यारोस्लाव में एक नए डेटा सेंटर के निर्माण और
डेटा सेंटर ऊर्जा आपूर्ति प्रणाली की
पसंद के बारे में विषयों के बाद
, अभी भी लोहे और इसकी पसंद के बारे में सवाल थे। इस श्रृंखला में, हमने प्राकृतिक फ्री कूलिंग को क्यों चुना और यह कैसे काम करता है।
शैक्षिक कार्यक्रम
तकनीक गर्म हो रही है। इस तथ्य को छोड़ना संभव नहीं है: ऊंचा तापमान लोहे, मुख्य रूप से प्रोसेसर और हार्ड ड्राइव के लिए खतरनाक है, साथ ही यह कई नकारात्मक प्रभावों का कारण बनता है। कई निर्माता सख्ती से तापमान शासन का संकेत देते हैं जिसमें उपकरण को काम करना चाहिए। प्लस - हमारे डेटा सेंटर में उपकरणों का एकीकरण नहीं है, इसलिए ऐसी स्थिति हो सकती है जहां विभिन्न निर्माताओं के उपकरण एक-दूसरे के बगल में हों।
शीतलन प्रणाली, सबसे पहले, महंगे उपकरण और बहुत अधिक ऊर्जा की खपत है। दूसरे, अंतरिक्ष उपयोग का घनत्व ऐसी प्रणाली की पसंद पर निर्भर करता है: उपयोग करने योग्य मात्रा में सहायक नोड्स के बजाय, अधिक सर्वरों को समायोजित करना संभव है।
स्वयं सर्वर के अलावा, अन्य मापदंडों को ध्यान में रखा जाना चाहिए: परिसर में कर्मियों की संख्या, निर्माताओं के लिए लोहे की आवश्यकताएं, प्रकाश व्यवस्था (और उनके समावेश की आवृत्ति), साथ ही साथ अन्य चीजें, उदाहरण के लिए, दीवार की मोटाई और उनकी सामग्री। इस तरह के आंकड़ों के आधार पर, गणना गर्मी से बनी होती है जिसे निकालने की आवश्यकता होती है। इस तरह की गणना सही शीतलन प्रणाली का चयन करना संभव बनाती है। पिछली श्रृंखला में लौटते हुए, हमने विशेष रूप से उन स्थितियों में डेटा सेंटर के तहत एक स्थान चुना जहां जलवायु आमतौर पर शांत और स्थिर होती है, क्योंकि सिस्टम की गणना चोटियों द्वारा की जानी चाहिए, न कि औसत संकेतकों द्वारा।
हम शैक्षिक कार्यक्रम जारी रखते हैं: पहली नज़र में ऐसा लग सकता है कि साधारण कार्यालय एयर कंडीशनर समस्या को हल कर सकते हैं। हां, वे मनुष्यों के लिए स्वीकार्य हैं, लेकिन डेटा सेंटर को तापमान और आर्द्रता के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। तापमान परिवर्तन की अधिकतम दर 18-27 डिग्री सेल्सियस की सीमा में प्रति घंटे 5 डिग्री से अधिक नहीं हो सकती है, और 40-60% की सीमा में आर्द्रता कई कारकों के कारण होती है, लेकिन मुख्य एक है ओवरहीटिंग से उपकरणों की सुरक्षा और इसकी विफलता के कारण। ओस (यदि यह बहुत गीला और ठंडा है) या सूखा और गर्म होने पर एक स्थिर निर्वहन की उपस्थिति।
थोड़ा और विस्तृत
सर्वर रूम में, सटीक जलवायु परिस्थितियों का निर्माण करना आवश्यक है, जिनमें से मुख्य है सर्वर इनलेट में ठंडी हवा का तापमान, एयर कंडीशनर इनलेट में गर्म हवा का तापमान (इन मापदंडों के बीच अंतर को ΔT कहा जाता है), साथ ही आर्द्रतामापी द्वारा मापी गई आर्द्रता।
- सर्वर इनलेट पर तापमान बहुत कम (+10 या +12 डिग्री सेल्सियस) हो सकता है, लेकिन इसके लिए एक बहुत ही उत्पादक एयर कंडीशनिंग सिस्टम और इतनी ठंड पैदा करने के लिए भारी ऊर्जा लागत की आवश्यकता होगी जो नियोजित लाभ के साथ लागत में असंगत होगा।
- एयर कंडीशनर की इनडोर इकाइयों की ख़ासियत के कारण एयर कंडीशनर में इनलेट का तापमान बहुत अधिक (30-32 डिग्री से ऊपर) नहीं हो सकता है, अन्यथा वे केवल ठंडा नहीं होंगे या विफल भी होंगे।
- ΔT - एयर कंडीशनिंग सिस्टम के प्रदर्शन की विशेषता वाला एक पैरामीटर 10-12 डिग्री के भीतर भिन्न होना चाहिए। यानी यदि एयर कंडीशनर से 16 डिग्री से बाहर निकलता है, तो एयर कंडीशनर के प्रवेश द्वार पर, हवा के गर्म सर्वर से गुजरने के बाद, यह 26-28 डिग्री होना चाहिए। यह स्पष्ट है कि सर्वर के अंदर की हवा बहुत अधिक गर्म होती है और इसके तापमान को कम करने के लिए, सर्वर से बाहर निकलने पर ठंडी हवा के साथ गर्म हवा को पतला करना आवश्यक होता है: यह तथाकथित मिश्रण है। कार्य इनडोर इकाई को ओवरहीटिंग से रोकने के लिए है। इस ऑपरेशन में, SLE अपनी प्रभावशीलता खो देता है और ऊर्जा बर्बाद हो जाती है।
- कमरे में सापेक्ष आर्द्रता बहुत कम (30% से कम) नहीं होनी चाहिए, जैसा कि सर्वर बोर्डों पर एक स्थिर चार्ज जमा होने लगता है, जो उन्हें निष्क्रिय कर सकता है। विशिष्ट उपकरण भी हैं जैसे कि चुंबकीय टेप (और तुरंत - नहीं, हम टेप ड्राइव का उपयोग नहीं करते हैं): यह सूख जाता है और बिगड़ता है। उच्च आर्द्रता (70% से अधिक) संक्षेपण और संपर्क बंद हो सकती है।
- अपटाइम इंस्टीट्यूट के मानकों का पालन करना महत्वपूर्ण है, इसके टीआईआरई वर्गीकरण के साथ: सिस्टम को किसी भी नोड की संभावित विफलता को ध्यान में रखते हुए लगातार काम करना चाहिए।
निर्णय लेना
हार्ड करेंसी के लिए संदर्भ की शर्तों को विकसित करते समय, हमें डेटा केंद्रों (टीआईए 942, एएसएचआरएई, बीआईसीएसआई) के डिजाइन और निर्माण के क्षेत्र में विशेष मानकों की सिफारिशों द्वारा निर्देशित किया गया था और निम्नलिखित मापदंडों को अपनाया था:
- सभी सिस्टम घटकों की विश्वसनीयता Uptime संस्थान के वर्गीकरण के अनुसार TIER 3 से कम नहीं है;
- सभी एन + 2 घटकों का आरक्षण, जहां एन परियोजना द्वारा आवश्यक हार्ड मुद्रा घटकों की संख्या है;
- दिन में 24 घंटे, वर्ष में 365 दिन;
- रैक के प्रवेश द्वार पर तापमान +18 से 5.2 डिग्री सेल्सियस तक;
- आर्द्रता 40% -60%;
- -40 से +40 डिग्री सेल्सियस के बाहरी तापमान पर सिस्टम को सामान्य रूप से (आपातकालीन नहीं) कार्य करना चाहिए;
- औसत वार्षिक PUE (पावर उपयोग प्रभावशीलता) 1.3 से अधिक नहीं है, और यह सबसे महत्वपूर्ण चयन मानदंडों में से एक है।
कठिन मुद्रा के संगठन के लिए एक समाधान चुनते समय, हमने कई विकल्पों पर विचार किया, क्लासिक एयर कंडीशनर से लेकर फ्रीन तक, क्योटो के भविष्य के पहियों के साथ समाप्त हुआ। हालांकि, सभी आवश्यक मापदंडों के अनुपालन में, हमें एक समाधान की आवश्यकता थी, जिसके कार्यान्वयन, और सबसे महत्वपूर्ण, दीर्घकालिक संचालन, डेटा सेंटर में उपयोग की जाने वाली किसी भी शास्त्रीय योजनाओं की तुलना में सस्ता होना चाहिए।
चयन
डीएक्स फ्रीऑन एयर कंडीशनर पर निर्मित क्लासिक सटीक एयर कंडीशनिंग सिस्टम
ये सिस्टम अनुमोदित प्रकार के फ़्रीऑन पर काम करते हैं जो ओज़ोन परत को नष्ट नहीं करते हैं। फ्रीन्स को दो गैसों के आधार पर गठित पदार्थ कहा जाता है - क्लोरीन और फ्लोरीन परमाणुओं द्वारा हाइड्रोजन परमाणुओं के प्रतिस्थापन के साथ ईथेन और मीथेन (इसलिए उन्हें क्लोरोफ्लोरोकार्बन भी कहा जाता है)। एयर कंडीशनर में इस्तेमाल होने वाले सभी रेफ्रिजरेंट गैर-दहनशील हैं और मनुष्यों और जानवरों के लिए सुरक्षित हैं। हालांकि, यह माना जाता है कि अधिकांश क्लोरोफ्लोरोकार्बन ओजोन परत को ख़त्म करते हैं (कोई सटीक सबूत नहीं है, लेकिन सिर्फ मामले में प्रभावी रेफ्रिजरेंट निषिद्ध हैं)। एक तरह से या किसी अन्य, लेकिन यूरोपीय निर्माताओं, साथ ही यूरोपीय बाजार पर ध्यान केंद्रित करने वाले निर्माताओं को "क्लासिक" आर -22 फ्रीन के लिए प्रतिस्थापन की तलाश करने के लिए मजबूर किया गया था, जिसका उपयोग 90% एयर कंडीशनर में किया जाता है। विकल्प के रूप में, R-410A और R-407C रेफ्रिजरेंट चुने गए। ओजोन परत के लिए खतरे की एक इकाई के रूप में, आर -12 फेरन की क्षमता, जिस पर कई रेफ्रिजरेटर अभी भी संचालित होते हैं, लिया जाता है। R-22 फ्रीऑन की ओजोन-घटने की क्षमता 0.05 है, और नए R-410A और R-407C फ्रीन्स की संख्या शून्य है।
डीएक्स आउटडोर यूनिट के साथ प्रिसिजन फ्रीन स्प्लिट एयर कंडीशनरयह एक तरह का रेफ्रिजरेटर है। सर्वर - यह वह स्थान है जहां सर्वर (उत्पाद) संग्रहीत होते हैं। इस प्रौद्योगिकी का उपयोग बिजली के भुगतान के लिए उच्च लागत का मतलब है। न्यूनतम PUE जो हासिल किया जा सकता है, अन्य सभी चीजें समान हो सकती हैं, 2.0 से अधिक प्रभावी नहीं होंगी। यानी 500 किलोवाट की क्षमता वाले सर्वर को शक्ति प्रदान करने के लिए, हमें सर्वर पर 1,000 किलोवाट लाने की आवश्यकता है, इसलिए हम केवल हवा में 500 किलोवाट खर्च करते हैं।
बड़ी संख्या में यांत्रिक प्रणालियों के संचालन पर बिजली खर्च की जाती है: कंप्रेसर, इनडोर इकाई के प्रशंसक, ह्यूमिडिफायर पंप, आउटडोर प्रशंसक। एक बंद लूप में फ्रीऑन के संचलन के कारण गर्मी को हटा दिया जाता है। हॉट फ़्रीऑन को कंप्रेसर द्वारा पाइप के माध्यम से बाहरी इकाई के रेडिएटर तक पंप किया जाता है, प्रशंसक ट्यूबों को ठंडा करता है और कूल्ड फ़्रीऑन इनडोर इकाई में प्रवेश करता है, जो सर्वर रूम में स्थापित होता है। इस प्रकार की एयर कंडीशनिंग का संचालन वर्ष के समय पर निर्भर नहीं करता है और हर समय एक अनौपचारिक मोड में काम करता है।
यह समाधान उन कमरों में लागू होता है जहाँ चिल्ड वाटर सिस्टम की पहुँच नहीं है या जहाँ आप चिलर नहीं लगा सकते हैं। सबसे पुरानी और कम से कम कुशल तकनीक।
सीडब्ल्यू चिलर्स (फ्री कूलिंग) पर आधारित सटीक एयर कंडीशनिंग सिस्टम
बाहरी चिलर और ड्राई कूलर के साथ वाटर कूलेंट (पानी, ग्लाइकोल) के साथ सटीक एयर कंडीशनिंगएक प्रणाली जो एक ड्राई कूलिंग टॉवर और एक चिलर को जोड़ती है जिसमें फ्री-कूलिंग तकनीक (ठंडा पानी) का उपयोग किया जाता है। समाधान पिछले विकल्प के समान है - एक शीतलक (पानी) है जो इनडोर और आउटडोर इकाइयों के बीच चलता है। ऊर्जा बाहरी और आंतरिक प्रशंसकों के रोटेशन पर खर्च की जाती है, साथ ही साथ पंपिंग समूह, जो इसी पानी को चलाता है। हालांकि, पानी की आपूर्ति बड़ी मात्रा में होती है (तथाकथित शीत संचयकर्ता), इसलिए, ठंड और अपेक्षाकृत ठंड के मौसम (+10 डिग्री तक) में, सिस्टम केवल पानी को खराब करने के लिए ऊर्जा की न्यूनतम राशि खर्च करता है, जिसे आसपास की हवा के संपर्क में ठंडा किया जाता है।
इस तरह का एक समाधान आपको डेटा सेंटर के इंजीनियरिंग बुनियादी ढांचे की ऊर्जा खपत का अनुकूलन करने की अनुमति देता है , साथ ही साथ हार्ड मुद्रा की पूरी प्रणाली के प्रतिरूपकता और लचीलेपन प्रदान करने के लिए। इस प्रणाली का उपयोग आपको PUE को 1.7 तक कम करने की अनुमति देता है, लेकिन प्रारंभिक निवेश डीएक्स-सिस्टम की तुलना में बहुत अधिक है।
बाहर की हवा से सीधी ठंडक। डायरेक्ट फ्री कूलिंग (DFC)
डायरेक्ट एयर कूलिंग (डीएफसी) सिस्टम ब्लॉक आरेखबाहरी परिवेश वायु का उपयोग करके शीतलन प्रणाली, जो सीधे सड़क से सर्वर रूम में प्रवेश करती है। सिस्टम निम्नानुसार आयोजित किया जाता है: प्रशंसक सड़क से हवा लेते हैं, इसे फिल्टर के माध्यम से वायु नलिकाओं के माध्यम से चलाते हैं, और निस्पंदन प्रणाली सुसंगत होनी चाहिए: पहले मोटे सफाई (EU1-3 वर्ग के अनुसार छानना), फिर हानिकारक निलंबन और कणों को निकालना (EU4-7 वर्ग के अनुसार फ़िल्टरिंग) ), फिर सर्वर रूम (EU8-13 फ़िल्टरिंग) के लिए अंतिम तैयारी और हवा की आपूर्ति। सर्वर रूम से गर्म हवा को प्रशंसकों द्वारा बाहर निकाल दिया जाता है, जो कमरे की छत तक संवहन के कारण बढ़ती है।
ऐसी प्रणाली की दक्षता बहुत अधिक है - PUE तक 1.3 - लेकिन बड़ी संख्या में मिनीबस दिखाई देते हैं। फ़िल्टर को लगातार बदलना आवश्यक है। बड़ी संख्या में फिल्टर के कारण, हवा की गति कम हो जाती है, इसलिए अधिक शक्तिशाली प्रशंसकों को स्थापित करना आवश्यक है, और इससे कंपन और शोर में वृद्धि होती है। वास्तव में, सड़क पर समान आर्द्रता मापदंडों के साथ वायुमंडलीय हवा सर्वर कक्ष में प्रवेश करती है: यदि यह गिरावट में बारिश होती है, तो उत्तर में आर्द्रता 100% तक बढ़ जाएगी, जिसका अर्थ है कि वायु जल निकासी प्रणाली का उपयोग करना आवश्यक होगा। कम आर्द्रता या जंगल की आग की स्थितियों में, पारंपरिक डैम या सीडब्ल्यू एयर कंडीशनर के साथ सर्वर रूम को ठंडा करने के लिए एयर डेम्पर को सीमित या पूरी तरह से बंद करना आवश्यक होगा, जिससे ऊर्जा दक्षता कम हो जाएगी और ऊर्जा लागत सहित परिचालन लागत में वृद्धि होगी।
इसके अलावा, प्राकृतिक प्रत्यक्ष शीतलन प्रणाली, साथ ही फ्रीकॉलिंग तकनीक का उपयोग करने वाला कोई भी सिस्टम, पूरे वर्ष काम नहीं कर सकता, क्योंकि गर्मियों में, हवा गर्म हो जाती है और सर्वर रूम को ठंडा नहीं होने देगी। इसके लिए, पहले दो विकल्पों (सीडब्ल्यू या डीएक्स सिस्टम) से एक अतिरिक्त एयर कंडीशनिंग सिस्टम का उपयोग करना आवश्यक है। बेशक, उनका परिचालन समय पहले दो मामलों (50% से अधिक नहीं) की तुलना में बहुत कम होगा। लेकिन कुल मिलाकर,
डीएफसी समाधान शुद्ध डीएक्स या सीडब्ल्यू सिस्टम की तुलना में अधिक कुशल और सस्ता है ।
प्राकृतिक शीतलन। प्राकृतिक नि: शुल्क शीतलन (एनएफसी)
फ्री कूलिंग सिस्टम (एनएफसी) ब्लॉक आरेखबाहरी परिवेश वायु का उपयोग करके शीतलन प्रणाली, हालांकि, हवा सीधे सर्वर रूम में प्रवेश नहीं करती है, लेकिन हीट एक्सचेंजर को ठंडा करती है। उसी समय, हम एक निस्पंदन श्रृंखला का उपयोग करने की आवश्यकता से मुक्त हो जाते हैं, यह केवल हवा को पुन: छिद्र करने वाले के लिए मोटे करने के लिए पर्याप्त है, और हम सर्वर रूम के अंदर एक दिए गए आर्द्रता को लगातार बनाए रखने की समस्या से भी छुटकारा पाते हैं, क्योंकि बंद सर्वर कूलिंग लूप। ऐसी प्रणाली का PUE हमारे जलवायु अक्षांशों में 1.09 तक पहुंचता है।
डीएफसी की तरह, एनएफसी प्रणाली पूरे वर्ष काम नहीं कर सकती है, हालांकि, समाधान की प्रभावशीलता आपको सीडब्ल्यू या डीएक्स का उपयोग किए बिना कुल वार्षिक चक्र को 80% तक बढ़ाने की अनुमति देती है। एक अन्य महत्वपूर्ण कारक नोड्स के दोहराव की तुलना में काफी सरल (विदेशी प्रणालियों की तुलना में) की संभावना है। हमने इसे चुना - नेचुरल फ्री कूलिंग (NFC)।
यह कैसे काम करता है
सिस्टम में दो अलग-अलग खुले सर्किट होते हैं, बाहरी और आंतरिक। डाटा सेंटर की हवा आंतरिक सर्किट में घूमती है, बाहरी सर्किट को स्ट्रीट एयर की आपूर्ति की जाती है। सिस्टम का मुख्य तत्व एक पुनरावर्ती हीट एक्सचेंजर है, जिसमें केंद्र के कमरे में बाहरी परिवेश वायु और हवा के बीच गर्मी विनिमय होता है। गर्म हवा को निकास नलिकाओं द्वारा गर्म क्षेत्रों से निकाल दिया जाता है, ठंडी गलियारों को ठंडी हवा की आपूर्ति की जाती है। यदि आप रिकॉपरेटर में प्रशंसकों को जोड़ते हैं और यह सब एक बॉक्स में डालते हैं, तो आपको एनएफसी मॉड्यूल मिलता है।
सामान्य ऑपरेशन में, हवा से बाहर +18 तक, एनएफसी प्रणाली निम्नानुसार काम करती है:
- प्रशंसक दूरसंचार सर्वर रैक में उपकरण द्वारा बनाए गए हॉट सर्वर कॉरिडोर (35 toC से 40ºC तक के तापमान के साथ) से हवा लेते हैं, और इसे हीट एक्सचेंजर के निचले क्षेत्र में ले जाते हैं। बाहर की हवा को बाहर से लिया जाता है और रिकॉपरेटर के ऊपरी क्षेत्र में खिलाया जाता है। रिक्यूपरेटर से गुजरते हुए, बाहरी हवा आंतरिक सर्किट को ठंडा करती है, जिसके बाद ठंडी हवा सर्वर रूम में प्रवेश करती है, उठाया मंजिल क्षेत्र में।
एनएफसी के संचालन का सिद्धांत।जब बाहरी तापमान +18 से लेकर रेंज में बढ़ जाता है, तो एक अतिरिक्त एडियाबेटिक कूलिंग सिस्टम चालू होता है:
एडियाबेटिक कूलिंग स्कीम।इस प्रणाली का उपयोग पानी के कोहरे को बनाने के लिए किया जाता है, जिसके माध्यम से बाहर की हवा ठंडी होगी। पानी की वाष्पीकरण द्वारा तापमान में कमी हासिल की जाती है।
जब तापमान or२० से ऊपर या दुर्घटनाओं के मामले में बढ़ जाता है या अगर बाहर की हवा में जलने का सबूत होता है, तो सीडब्ल्यू सिस्टम (चिलर, टू-सर्किट इंस्टॉलेशन) पर बनाया गया एक अतिरिक्त कूलिंग सर्किट, जिसका आरक्षण स्वयं N + २ सिद्धांत के अनुसार किया जाता है) ऑपरेशन में शामिल है।
रिमोट कंडेनसर यूनिट।
चिलर।निष्कर्ष
हमें एक तकनीकी केंद्र बनाने के काम का सामना करना पड़ा जो खरोंच से शुरू होने की लागत में इष्टतम था। प्रौद्योगिकियों का चयन आसान नहीं था: बेशक, सबसे पहले, सभी ने क्लासिक, सिद्ध समाधानों की दिशा में देखा, यह गलत माना जा रहा है कि सब कुछ नया और अभिनव जरूरी है। हालांकि, जैसा कि यह निकला, सभी प्रौद्योगिकियां, जो TCO के दृष्टिकोण से शास्त्रीय लोगों की तुलना में अधिक महंगी नहीं हैं, इतनी नई नहीं हैं, वे सफलतापूर्वक यूरोप में उपयोग की जाती हैं, जैसा कि हमने व्यक्तिगत रूप से यूरोपीय दूरसंचार ऑपरेटरों के मुख्य डेटा केंद्रों के माध्यम से ड्राइविंग करते समय देखा है।
कई निर्णयों में पहला होने और एक रेक पर कदम रखने का जोखिम बहुत अच्छा है, हालांकि, हमारे पास पारंपरिक चिलर सिस्टम के रूप में बीमा है जो समय-परीक्षण किया जाता है और किसी भी दुर्घटना या आपातकालीन स्थितियों की स्थिति में काम करेगा।
इस्तेमाल की गई सामग्री इवान प्रोकोफिव हैं, यारोस्लाव में डेटा केंद्रों के निर्माण के लिए प्रोजेक्ट टीम में इंजीनियरिंग सिस्टम पर एक विशेषज्ञ।