Оптимизатсияи самаранокии маркази додаҳо: Муборизаи амиқ ба усулҳои Freecooling

Дар мақолаи қаблӣ мо васеъшавии босуръати инфрасохтори маркази додаҳо ва афзоиши истеъмоли нерӯи барқро баррасӣ кардем. Азбаски серверҳо ҳангоми кор қувваи барқро ба гармӣ табдил медиҳанд, идоракунии ҳарорати баланд ва хунуккунии ҳам иншоот ва ҳам таҷҳизоти маркази додаҳо як мушкилоти рақами 1 мегардад. барои дастаҳои DC.

Дар ҳоле ки усулҳои анъанавии хунуккунӣ, аз ҷумла кондитсионерҳо ва хунуккунакҳо биноҳо ва серверҳои маркази маълумотро ба таври муассир сард мекунанд, арзиши онҳо як камбудии ҷиддӣ боқӣ мемонад. Сардшавии ройгон дар муқоиса бо усулҳои анъанавӣ сармоягузории назаррасро талаб намекунад, аммо ҳамон сатҳи самаранокӣ ва эътимодро пешниҳод мекунад. Дар ин мақола, ман шарҳи муфассали технологияи хунуккунии ройгонро пешкаш карда, бартариятҳо, маҳдудиятҳо ва талаботҳои татбиқи бомуваффақияти онро нишон медиҳам.

Физикаи сардшавии озод

Барои фаҳмидани физикаи паси хунуккунии ройгон, мо бояд формулаи энергияи гармиро аз нав дида бароем:

Q = mcΔT

Дар ин ҷо, 'Q' миқдори гармии ба даст овардашуда ё гумшударо ифода мекунад, 'm' массаи намунаро ифода мекунад (дар ҳолати мо, массаи ҳаво дар маркази маълумот), 'c' иқтидори гармии хоси ҳаворо ифода мекунад, ва ΔT фарқияти ҳароратро ифода мекунад.

Дар маркази додаҳо манбаи асосии гармӣ CPU мебошад. Одатан, аз 2 то 4 CPU мавҷуд аст, ки ҳар яки онҳо тақрибан 200 ватт кор мекунанд. Тавре ки қаблан муҳокима карда шуд, тамоми энергияи барқе, ки CPU-ҳо истеъмол мекунанд, ба гармӣ табдил меёбанд. Аз ин рӯ, бо 2 CPU, масалан, мо 400 ватт гармиро тавлид мекунем, ки бояд пароканда карда шаванд. Ҳоло ҳадафи мо муайян кардани миқдори ҳаво барои ин мақсад аст.

Параметри ΔT, ё фарқияти ҳарорат, нишон медиҳад, ки ҳарорати ҳавои берунӣ ҳар қадар камтар бошад, барои хунук кардани CPU-ҳо массаи ҳаво камтар лозим аст. Масалан, агар ҳарорати ҳавои воридотӣ 0 ° C ва ҳарорати баромад 35 ° C бошад, ΔT танҳо 35 хоҳад буд, ки талабот ба массаи ҳаворо нишон медиҳад. Аммо, дар мавсими тобистон, хунуккунӣ аз сабаби баланд шудани ҳарорати муҳити зист душвортар мешавад. Ҳарорати берунӣ ҳар қадар баланд бошад, ҳамон қадар миқдори ҳаво барои хунук кардани серверҳо лозим мешавад.

Маҳдудиятҳои ҳарорат дар ҷузъҳои сервер ва шабака

Ҳарчанд сардшавии ройгон метавонад барои иқлими мӯътадил ва сард самаранок бошад, он ҳанӯз ҳам аз сабаби маҳдудиятҳои ҳарорат дар ҷузъҳои сервер маҳдудиятҳо дорад. Ҷузъҳои муҳими IT ва таҷҳизоти шабакавӣ, ба монанди протсессорҳо, хотираи оперативӣ, HDD, SSDs ва дискҳои NVMe, талаботи ҳарорати корӣ доранд:

• Протсессорҳо: макс 89 ° C
• RAM: максимум 75 ° C
• Дискҳои сахт: ҳадди аксар 50 ° C
• SSDs ва дискҳои NVMe: макс 47-48 ° C

Ин маҳдудиятҳо бевосита ба мувофиқати ҳарорати ҳавои беруна барои хунуккунӣ таъсир мерасонанд. Дар минтақаҳое, ки ҳарорати беруна аз ин ҳадди аксар зиёд аст ё ҳатто ба онҳо наздик мешавад, хунуккунии ройгон қобили кор нест, зеро он метавонад аз гармии аз ҳад зиёд ба система зарар расонад. Маҳдудиятҳои минтақавӣ

Тавре ки мо аллакай шарҳ додем, ҳарорати берунӣ бояд ҳамеша аз ҳарорати максималии кории таҷҳизоти IT паст бошад, то хунуккунии ройгон самаранок бошад. Ин тақозо мекунад, ки шароити иқлими маҳалли DC бодиққат ба назар гирифта шавад. Ташкилотҳо бояд пешгӯиҳои дарозмуддати обу ҳаворо таҳлил кунанд, то боварӣ ҳосил кунанд, ки ҳарорат ҳатто дар рӯзҳо ё соатҳои мушаххас аз ҳадди зарурӣ зиёд нашавад. Илова бар ин, бо назардошти мӯҳлати тӯлонии марказҳои додаҳо (одатан 10-15 сол), таъсири гармшавии глобалӣ низ бояд дар қарорҳои ҷойгиршавӣ ба назар гирифта шавад.

Талаботи меъмории гиреҳи сервер

Дар заминаи физика, ноил шудан ба сардшавии муассир дар серверҳо ба таъмини ҷараёни фаровони ҳаво тавассути система такя мекунад. Дар ин раванд меъмории сервер нақши муҳим мебозад.

Баръакс, серверҳое, ки дорои хусусиятҳои мувофиқи тарҳрезӣ нестанд, ба монанди сӯрохҳо ё сӯрохҳо, метавонанд ба ҷараёни ҳаво монеъ шаванд ва эҳтимолан самаранокии умумии механизми хунуккунии ройгонро зери хатар гузоранд.

Назорати намӣ

Сатҳи намӣ як масъалаи дигари муҳим ҳангоми сардшавии ройгон аст. Азбаски мо аз болои шароити намии беруна назорат надорем, ду саволи дахлдор ба миён меояд: аввал, ҳалли сатҳи намӣ ба наздикӣ ё зиёда аз 100% дар дохили маркази додаҳо (DC); дуюм, ҳалли сенарияҳои намии хеле пасти ҳаво, масалан дар рӯзи сардиҳои феврал бо ҳарорати беруна -30°C ва намии нисбӣ аз 2% то 5%. Биёед ин ҳолатҳоро мунтазам тафтиш кунем.

Дар шароити баланд шудани намӣ, нигаронии умумӣ дар бораи пайдоиши эҳтимолии конденсатсия ва таъсири манфии он ба кори таҷҳизот вуҷуд дорад. Бар хилофи ин нигаронӣ, дар минтақаҳои сардшавии доимии доимӣ, ки дар он ҷо раванди хунуккунӣ рух медиҳад, конденсатсия пешгирӣ карда мешавад. Ин ба принсипи он вобаста аст, ки конденсат ҳангоми тамоси ҳавои гарм ва намнок бо сатҳи хунуктар пайдо мешавад. Бо вуҷуди ин, дар дохили системаи хунуккунии ройгони DC ягон элемент аз ҳавои атроф сардтар нест. Дар натиҷа, конденсатсия табиатан монеъ шуда, зарурати чораҳои фаъолро аз байн мебарад.

Баръакс, ҳангоми кор бо намии паст, нигаронӣ ба тавлиди нерӯи статикӣ мегузарад ва ба устувории таҷҳизот таҳдид мекунад. Ин масъала бо конденсатсия алоқаманд нест, аммо ҳалли мушаххасро талаб мекунад. Андешидани чораҳо тартиби заминсозӣ ва татбиқи қабати махсуси фаршро дар бар мегирад. Ин тадбирҳо бо усулҳои муқарраршудаи муҳофизати таҷҳизоти дохилӣ аз қувваи барқи статикӣ мувофиқат мекунанд. Бо ба замин пайваст кардани унсурҳои сохтмонӣ, рафҳо ва таҷҳизоти IT, заряди статикӣ безарар ба замин пароканда карда, тамомияти таҷҳизотро нигоҳ медорад.

Дар иқлими табиӣ, ҳолатҳои намии хеле баланд ё паст хеле кам ба назар мерасанд. Истисноҳои намоён ҳодисаҳои нодирро дар бар мегиранд, ба монанди раъду барқ, ки дар моҳи июл ба 100% намӣ мерасад ё сардиҳои шадид боиси намии хеле паст мегардад. Бо вуҷуди ин, дар аксари вақт сатҳи намӣ дар доираи қобили қабул боқӣ мемонад, ки ҳатто дар сурати набудани дахолати фаъол ба таҷҳизот зарар намерасонад.

Миқдори ҳаво ва суръат

Тавре ки мо аллакай муҳокима кардем, барои осон кардани хунуккунии самаранок ба мо миқдори зиёди ҳавои беруна лозим аст. Ҳамзамон, як талаботи ба назар муқобил ба миён меояд - нигоҳ доштани ҷараёни пасти ҳаво дар дохили бино. Ин парадокс аз мушкилоте, ки ҷараёнҳои баландсуръати ҳаво дар дохили он гардиш мекунанд, реша мегиранд.

Барои содда кардан, суръати баланди ҳаворо ҳамчун ҷараёни устувор аз қубур тасаввур кунед, ки дар атрофи таҷҳизоти IT гардишҳо ва нооромиҳоро ба вуҷуд меорад. Ин нооромӣ эҳтимолан ба ҳаракатҳои номунтазами ҳаво ва аз ҳад зиёд гармшавии маҳаллӣ оварда мерасонад. Барои ҳалли ин масъала, мо аз ҷиҳати стратегӣ ҳадаф дорем, ки суръати умумии ҳаворо 1-2 метр дар як сония дар тамоми фазо ба даст орем.

Нигоҳ доштани ин суръати ҳавоии идорашаванда ба мо имкон медиҳад, ки нооромиро бартараф кунем. Суръати баландтар боиси вайрон шудани ҳаракати ҳаво мегардад. Бо риоя кардани масофаи 1-2 метр дар як сония, мо ҷараёни ҳамвор ва якхелаи ҳаворо фароҳам меорем ва аз гармии маҳаллӣ пешгирӣ мекунем. Ин тавозуни нозук сардшавии оптималии таҷҳизоти IT-ро тавассути канорагирӣ аз домҳои марбут ба ҷараёни ҳавои баландсуръат таъмин мекунад.

Тавре ки дида мешавад, равиши хунуккунии ройгон дар атрофи истифодаи самараноки ҳавои беруна ва афзалиятнокӣ ба суръати пасти ҳавоии дохилӣ назорат мешавад. Ин стратегияи пешбинишуда ба нигоҳ доштани ҷараёни ламинарӣ ва якхелаи ҳаво кӯмак мекунад ва самаранокии сардшавии таҷҳизоти IT-ро таъмин мекунад.

Консепсияи сохтмон

Дар парадигмаи хунуккунии ройгон, каналҳои ҳавоии анъанавӣ дар сохтори бино истифода намешаванд. Баръакси танзимоти анъанавӣ бо каналҳои ҳавоии таъиншуда дар деворҳо, шифтҳо ё минтақаҳои мушаххас, марказҳои коркарди маълумот равиши ғайримуқаррариро қабул мекунанд. Худи бино ҳамчун канали ҳавоӣ сохта шудааст, ки агрегатҳои анъанавии кондитсионерро кӯҳна кардааст. Миқёси бузурги ин каналҳои ҳавоӣ онҳоро ба ҷузъҳои ҷудонашавандаи ҳуҷраҳо ва фаршҳо табдил медиҳад.

Раванди ҷараёни ҳаво вақте оғоз мешавад, ки ҳавои беруна ба бино ворид мешавад ва аз ду намуди филтрҳо мегузарад - филтрҳои дағал ва филтрҳои хуб. Вақте ки ҳаво аз раванди тозакунӣ мегузарад, он аз ҷониби мухлисон ба ҳаҷмҳои васеи биноҳо интиқол дода мешавад, ки баландии тақрибан ба чор ошёна баробар аст. Ин хачми калон ба максади худ хизмат мекунад: суст кардани харакати хаво, паст кардани суръати он то дар як сония 1—2 метри зарурй. Пас аз он, ҳаво ба ҳуҷраи мошинсозӣ меафтад.

Пас аз гузаштан аз утоқи мошинсозӣ, ҳаво сафари худро тавассути рафҳои IT идома дода, ба растаи гарм мегузарад. Аз он ҷо, он ба коллектори ҳавои гарм ворид мешавад, пеш аз он ки тавассути вентиляторҳои ихроҷкунанда хориҷ карда шавад. Ин роҳи сохтории ҷараёни ҳаво раванди муассири сардшавиро ҳангоми нигоҳ доштани суръати ҳавои назоратшаванда таъмин мекунад.

Суръати ҳаво ва ҳаҷм

Интихоби тарҳрезии тарҳрезии истифодаи ҳаҷмҳои васеи сохтмон ба як ҳадафи дуҷониба хизмат мекунад. Вай пеш аз хама барои пай дар пай кам кардани суръати хаво имконият медихад, ки харакати хаво ба суръати дилхох — 1—2 метр дар як сония расад. Ин суръати ҳавои идорашаванда барои пешгирии нооромиҳо ва нигоҳ доштани ҷараёни ламинарӣ муҳим аст, махсусан муҳим аст, ки ҳаво тавассути таҷҳизоти ҳассос IT пеш меравад. Сониян, ҳаҷми назаррас ҳаҷми зарурии ҳаворо барои пароканда кардани гармии тавлидшуда таъмин мекунад. Муносибати ҳамоҳангшудаи суръат ва ҳаҷми ҳаво ба муваффақияти умумии система мусоидат мекунад.

Фишори дифференсиалӣ ҳамчун ронандаи ягонаи идоракунӣ

Дар танзими хунуккунии ройгон, мо аз болои ҳарорати ҳавои берунӣ назорат надорем, ки боиси тағирёбии ҳарорати ҳаво ба Маркази маълумот (DC) мегардад. Бо вуҷуди ин, ҳисоб кардани ҷараёни ҳавои зарурӣ барои хунуккунии таҷҳизот муҳим аст. Барои ҳалли ин масъала мо ба усули фишори дифференсиалӣ такя мекунем.

Дар дохили ҳар як рекки IT серверҳо бо мухлисони дохилӣ бо суръатҳои гуногун кор мекунанд ва ба таври дастаҷамъӣ фишори дифференсиалиро байни пеш ва қафои рейк эҷод мекунанд. Бо серверҳои сершумор, ки ҳар яке ба ҷараёни умумии ҳаво саҳм мегузоранд, ин фарқияти фишор тадриҷан байни гузаргоҳҳои хунук ва гарм зиёд мешавад. Бо истифода аз сенсорҳои фишор дар ҳарду гузар ва берун аз бинои DC, мо метавонем ин фишори дифференсиалиро чен кунем.

Ҳисобкунӣ аз фишори атмосферӣ хориҷ кардани маълумоти сенсори фишор дар растаи гарм ва аз фишори атмосферӣ баровардани маълумоти сенсори фишор дар гузаргоҳи сардро дар бар мегирад. Ҳамин тавр, тавре ки дар мисоли зерин:

Намунаи ҷаҳонии воқеӣ

Пас аз он арзишҳои натиҷавӣ моро дар муайян кардани таъминоти зарурии ҳаво ба DC ва ихроҷи зарурӣ барои ҷуброн кардани кори мухлисони сервер роҳнамоӣ мекунанд. Ба ибораи соддатар, мо эҳтиёҷоти ҷараёни ҳавои худро дар асоси фарқиятҳои фишор муайян мекунем, ки ба мо имкон медиҳад, ки раванди хунуккуниро дар дохили DC самаранок идора кунем.

Палатаи гармкунӣ ва омехта

Системаҳои гармидиҳии анъанавӣ одатан дар марказҳои маълумот бо хунуккунии ройгон татбиқ карда намешаванд. Истифодаи об аз сабаби арзиш ва хатарҳои эҳтимолӣ ба таҷҳизот ғайриоддӣ ҳисобида мешавад. Ин дар вақти хунукиҳои шадид, берун аз -20-30 дараҷа душвор аст. Гарчанде ки таҷҳизот онро хуб идора мекунад, муҳандисон муносибати нармтарро меҷӯянд. Ҳалли шевотарин ва мантиқӣ дар ин ҷо истифодаи дубораи ҳавои гармест, ки тавассути таҷҳизоти IT тавлид мешавад. Ҳавои гармро аз серверҳо ба камераи омехта равона карда, як қисми онро ба ҷараёни асосии ҳаво бармегардонад, система дар фасли зимистон биноро гарм нигоҳ медорад ва имкон медиҳад хароҷоти гармидиҳӣ сарфа карда шавад.

Содда ва эътимоднокӣ

Тезиси калидӣ дар назарияи эътимод тасдиқ мекунад, ки соддагӣ эътимодро ба вуҷуд меорад. Ин ба системаи хунуккунии ройгон дахл дорад, ки ҳамчун мафҳуми бениҳоят содда аст. Система ҳамчун як баррикада амал мекунад, ки ҳаворо аз берун тавассути филтрҳо интиқол медиҳад, онро аз таҷҳизоти IT мегузаронад ва сипас онро хориҷ мекунад.

Набудани системаҳои мураккаб эътимодро баланд мебардорад ва танҳо мухлисон дар ҳавои гарм осебпазириро эҷод мекунанд. Равиши хунуккунии озод мисоли соддагардонии радикалии системаро нишон медиҳад, ки ба таври назаррас эътимоднокӣ тавассути кам кардани шумораи элементҳоро беҳтар мекунад.

Мухлисони DC против Мухлисони сервер

Салоҳияти иерархияи мухлисон боз як саволи асосӣ дар динамикаи ҷараёни ҳаво дар дохили DC мебошад. Тавре ки мо муҳокима кардем, дар сатҳи DC ва дар сатҳи сервер мухлисони калонҳаҷм мавҷуданд. Савол ин аст: оё мухлисони маркази додаҳо танҳо ҳаворо таъмин мекунанд ва мухлисони сервер ба қадри зарурӣ истеъмол мекунанд? Ё ин талабот аз мухлисони сервер сарчашма мегирад ва мухлисони DC-ро маҷбур мекунад, ки талаботи худро иҷро кунанд?

Механизм чунин аст: мухлисони сервер дар ин раванд нақши бартаридошта доранд, ки ҷараёни зарурии ҳаворо муайян мекунанд. Баъдан, мухлисони DC бо интиқоли ҳаҷми зарурии ҳаво ҷавоб медиҳанд. Маълум мешавад, ки агар талаботи маҷмӯӣ аз ҳама серверҳо аз иқтидори таъмини мухлиси DC зиёдтар бошад, он метавонад ба гармшавии эҳтимолӣ оварда расонад.

Ҳамин тавр, ҷавоб ин аст, ки мухлисони сервер дар ин динамикӣ афзалият доранд. Онҳо ҷараёни ҳаворо ташкил карда, миқдори зарурии ҳаворо муайян мекунанд.

Ҳисобкунии самаранокӣ ва PUE

Барои арзёбии самаранокии лоиҳаи DC одатан ҳисобкунии самаранокии истифодаи нерӯи барқ (PUE) истифода мешавад. Формула барои PUE таносуби қувваи умумии иншоот ба қудрати таҷҳизоти IT мебошад:

PUE = Қувваи умумии иншоот / Қувваи Таҷҳизоти IT

Идеалӣ, он ба 1 баробар аст, ки маънои онро дорад, ки тамоми энергия ба таҷҳизоти IT бе талафот равона карда мешавад. Аммо, ноил шудан ба ин сенарияи комил дар лоиҳаҳои воқеӣ хеле кам аст.

Вақте ки мо кӯшиш мекунем, ки методологияи дақиқи ҳисоббарории самаранокии истифодаи нерӯи барқро (PUE) таъсис диҳем, масъалаи дигар ба миён меояд. Ҳамин тариқ, масалан, дар системаи мо, мо як метрика дорем, ки истеъмоли фаврии қувваи барқро бо ватт нишон медиҳад, ки имкон медиҳад PUE-ро дар вақти воқеӣ ҳисоб кунем.

Ғайр аз он, мо метавонем дар тӯли як давраи солона як PUE-и миёнаро ба даст орем, ки бо назардошти тағирёбии мавсимӣ арзёбии ҳамаҷониба пешниҳод мекунад. Ин махсусан бо назардошти нобаробарии истифодаи энергия дар байни фаслҳо мувофиқ аст; масалан, нобаробарии талаботи хунуккунӣ байни моҳҳои тобистон ва зимистон. Ин маънои онро дорад, ки агар мо мехоҳем, ки арзёбии боэътимодтар дошта бошем, мо бояд ба ҳисоби миёнаи солона авлавият диҳем, ки баҳодиҳии мутавозинтар ва ҳамаҷониба таъмин карда шавад.

Инчунин муҳим аст, ки PUE на танҳо аз рӯи энергия, балки воҳидҳои пулӣ омӯхта шавад ва ба ин васила тағирёбии мавсимии нархи нерӯи барқро дар бар гирад. Арзёбии PUE аз нуқтаи назари пулӣ дурнамои бештареро дар бораи самаранокии амалиёт медиҳад.

Ғайр аз он, ин равиш имкониятҳоро барои ба даст овардани арзиши PUE аз 1 ҳангоми чен кардани доллар бо доллар ошкор мекунад. Масалан, вақте ки мо гармии партовро барои гарм кардани об истифода бурда, минбаъд ба шаҳрҳои наздик мефурӯшем, имконпазир мегардад. Мисолҳои қобили таваҷҷӯҳ, ба монанди маркази маълумотҳои Google дар ИМА ва иншооти Яндекс дар Финландия, қобили ҳаёт будани чунин таҷрибаҳоро нишон медиҳанд, бахусус дар минтақаҳое, ки бо хароҷоти баланди энергия тавсиф мешаванд.

Самаранокӣ ва эътимоднокӣ

Нигарониҳо дар бораи кам кардани хароҷот ва баланд бардоштани самаранокӣ аксар вақт саволҳоро дар бораи таъсири манфии эҳтимолӣ ба эътимоднокӣ ба миён меоранд. Бо вуҷуди ин, ман мехоҳам таъкид намоям, ки дар сардшавии озод аз паи самаранокии эътимоднокӣ осеб намерасонад. Ба ҷои ин, таъсири паҳлӯи технологии он ҳатто метавонад самаранокиро баланд бардорад. Масалан, тавре ки мо аллакай муҳокима кардем, интиқоли гармии зиёдатӣ ба насосҳои гармидиҳӣ барои манфиатҳои иловагӣ, ба монанди тавлиди оби гарм барои шаҳрҳои ҳамсоя, бе осебпазирии эътимод ба як таҷрибаи фоиданоки молиявӣ табдил меёбад.

Ояндаи сардшавии озод

Сарфи назар аз ҳама бартариҳои хунуккунии ройгон, саноати маркази додаҳо то ҳол бо равиши консервативӣ асос ёфтааст ва эътимоднокии собитшударо бо тамоюли муқовимат ба ҳалли инноватсионӣ талаб мекунад. Такя ба сертификатсия аз мақомоти монанди Институти Uptime барои маркетинг як монеаи дигареро барои ҳалли ройгони хунуккунӣ, надоштани сертификатсияи муқарраршуда эҷод мекунад, ки провайдерҳои тиҷоратӣ ба онҳо бо шубҳа менигаранд.

Бо вуҷуди ин, тамоюли дар байни гипер-маскалерҳои корпоративӣ мавҷуд аст, ки хунуккунии ройгонро ҳамчун ҳалли асосии DC-ҳои худ қабул кунанд. Дар ҳоле ки шумораи афзояндаи ширкатҳое, ки самаранокии хароҷот ва манфиатҳои амалии ин технологияро эътироф мекунанд, мо интизорем, ки дар 10-20 соли оянда марказҳои иттилоотии хунуккунии корпоративӣ бештар пайдо мешаванд.