Verstehen, wie ein Datenzentrum funktioniert
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Verstehen, wie die Klimatisierung eines Rechenzentrums funktioniert
Mit der zunehmenden Menge an Informationen und dem Grad der Computerisierung von Arbeitsabläufen wird die Frage nach der Sicherheit dieser Informationen beim ununterbrochenen Betrieb von Servern immer akuter. Ein Versagen in diesem Bereich kann alle Aktivitäten des Unternehmens aussetzen und zu schweren Verlusten führen. Eine der wichtigsten Voraussetzungen für einen stabilen Serverbetrieb ist die Aufrechterhaltung der optimalen Lufttemperatur im Volumen der Serverräume, was durch den Einsatz spezieller Systeme auf der Grundlage von Präzisionsklimasystemen erreicht wird.
Der Betrieb eines Rechenzentrums ist energieintensiv und das Kühlsystem verbraucht oft genauso viel (oder mehr) Energie wie die Computer, die es unterstützt.
In diesem Artikel werden wir einige der am häufigsten verwendeten Technologien zur Kühlung von Rechenzentren sowie die neuen Ansätze der CFD-Simulation betrachten.
Gestaltung von Kalt- und Warmgängen
Dies ist ein Rack-Layout für Rechenzentren, das abwechselnde Reihen von „kalten“ und „warmen“ Gängen verwendet.
Vor den Racks befinden sich Kaltluftdurchlässe (in der Regel über Gitter), damit die Server die Luft ansaugen können, während die Warmluftkanäle die Wärme von der Rückseite der Server ableiten.
Die Luftkanäle sind in der Regel mit einer Zwischendecke verbunden, die die warme Luft aus den „heißen Gängen“ zur Kühlung entnimmt und die gekühlte Luft dann über einen Zwischenboden oder Kanäle in die „kalten Gänge“ abführt (einige Designs siehe lose).
Leere Serverschränke sollten mit Blenden gefüllt werden, um eine Überhitzung zu vermeiden und die Menge an verschwendeter kalter Luft zu reduzieren.
Das Vakuum, das durch die Abwesenheit von Servern entsteht, kann aufgrund der Druckunterschiede zwischen den warmen und kalten Zonen zu einer Verlagerung von Falschluft führen.
Dies ist Energieverschwendung .
Eiswassersystem
Diese Technologie wird am häufigsten in mittleren und großen Rechenzentren eingesetzt.
Die Luft im Rechenzentrum wird von Luftaufbereitungssystemen, die als Computerraum-Luftaufbereitungssysteme (CRAH) bekannt sind, zugeführt und gekühltes Wasser (das von einem Kühlsystem außerhalb der Anlage geliefert wird) wird verwendet, um die Temperatur der Luft zu kühlen.
Was ist der Unterschied zwischen den Einheiten CRAC und CRAH?
CRAC-Einheiten
- Verwenden ein Kühlmittel
- Benötigen einen Kompressor
Die CRAC-Geräte funktionieren wie die Klimaanlagen in Häusern.
Sie haben ein direktes Expansionssystem und Kompressoren , die direkt in das Gerät integriert sind.
Sie sorgen für die Kühlung, indem sie Luft über einen mit Kältemittel gefüllten Wärmetauscher blasen.
Das Kältemittel wird durch einen Kompressor im Inneren des Geräts in einem kalten Zustand gehalten.
Die überschüssige Wärme wird dann durch eine Mischung aus Glykol, Wasser oder Luft abgeführt .
Während die meisten CRAC-Geräte in der Regel nur ein konstantes Volumen liefern und nur einen Ein/Aus-Betrieb ermöglichen, sind neue Modelle in der Entwicklung, die einen variablen Luftstrom ermöglichen.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, CRAC-Geräte zu platzieren, aber sie werden in der Regel auf dergegenüberliegenden Seite der Warmgänge eines Rechenzentrums installiert.
Dort geben sie gekühlte Luft durch die Perforationen des Doppelbodens (Gitter oder Perforationen in den Bodenplatten) ab und kühlen so die Computerserver.
CRAH-Einheiten
- Eiswasser verwenden
- Haben ein Regelventil
CRAH-Geräte funktionieren wie Kaltwasser-Luftbehandlungsgeräte, die in den meisten Bürogebäuden installiert sind.
Sie sorgen für Kühlung, indem sie Luft über einen mit Eiswasser gefüllten Kühlaustauscher blasen.
Das gekühlte Wasser wird in der Regel von sogenannten „Kaltwassersätzen“ bereitgestellt – ansonsten als Kaltwasserwerk bekannt.
Die CRAH-Einheiten können die Lüftergeschwindigkeit regeln , um einen bestimmten statischen Druck aufrechtzuerhalten, wodurch sichergestellt wird, dass die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur stabil bleiben.
Die Kaltwassererzeugung kann durch direkte Expansion oder durch DRYs vom adiabatischen Kühltyp erfolgen, die wesentlich energieeffizienter sind.
Was ist die optimale Temperatur in einem Rechenzentrum?
Serverräume und Rechenzentren enthalten eine Mischung aus warmer und kalter Luft – die Serverlüfter drücken während des Betriebs die warme Luft heraus, während die Klimaanlage und andere Kühlsysteme frische Luft zuführen, um der gesamten warmen Abluft entgegenzuwirken.
Die Aufrechterhaltung des richtigen Gleichgewichts zwischen warmer und kalter Luft ist seit jeher von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Verfügbarkeit von Rechenzentren.
Wenn es in einem Rechenzentrum zu heiß wird, besteht für die Geräte ein höheres Risiko, dass sie ausfallen.
Dieser Misserfolg führt oft zu Ausfallzeiten, Datenverlust und Umsatzeinbußen.
In den 2000er Jahren lag der empfohlene Temperaturbereich für Rechenzentren bei 20 bis 24 ° C.
Dies ist der Bereich, den die American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE) als optimal für eine maximale Verfügbarkeit und Lebensdauer der Geräte empfahl.
Dieser Bereich ermöglichte eine bessere Auslastung und bot genügend Puffer für den Fall, dass die Klimaanlage ausfällt .
Seit 2005 sind neue Standards und bessere Geräte sowie verbesserte Toleranzen für höhere Temperaturbereiche verfügbar.
Tatsächlich hat ASHRAE jetzt einen akzeptablen Betriebstemperaturbereich von 18° bis 27°C empfohlen.
Der Temperaturanstieg am Servereingang macht auch den Einsatz von Free Cooling oder Free Chilling (Systeme, bei denen die Außenluft genutzt wird, um frische Luft in den Raum zu blasen oder das Wasser anstelle des Kaltwassersatzes zu kühlen) viel interessanter, insbesondere in gemäßigten Regionen wie Frankreich.
Denn bei Solltemperaturen von 25 °C im Raum statt 15 °C sind die Zeiträume im Jahr, in denen die freie Kühlung ohne Aktivierung der Klimaanlage genutzt werden kann, erheblich länger. Dies führt zu erheblichen Energieeinsparungen und einer Verbesserung der PUE (Power Usage Effectiveness).
Gleiches gilt für das ganzjährig häufiger einsetzbare Free Chilling zur Kühlung der Wasserkreisläufe, wobei die Temperatursollwerte jetzt auf 15 °C statt 7 °C für Wasser eingestellt sind.
Was sind die Probleme einer zu hohen Solltemperatur in einem Rechenzentrum?
Leider können höhere Betriebstemperaturen die Reaktionszeit verkürzen, wenn die Temperaturen aufgrund eines Ausfalls der Kühleinheit schnell ansteigen.
Ein Rechenzentrum mit Servern, die bei höheren Temperaturen betrieben werden, ist dem Risiko von sofortigen gleichzeitigen Hardwareausfällen ausgesetzt .
Die jüngsten ASHRAE-Vorschriften unterstreichen die Bedeutung einer proaktiven Überwachung der Umgebungstemperatur im Inneren von Serverräumen.
Was passiert, wenn es zu heiß ist?
Wenn die Temperatur im Inneren des Rechenzentrums zu stark ansteigt, können die Geräte leicht überhitzen.
Dies kann Server beschädigen .
Daten könnten verloren gehen und große Probleme für Unternehmen verursachen, die auf Rechenzentrumsdienste angewiesen sind.
Deshalb müssen alle Rechenzentren über Kühlsysteme verfügen, mit denen sie eine Krisenzeit oder Wartungsarbeiten überbrücken können.
Was passiert, wenn die Klimaanlage ausfällt?
Je nach installierter Leistungsdichte kann der Anstieg der Lufttemperaturen innerhalb des Serverraums extrem schnell erfolgen.
In der Regel beobachten wir bei Ausfallsimulationen wie einem Stromausfall einen Anstieg in der Größenordnung von 1°C pro Minute. Dies führt zu einem hohen Risiko von Hardware-Schäden und Datenverlusten, wenn die Redundanz- und Sicherheitssysteme nicht richtig dimensioniert sind.
Andererseits ist die Zeit, in der die Kompressoren der Klimasysteme wieder anlaufen und ihre volle Leistung erreichen, eine Herausforderung für die anspruchsvollsten Hallen.
Um die Auswirkungen des Temperaturanstiegs zu verzögern, gibt es Trägheitssysteme, die Wärmeenergie für einige Minuten speichern können, um die Kurve des Temperaturanstiegs zu glätten .
Warum eine CFD-Simulation eines Rechenzentrums?
Die CFD-Simulation liefert Informationen über die Beziehung zwischen dem Betrieb mechanischer Systeme und Schwankungen in der Wärmebelastung von Computergeräten. Mit diesen Informationen können die IT-Mitarbeiter und das Personal vor Ort die Effizienz des Luftstroms optimieren und die Kühlkapazität maximieren.