, однако окончательные значения температуры в помещении и распределения воздушного потока могут зависеть от условий на месте. После монтажа при вводе в эксплуатацию следует проверить герметичность стыков панелей и работу дверей, работу блоков охлаждения, а также соответствие температуры входящего воздуха в стойки предельным значениям, установленным для ИТ-оборудования. Тепловые проверки следует выполнять по возможности, а релевантные рабочие условия — документировать. Если на объекте предусмотрено несколько режимов эксплуатации, ввод в эксплуатацию следует проводить в наиболее напряжённых условиях.

Институт Uptime описывает ключевые стратегии управления и повышения эффективности систем охлаждения центров обработки данных. Эти стратегии сосредоточены на управлении воздушным потоком, мониторинге и методологии. Они актуальны при оценке модульных центров обработки данных; хотя хорошо спроектированный модульный центр обработки данных может быть более эффективным по сравнению с традиционным строительством, многие из тех же принципов остаются применимыми. Также рекомендуется сохранять документацию, такую как утверждённые чертежи, графики оборудования систем охлаждения, протоколы испытаний, расположение датчиков, параметры срабатывания сигнализации и инструкции по техническому обслуживанию.

Существует множество реальных примеров, когда предположение об оптимальной работе системы после изменения степени загрузки приводило к проблемам, которые становились очевидными сразу же после модернизации на другую стойку. При оценке модульных центров обработки данных наиболее ценными доказательствами, предоставляемыми поставщиком, являются конфигурационно-специфичная схема системы охлаждения с использованием систем изоляции, связанное обоснование, документация ключевых компонентов, акты осмотра на заводе-изготовителе, процедуры ввода в эксплуатацию и чёткое определение обязанностей заказчика. ZTMMDC и серия HM In Row Cooling — это некоторые из продуктов, которые могут быть полезны для проектов, требующих модульного интегрированного решения для центра обработки данных и системы охлаждения. Во всех случаях фактическую производительность системы необходимо сравнивать с проектными параметрами, установленным оборудованием, условиями эксплуатации и проведёнными испытаниями.

Часто задаваемые вопросы

В1: Какова функция модульной системы изоляции центра обработки данных?

Он разделяет пути подачи и возврата воздушного потока, чтобы снизить нежелательное перемешивание, обеспечить подачу охлаждённого воздуха на входы серверов и управлять горячим выхлопным воздухом. Его эффективность зависит от компоновки стоек, герметизации, конструкции системы охлаждения и параметров управления работой.

Вопрос 2: Является ли изоляция «горячего прохода» предпочтительнее изоляции «холодного прохода»?

Ни один из этих вариантов не является универсально лучшим. Правильный выбор зависит от архитектуры охлаждения, компоновки стоек, требований к техническому обслуживанию, конструкции противопожарной защиты и режима эксплуатации объекта.

Вопрос 3: Почему анализ методом CFD полезен для модульных центров обработки данных?

CFD позволяет выявить потенциальные «горячие точки», обходные воздушные потоки и рециркуляцию выхлопного воздуха ещё до ввода в эксплуатацию. Точность его прогнозов зависит от корректности геометрической модели, данных о тепловых нагрузках, допущений относительно воздушных потоков и надлежащей верификации.

Вопрос 4: Как система охлаждения «в ряду» поддерживает изоляцию?

Охлаждающее оборудование устанавливается в ряд рядом с серверными стойками. При правильной согласованности с системой изоляции и направлением воздушного потока оно способствует решению задач локального теплового нагружения и снижает излишнее перемещение воздуха.

Вопрос 5: Что должны проверить покупатели перед принятием системы?

Проверьте утверждённую планировку, герметизацию панелей, работу дверей, холодопроизводительность, конфигурацию воздушного потока, функции мониторинга, протоколы заводских испытаний и результаты ввода в эксплуатацию при типичных режимах работы.