Охлаждане на дата центрове и сървъри

Как се охлаждат сървъри и дата центрове

Всеки път, когато стриймваме видео, правим резервно копие в облака или дори просто разглеждаме уеб страници, ние разчитаме на сървъри в центрове за данни, които да обработват тази информация.
Тези сървъри изразходват много електричество, за да обработват и съхраняват данните.
Цялата енергия, която сървърът консумира, се превръща в топлина и тя трябва непрекъснато да се отвежда,
в противен случай платките ще прегреят и ще се повредят.

Отвеждането на тази топлина също изисква допълнителна енергия.
Някои центрове за данни са построени умишлено в студени райони на света, за да се възползват от безплатния естествен студен въздух.
Дори са провеждани тестове с центрове за данни под вода, за да се намали енергийната консумация за охлаждане.

Въпреки това, центровете за данни все още се нуждаят от механично охлаждане. Нека видим как работи то.

Ако разгледаме един типичен и прост център за данни, ще видим сървърните шкафове в помещението, които обикновено са монтирани върху повдигнат под.
Около стените на помещението се намират CRAC устройства – това означава Computer Room Air Conditioners (климатични системи за компютърни зали).
Тези CRAC устройства засмукват горещия изходящ въздух от сървърите отгоре, охлаждат го и го подават в пространството под пода.

Подовите плочи са направени от плътни материали, които задържат въздуха в това пространство.
Някои от плочите имат вградени решетки, през които въздухът може да преминава.
Тези решетки са стратегически разположени близо до сървърите, за да може студеният въздух да излезе от пода и да бъде засмукан директно в сървърите.

Сървърите имат малки вентилатори, които придвижват въздуха през платките и ги охлаждат – подобно на вашия персонален компютър или лаптоп.
Топлият въздух се отвежда обратно към CRAC устройството, за да бъде изваден от помещението.

При CRAC устройствата имаме два основни типа: с охладена вода (chilled water) и с директно изпарение (direct expansion).
Съществуват и варианти с въздушен поток нагоре (upflow) или надолу (downflow), като най-често срещан е вторият и върху него ще се съсредоточим.

По-малките центрове за данни често използват системи с директно изпарение, при които вътрешен компресор движи хладилния агент в системата.
Вентилатор преминава горещия въздух през топлообменник, наречен изпарител (evaporator), където хладилният агент поема топлината.
Охладеният въздух се подава под пода, а хладилният агент се насочва към кондензатор, разположен отвън, където вентилатор издухва топлината навън.

По-големите центрове за данни използват чилъри – водно охлаждани, или въздушно охлаждащи системи.
При въздушно охлажданите с чилъри, устройството е монтирано отвън и осигурява охладена вода към CRAC устройството.
Водата преминава през топлообменник и поема топлината от въздуха, след което се връща към чилъра, за да се охлади отново чрез хладилен агент.

При водно охлажданите системи чилърът е вътре, а отвън има охладителна кула (cooling tower).
Охладителната кула пръска вода в поток от външен въздух, за да свали температурата ѝ.
Има и сухи охладителни кули, при които топлината се отнема чрез въздушен поток върху топлообменник, без пръскане на вода. Очаквайте още по темата с охладителните кули в следващо видео.  

Някои CRAC устройства са свързани с няколко охлаждащи системи за резервираност.
В по-нови центрове за данни, особено в по-студен климат, се използва „free cooling“ (охлаждане с външен въздух) и изпарително охлаждане.

При този дизайн външният въздух преминава през филтри, след което се охлажда и овлажнява чрез пръскане на вода в потока въздух, и се подава директно към сървърната зала.
Горещият въздух се отвежда обратно навън.

Системите с хладилни агенти също могат да използват „free cooling“, когато външният въздух е достатъчно студен – чрез допълнителен кондензатор или чрез байпас на чилъра с пластинчат топлообменник.

За ефективно проектиране:

• Всички сървъри трябва да бъдат подредени така, че студеният въздух да влиза отпред, а горещият да излиза отзад.
• Решетките в пода трябва да са само пред сървърите, а не в празни или изходящи зони.
• Потокът на въздуха през решетките трябва да е балансиран.
• Пространството под пода трябва да е чисто и без кабели, които да пречат на въздушния поток.

За големи зали с много редове се използва конфигурация „студен коридор“ и „горещ коридор“.
Празните места в шкафовете се запълват с панели, за да се предотврати смесването на въздушните потоци.

Cold aisle containment – студеният коридор се затваря с таван и врати в двата края, за да се избегне смесването на въздуха.
Hot aisle containment – студеният въздух изпълва залата, а горещият коридор е отделен и насочен обратно към CRAC устройствата.