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 Informatisierung der Arbeitsabläufe wird die Frage der Sicherheit dieser Informationen während des ununterbrochenen Betriebs von Servern immer akuter.
Ein Versagen in diesem Bereich kann die gesamte Geschäftstätigkeit unterbrechen und zu schweren Verlusten führen . Eine der wichtigsten Voraussetzungen für den stabilen Betrieb von Servern ist die Aufrechterhaltung der optimalen Lufttemperatur im Volumen der Serverräume.
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 die warme Luft während des Betriebs heraus, während die Klimaanlage und andere Kühlsysteme frische Luft zuführen, um der 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 ein Rechenzentrum zu heiß wird, besteht ein erhöhtes Risiko, dass die Geräte ausfallen.
Ein Ausfall führt häufig 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.
ASHRAE hat tatsächlich 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.
Bei einer Raumtemperatur von 25°C statt 15°C verlängern sich die Jahreszeiten, in denen die freie Kühlung genutzt werden kann, ohne die Klimaanlage zu aktivieren, erheblich. Dies führt zu erheblichen Energieeinsparungen und einer Verbesserung der PUE (Power Usage Effectiveness).
Dasselbe gilt für die freie Kühlung, die häufiger im Jahr genutzt werden kann, um die Wasserschleifen zu kühlen, da die Temperaturvorgaben für das Wasser jetzt 15°C statt 7°C betragen.
Was sind die Probleme einer zu hohen Solltemperatur in einem Rechenzentrum?
Leider können höhere Betriebstemperaturen die Reaktionszeit im Falle eines schnellen Temperaturanstiegs aufgrund eines Ausfalls der Kühleinheit verringern.
Ein Rechenzentrum mit Servern, die bei höheren Temperaturen laufen, kann sofort von gleichzeitigen Hardwareausfällen betroffen sein.
Die jüngsten ASHRAE-Vorschriften unterstreichen die Bedeutung einer proaktiven Überwachung der Umgebungstemperatur in Serverräumen.
Was passiert, wenn es zu heiß ist?
Wenn die Temperatur im Rechenzentrum zu stark ansteigt, können die Geräte leicht überhitzen.
Dies kann zu Schäden an den Servern führen .
Daten könnten verloren gehen und Unternehmen, die sich auf die Dienste des Rechenzentrums verlassen, große Probleme bereiten.
Aus diesem Grund müssen alle Rechenzentren über Kühlsysteme verfügen, die eine Krisenzeit oder Wartungsarbeiten überbrücken können.
Was passiert, wenn die Klimaanlage ausfällt?
Abhängig von der installierten Leistungsdichte kann der Anstieg der Lufttemperaturen im Serverraum 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 erheblichen Risiko der Beschädigung der Hardware und des Datenverlusts, 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 der mechanischen Systeme und den Veränderungen der thermischen Belastung der IT-Ausrüstung.
Mit diesen Informationen können IT-Mitarbeiter und Mitarbeiter vor Ort die Effizienz des Luftstroms optimieren und die Kühlkapazität maximieren.
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