Модернизация центров обработки данных (ЦОД) в производственных зданиях представляет собой непростую задачу. Существенное воздействие на процесс оказывают такие факторы, как существующие границы помещений, их высота и наличие наружных окон. Путь к экологической чистоте ЦОД лежит через правильный выбор системы охлаждения, на которую обычно приходится около половины всей потребляемой электроэнергии. В этой статье мы продемонстрируем современные методы охлаждения, минимизирующие воздействие на окружающую среду в модернизированных ЦОД на предприятиях.

Предпосылки
В головном офисе компании Delta Electronics, который расположен в Тайбэе (Тайвань), было два ЦОД в разных зданиях. Разработанный проект модернизации предусматривал их объединение для большей централизации ресурсов и систем. Основными целями проекта стали обеспечение высокой надежности, экологическая чистота и возможность наращивания мощности ЦОД путем добавления новых модулей.

Delta Electronics – транснациональная компания с офисами продаж, заводами и исследовательскими центрами во многих странах мира. Для эффективной глобальной деятельности таким компаниям жизненно необходим высокий уровень компьютеризации. Главнейшим условием бесперебойной работы критически важных систем и ИТ-приложений, таких как система планирования бизнес-ресурсов (ERP), почтовый сервер, веб-сервер и серверы приложений, является надежность инфраструктуры ЦОД.

Философия бренда Delta – «Smarter, Greener, Together». Руководствуясь этим девизом, компания поставила перед собой задачу: показатель энергетической эффективности (PUE) нового ЦОД не должен превышать 1,43, чтобы достичь золотого уровня по стандарту Green Grid.

Обзор
Общая площадь нового ЦОД составляет около 230 кв.м. В зонах A/B циркулирует холодный воздух, в зонах C/D – горячий. Для оборудования предусмотрены 63 стойки; ожидается, что потребляемая мощность в течение ближайших пяти лет будет доведена до 240-280 кВт. В отдельном помещении располагаются два источника бесперебойного питания (ИБП) и несколько батарейных кабинетов. Для мониторинга состояния в ЦОД установлен блок светодиодных панелей (2x3), на которые выводятся данные из системы управления инфраструктурой ЦОД (Delta InfraSuite Manager), информация о степени загрузки ИТ-оборудования и изображение в реальном времени с видеокамер.

Система охлаждения

В двух прежних ЦОД имелись серьезные проблемы с охлаждением, из-за чего потребление электроэнергии было крайне завышенным. Показатель PUE равнялся 2,01, то есть на каждый киловатт, потребляемый ИТ-оборудованием, приходилось столько же на устройства, не выполняющие обработку данных. Для того чтобы кардинальным образом повысить энергоэффективность и сделать PUE не превышающим 1,43, в Delta предприняли следующие шесть контрмер:

1. Зоны горячего / холодного воздуха и межрядные кондиционеры RowCool
Организация зон горячего и холодного воздуха предотвращает смешивание потоков и повышает эффективность охлаждения. Применение межрядных кондиционеров Delta RowCool, устанавливаемых вблизи зон температурного максимума, помогает устранить перегрев и обеспечить оптимальный температурный режим для ИТ-оборудования.

2. Система водяного охлаждения
Система водяного охлаждения обеспечивает экономию энергии на 30% по сравнению с традиционным воздушным охлаждением. Например, для системы с холодопроизводительностью 40RT (40 тонн охлаждения) энергопотребление таким способом снижается с 1,25 кВт/RT до 0,89 кВт/RT.

3. Регулируемая система охлаждения
Регулируемая скорость вращения вентиляторов и возможности управления переменным потоком жидкости в системах RowCool позволяют добиться значительного энергосбережения. Если вентилятор вращается на 10% медленнее, экономия энергии составляет 27%. Заметим, что регулирование применено не только в вентиляторах постоянного тока системы RowCool, но и в наружных блоках – вентиляторы охлаждающих камер вращаются с переменной скоростью, а насосы конденсатора и охлажденной воды управляют объемом ее подачи.

4. Естественное охлаждение (воздух / вода)
Климатические условия Тайбэя позволяют использовать естественное охлаждение 46% времени в году. Когда температура опускается ниже 25℃, автоматически включается естественное охлаждение воздуха, и в помещения ЦОД начинает поступать наружный холодный воздух. Отпадает необходимость подавать питание на кондиционеры RowCool, насосы, охлаждающие камеры и агрегаты. Если температура падает ниже 15℃, автоматически включается естественное охлаждение воды через теплообменники и охлаждающие камеры, а охлаждающие агрегаты ЦОД отключаются для экономии энергии.

5. Интеллектуальная синхронизация систем кондиционирования ЦОД и всего здания
Здание штаб-квартиры Delta в Тайбэе отмечено Бриллиантовым сертификатом за то, что потребляет на 58% меньше электроэнергии, чем типовое офисное здание. В здании имеется две системы кондиционирования:

Для того чтобы в дневное время в максимальной степени использовались ресурсы высокоэффективной системы кондиционирования здания, охлаждающие агрегаты ЦОД отключаются, а холодная вода поступает из общей офисной системы. На ночь включаются охлаждающие агрегаты ЦОД, обеспечивающие поддержание нужной температуры в помещениях работающего круглосуточно центра. Системы кондиционирования ЦОД и всего здания интеллектуальным образом синхронизированы, что позволяет оптимизировать потребление энергии.

6. Оптимальный температурный режим в ЦОД
Рекомендованная температура в ЦОД, согласно различным национальным стандартам, составляет от 18 - 27℃ до 20 - 25℃. Как правило, на практике в ЦОД поддерживается температура 18 - 20℃, что вполне удовлетворяет рекомендациям, но существует потенциал для ее безболезненного повышения.

Практика показывает, что увеличение температуры в ЦОД на 1℃ позволяет снизить энергопотребление на 2-3%. Тогда, если поднять температуру зоны холодного воздуха с 18-20℃ до 25℃, в ЦОД можно добиться экономии энергии на 10-14%.

Еще одним энергосберегающим фактором может стать повышение температуры воды, подаваемой в кондиционеры RowCool. Обычно такую воду охлаждают перед подачей до 7℃. Если поднять температуру воды до 13℃, в ЦОД можно добиться экономии энергии на 20%.

Delta поставляет комплексные решения для инфраструктуры ЦОД. Помимо систем охлаждения, в новом центре были смонтированы высокоэффективные системы питания, модульные стойки и система мониторинга и управления, что сделало его экологичным во всех отношениях.

Система питания

Основные требования к ЦОД – это высокая надежность, эффективность и масштабируемость. Не всякая система питания способна соответствовать им. В агрегатной нового ЦОД установлен ИБП Delta Modulon серии DPH – полностью модульное устройство с возможностью горячей замены, обладающее КПД AC-AC до 96%. Масштабируемые модули питания обеспечивают наращивание мощности ЦОД в средне- и долгосрочной перспективе.

Выпускаемые компанией Delta кабинеты и блоки распределения питания также обладают модульной структурой. Например, выходные размыкатели поддерживают горячую замену и могут обслуживать до 42 блоков для каждого электрощита. Кабинеты и блоки распределения питания обеспечивают высокий уровень защиты, возможности мониторинга, гибкость и масштабируемость – все, что нужно для соблюдения актуальных требований к энергоснабжению ЦОД.

Стойки и аксессуары

Управление потоками воздуха важно для ЦОД с модульными стойками, обладающими плотностью мощности от средней до высокой. В долгосрочной перспективе энергопотребление нового ЦОД Delta планируется довести до 10-15 кВА на одну стойку. Модульные стойки Delta характеризуются рассеиванием тепла через перфорацию, составляющую 70 % всей площади стойки, что позволяет добиться высокой плотности монтажа аппаратуры. Основание стойки выдерживает 1420 кг статической нагрузки или 1000 кг при перемещении на колесиках; тем самым в ЦОД экономится полезное пространство.

Система мониторинга и управления

Система мониторинга и управления ЦОД InfraSuite Manager обрабатывает данные, поступающие с различных устройств, на единой платформе. Датчики EnviroProbe и станция EnviroStation тесно взаимодействуют, что позволяет немедленно реагировать на малейшие изменения, регулировать энергопотребление, управлять системами питания и безопасности, осуществлять мониторинг окружающей среды и серверного оборудования. Накопленная информация о показателях энергопотребления (PUE) помогает ИТ-специалистам в анализе и управлении энергопотреблением.

Позитивные результаты
Новый ЦОД, в котором применены «зеленые» системы охлаждения и питания, а также модульные стойки, обеспечивает компании следующие преимущества：

• Оптимизация показателя PUE：PUE снизился с 2,01 до 1,44 за период с июля по октябрь 2014 г. Ожидается, что ЦОД вскоре достигнет золотого уровня по этому показателю. С наступлением зимы PUE станет еще ниже благодаря расширению возможностей естественного охлаждения.
  
• Энергосбережение：Общее потребление энергии снизилось на 30%.
• Экономия пространства：Площадь, занимаемая ЦОД, уменьшилась с 300 кв.м (170+130) до 230 кв.м – то есть на 23%.

Подразделение Delta Mission Critical Infrastructure Solutions (MCIS) еще раз продемонстрировало, что решения InfraSuite для построения инфраструктуры ЦОД позволяют создать простые в обслуживании, обладающие высокой надежностью и энергоэффективностью центры обработки данных с модульной конструкцией и возможностью масштабирования.