Широко известный факт, что львиная часть затрат при функционировании дата-центров приходится на систему вентиляции серверных залов. Сначала киловатты косвенно идут на нагрев оборудования, потом эти же киловатты идут и на отвод генерируемого оборудованием тепла. Зачастую наиболее эффективным способом охлаждения, разгоряченного серверного оборудования, выступает атмосферное вентилирование, без предварительного охлаждения. Используя максимально широко прохладный воздух из вне, владельцы ЦОД получают существенную экономию электроэнергии, ведь основные энергозатраты вентиляционных систем идут не на доставку воздуха, а именно на его охлаждение. Метод вентиляции, при котором поступающие из вне воздушные масс не проходят дополнительной обработки, получил название свободное вентилирование.
Очевидно, что климат каждой конкретной местности накладывает свои ограничения на возможность использования отобранного из атмосферы воздуха в качестве бесплатного охлаждающего носителя. Прежде всего нужно учитывать, что он может использоваться не везде и во вторых не всегда, более того воздушные массы по всей планете весьма не однородны, что особо критическим фактором, кроме температуры воздуха естественно, является его влажность.
Исследовательская группа ASHRAE (аббревиатура от Американское Сообщество Инженеров Отопительных и Охлаждающих Вентиляционных Систем), много лет как работает над исследованием допустимого диапазона воздушных масс, которые возможно применить для охлаждения оборудования в дата-центрах. Специальный подкомитет этой организации, что и занимается непосредственно исследованием дата-центров, предоставил отчет в котором исследователи пришли к однозначному выводу. Увеличение температуры в серверном зале всего на несколько градусов, в сравнение с наиболее часто рекомендуемым диапазоном 18-24 градуса, может существенно расширить географию и временные периоды охлаждения оборудования ЦОД атмосферным воздухом, без дополнительных механических манипуляций с ним. Главным же условием, которое непременно должно было быть соблюдено в ходе исследований, экономия на энергозатратах ЦОД, не должна подвергать оборудование никакому риску, ведь диапазон рабочих температур у него весьма гибкий.
Но до какой меры можно эту температуру повышать? Ведь в погоне за прибилью, можно поставить под удар дорогостоящее оборудование — утверждают скептики пересмотра норм. В этом русле стало весьма интересным исследование инженеров корпорации Google. Имея в своем активе огромную сетевую инфраструктуру, для компании вопрос повышения температур стал решающим для эффективного ведения своей деятельности. В первую очередь исследователи определили в сетевой связке «слабое звено», которое наиболее подвержено опасности выхода из строя. В этом состязании, с серьезным отрывом, пальму первенства взяли «жесткие диски». Именно они больше всего подвержены воздействию высоких температур, вдобавок к этому они еще и сами являются мощными генераторами избыточного тепла. После того как был определен испытуемый, в ход пошли всевозможные тесты с целыми партиями дисков. Большенство испытаний показало, что связь между температурным режимом функционирования дисков и возникновение ошибок в их работе конечно же есть, но не все так линейно, как могло бы было показаться.
Согласно представленной статистике низкие рабочие температуры(от 15оС до 30оС) могут стать не менее опасными для дисков нежели температурный режим 45оС и выше.
В этом контексте можно вспомнить то обстоятельство, что дата-центры это не только сетевое «железо», но также и живые люди, без которых это все оборудование не более чем высоко технологический металлолом. Согласно действующим, к примеру у нас санитарным нормам(ГОСТ30494—2011), максимально допустимая температура в публичных, не жилых помещениях, может достигать 31оС. К слову, этот допуск тоже существенно выше рекомендуемого температурного диапазона в серверных залах.
Исследовательская группа ASHRAE за время своего существования уже трижды пересматривала рекомендуемый диапазон рабочей температуры в серверных и каждый раз пересмотр был в сторону ее увеличения. Хронология этих решений 2004, 2008, 2011 год, видимо сейчас пришло время, не нарушая временной шаг, снова дождаться еще одного подобного решения. Кроме как температурный диапазон, не мало важным фактором выступает влажность циркулирующего в дата-центре воздуха. Взаимосвязь влаги и температуры воздуха это неразрывные параметры. Хотя сейчас уже и существуют новые дата-центры где эти характеристики поставлены под жесткий контроль, для многих ранее возведенных ЦОД это существенный задел для модернизации.
Согласно подготовленной спецификации от ASHRAE, существуют три режима работы оборудования при разных физических свойствах воздушных масс:
Рекомендуемый: условия среды которые обеспечивают высокую производительность и бесперебойный режим оборудования.
Допустимый: режим работы оборудования осуществляется при параметрах не превышающим рекомендуемые поставщиком.
Временный: оборудование может работать некоторое время при условиях существенно превышающих параметры рекомендуемые поставщиком, однако при длительной работе условия среды могут привести к выходу оборудования из строя.
Как следует из последнего отчета упомянутой группы, наиболее эффективное использование оборудования состоит как раз в четко спланированном чередовании всех трех режимов работы.
В этом свете стало весьма занимательным исследование сотрудниками Университета Миссури, по влиянию низкой влажности воздуха на возникновение электростатических разрядов в серверном оборудовании. Именно это обстоятельство на данный момент выступает основным ограничивающим параметром при экстремальном снижении влаги в циркулирующем воздухе. Исследование как и следовало ожидать показало прямую зависимость между возрастанием статического заряда в «цепях» при снижении уровня влажности атмосферы, и результат обратный при повышении влажности. В исследование было доказано, что нижним порогом влажности воздуха в серверной может выступать значение в промежутке 8-25%. Именно при этом уровне влаги статическое электричество не сказывается на работе оборудования. Результаты этого исследования также учитывались при формировании своих рекомендаций инженерами ASHRAE.
Связь между температурой и влажностью атмосферного воздуха довольно проста: чем воздух холоднее тем более он сухой. В свою очередь чрезмерно сухой воздух, как уже упоминалось, может стать причиной накопления статического заряда в электрических цепях и как результат может привести к выводу из строя чувствительных компонентов. Последнее обстоятельство приносит понимание, что с проблемой чрезмерно сухого воздуха могут столкнутся не только дата-центры сооружаемые в пустынных регионах, с горячим, сухим климатом, но также функционирующих на вполне «комфортных» умеренных широтах. В зимний период года, эксплуатирующие ИТ-инфраструктуру службы, не учтя всех рисков забираемого из атмосферы воздуха, могут получить нештатные ситуации с грозящие выходом из строя сетевого оборудования.
В тоже время инженеры в своем опубликованном труде рассматривают проблему особо широко, к примеру зная такую негативную особенность сухого воздуха как порождение статического заряда, они тут же предлагают комплекс мер для борьбы с ним. Основным союзником в этом вопросе выступают материалы, которые не так подвержены накоплению статики, а также эффективные методы ее рассеивания.
Успешно функционирующим примером, где полноценно реализована система контроля за влажностью воздуха, могут послужить недавно возведенные дата-центры Facebook в Орегоне и Северной Каролине. Контролируя влажность в серверных залах, сетевые инженеры смогли выйти на показатель среднего PUE менее чем 1.1.
«Наблюдая в данный момент небольшой спад темпов прогресса в аппаратной части ИТ-инфраструктуры, мы становимся свидетелями более интенсивного роста в «ширь». За последнии 20 лет мир на столько быстро преобразился, что порой были упущены из виду простые решения, которые могут сделать работу компонентов ИТ-инфраструктуры существенно эффективнее» — упоминается в опубликованном отчете, а также подытоживаеться «Вместо того, что б воздвигать по всей планете твердыни противостоящие окружающему миру, мы должны использовать каждую конкретную локацию максимально эффективно, также эффективно мы должны использовать неисчерпаемый запас энергии заключенной в атмосфере. Естественно, в малых масштабах применять такого рода системы охлаждения возможно и не слишком оправдано, но когда речь идет о гигантских дата-центрах, на протяжении лет экономический эффект от этих систем будет исчисляется миллионами долларов».
Очевидно, что климат каждой конкретной местности накладывает свои ограничения на возможность использования отобранного из атмосферы воздуха в качестве бесплатного охлаждающего носителя. Прежде всего нужно учитывать, что он может использоваться не везде и во вторых не всегда, более того воздушные массы по всей планете весьма не однородны, что особо критическим фактором, кроме температуры воздуха естественно, является его влажность.
Исследовательская группа ASHRAE (аббревиатура от Американское Сообщество Инженеров Отопительных и Охлаждающих Вентиляционных Систем), много лет как работает над исследованием допустимого диапазона воздушных масс, которые возможно применить для охлаждения оборудования в дата-центрах. Специальный подкомитет этой организации, что и занимается непосредственно исследованием дата-центров, предоставил отчет в котором исследователи пришли к однозначному выводу. Увеличение температуры в серверном зале всего на несколько градусов, в сравнение с наиболее часто рекомендуемым диапазоном 18-24 градуса, может существенно расширить географию и временные периоды охлаждения оборудования ЦОД атмосферным воздухом, без дополнительных механических манипуляций с ним. Главным же условием, которое непременно должно было быть соблюдено в ходе исследований, экономия на энергозатратах ЦОД, не должна подвергать оборудование никакому риску, ведь диапазон рабочих температур у него весьма гибкий.
Но до какой меры можно эту температуру повышать? Ведь в погоне за прибилью, можно поставить под удар дорогостоящее оборудование — утверждают скептики пересмотра норм. В этом русле стало весьма интересным исследование инженеров корпорации Google. Имея в своем активе огромную сетевую инфраструктуру, для компании вопрос повышения температур стал решающим для эффективного ведения своей деятельности. В первую очередь исследователи определили в сетевой связке «слабое звено», которое наиболее подвержено опасности выхода из строя. В этом состязании, с серьезным отрывом, пальму первенства взяли «жесткие диски». Именно они больше всего подвержены воздействию высоких температур, вдобавок к этому они еще и сами являются мощными генераторами избыточного тепла. После того как был определен испытуемый, в ход пошли всевозможные тесты с целыми партиями дисков. Большенство испытаний показало, что связь между температурным режимом функционирования дисков и возникновение ошибок в их работе конечно же есть, но не все так линейно, как могло бы было показаться.
Согласно представленной статистике низкие рабочие температуры(от 15оС до 30оС) могут стать не менее опасными для дисков нежели температурный режим 45оС и выше.
В этом контексте можно вспомнить то обстоятельство, что дата-центры это не только сетевое «железо», но также и живые люди, без которых это все оборудование не более чем высоко технологический металлолом. Согласно действующим, к примеру у нас санитарным нормам(ГОСТ30494—2011), максимально допустимая температура в публичных, не жилых помещениях, может достигать 31оС. К слову, этот допуск тоже существенно выше рекомендуемого температурного диапазона в серверных залах.
Исследовательская группа ASHRAE за время своего существования уже трижды пересматривала рекомендуемый диапазон рабочей температуры в серверных и каждый раз пересмотр был в сторону ее увеличения. Хронология этих решений 2004, 2008, 2011 год, видимо сейчас пришло время, не нарушая временной шаг, снова дождаться еще одного подобного решения. Кроме как температурный диапазон, не мало важным фактором выступает влажность циркулирующего в дата-центре воздуха. Взаимосвязь влаги и температуры воздуха это неразрывные параметры. Хотя сейчас уже и существуют новые дата-центры где эти характеристики поставлены под жесткий контроль, для многих ранее возведенных ЦОД это существенный задел для модернизации.
Согласно подготовленной спецификации от ASHRAE, существуют три режима работы оборудования при разных физических свойствах воздушных масс:
Рекомендуемый: условия среды которые обеспечивают высокую производительность и бесперебойный режим оборудования.
Допустимый: режим работы оборудования осуществляется при параметрах не превышающим рекомендуемые поставщиком.
Временный: оборудование может работать некоторое время при условиях существенно превышающих параметры рекомендуемые поставщиком, однако при длительной работе условия среды могут привести к выходу оборудования из строя.
Как следует из последнего отчета упомянутой группы, наиболее эффективное использование оборудования состоит как раз в четко спланированном чередовании всех трех режимов работы.
Влияние низкой влажности на электроцепи
В этом свете стало весьма занимательным исследование сотрудниками Университета Миссури, по влиянию низкой влажности воздуха на возникновение электростатических разрядов в серверном оборудовании. Именно это обстоятельство на данный момент выступает основным ограничивающим параметром при экстремальном снижении влаги в циркулирующем воздухе. Исследование как и следовало ожидать показало прямую зависимость между возрастанием статического заряда в «цепях» при снижении уровня влажности атмосферы, и результат обратный при повышении влажности. В исследование было доказано, что нижним порогом влажности воздуха в серверной может выступать значение в промежутке 8-25%. Именно при этом уровне влаги статическое электричество не сказывается на работе оборудования. Результаты этого исследования также учитывались при формировании своих рекомендаций инженерами ASHRAE.
Термодинамика
Связь между температурой и влажностью атмосферного воздуха довольно проста: чем воздух холоднее тем более он сухой. В свою очередь чрезмерно сухой воздух, как уже упоминалось, может стать причиной накопления статического заряда в электрических цепях и как результат может привести к выводу из строя чувствительных компонентов. Последнее обстоятельство приносит понимание, что с проблемой чрезмерно сухого воздуха могут столкнутся не только дата-центры сооружаемые в пустынных регионах, с горячим, сухим климатом, но также функционирующих на вполне «комфортных» умеренных широтах. В зимний период года, эксплуатирующие ИТ-инфраструктуру службы, не учтя всех рисков забираемого из атмосферы воздуха, могут получить нештатные ситуации с грозящие выходом из строя сетевого оборудования.
В тоже время инженеры в своем опубликованном труде рассматривают проблему особо широко, к примеру зная такую негативную особенность сухого воздуха как порождение статического заряда, они тут же предлагают комплекс мер для борьбы с ним. Основным союзником в этом вопросе выступают материалы, которые не так подвержены накоплению статики, а также эффективные методы ее рассеивания.
Успешно функционирующим примером, где полноценно реализована система контроля за влажностью воздуха, могут послужить недавно возведенные дата-центры Facebook в Орегоне и Северной Каролине. Контролируя влажность в серверных залах, сетевые инженеры смогли выйти на показатель среднего PUE менее чем 1.1.
«Наблюдая в данный момент небольшой спад темпов прогресса в аппаратной части ИТ-инфраструктуры, мы становимся свидетелями более интенсивного роста в «ширь». За последнии 20 лет мир на столько быстро преобразился, что порой были упущены из виду простые решения, которые могут сделать работу компонентов ИТ-инфраструктуры существенно эффективнее» — упоминается в опубликованном отчете, а также подытоживаеться «Вместо того, что б воздвигать по всей планете твердыни противостоящие окружающему миру, мы должны использовать каждую конкретную локацию максимально эффективно, также эффективно мы должны использовать неисчерпаемый запас энергии заключенной в атмосфере. Естественно, в малых масштабах применять такого рода системы охлаждения возможно и не слишком оправдано, но когда речь идет о гигантских дата-центрах, на протяжении лет экономический эффект от этих систем будет исчисляется миллионами долларов».
Комментарии (5)
beho1der
11.06.2015 19:29Можно вопрос. Если например зимой холодный воздух(-20С) мешается с горячим воздухом из серверной(+24С) и снова поступает в серверную(своеобразная обратная связь)
Не будет ли образовыватся конденсат в самой серверной?
berez
11.06.2015 20:07+1Абсолютная влажность холодного воздуха низкая. А это значит, что когда он нагреется, он станет очень сухим (по показателям относительной влажности).
Влага из горячего воздуха будет конденсироваться в момент его охлаждения (т.е. в зоне смешивания с холодным воздухом с улицы будет выпадать туман). Если ее в этот момент улавливать и осаждать, а затем пускать в серверную относительно сухой и прохладный воздух, то в серверной конденсат образовываться не будет.beho1der
11.06.2015 21:21Ага спасибо, примерно таки думал! Плохо что получается воздух сухой и по хорошему его нужно увлажнять.
Moskus
12.06.2015 05:56+1Еще в статье была бы уместна карта величины годовой вариации температуры, показывающая, где она больше меняется, а где — меньше. Потому как важна еще стабильность этой самой более или менее прохладной погоды.
Rumlin
также неоднородны с временем года.
Из всей карты выпадают обширные континентальные области, если дата-центр не закапывать на глубину, где температура стабильна. Т.е. ограничивается география прибрежными зонами ближе к Арктике. Исландия например.