Opties voor de architectuur van luchtdistributie voor bedrijfskritische sites

Opties voor de architectuur van luchtdistributie voor bedrijfskritische sites

Door Neil Rasmussen

White Paper #55

Versie nr. 1

Samenvatting Er zijn negen basismethodes voor het gebruik van lucht voor het koelen van apparatuur in datacenters en netwerkruimtes. Voor elk van deze methodes zien we verschillen in de prestaties, de kostprijs en het gemak waarmee de methode kan worden geïmplementeerd. In dit document vindt u een beschrijving van deze methodes en hun verschillende voordelen. De correcte toepassing van deze koeltechnieken zou moeten behoren tot de basiskennis van zowel de medewerkers van de afdeling Informatiesystemen als van Facility Managers.

2003 American Power Conversion. Alle rechten voorbehouden. Zonder schriftelijke toestemming van de eigenaar mag geen enkel deel van deze publicatie worden gebruikt, gereproduceerd, gefotokopieerd, verzonden of opgeslagen in een opslagsysteem van welke aard dan ook. www.apc.com Versie 2003-0

2

Inleiding Het koelen van datacenters en netwerkruimtes is stilaan een belangrijke uitdaging geworden nu steeds meer computerapparatuur dicht op elkaar wordt geïnstalleerd. De combinatie van projecten voor serverconsolidatie en de steeds kleiner wordende omvang van servers en opslagsystemen, hebben geleid tot een hogere dichtheid van zowel stroom als warmte. Hoewel het gebruikelijke stroomverbruik per behuizing in een datacenter rond de grens van 1 kW blijft, kan apparatuur worden geconfigureerd die binnen één behuizing meer dan 15 kW stroom verbruikt. Dit zet de capaciteit van een doorsnee datacenter, dat op basis van het ontwerp slechts in staat is om per behuizing 2-3 kW op betrouwbare wijze te koelen, onder druk. Bovendien zorgt de komst van “high density racks” in een datacenter voor mogelijke “hot spots” in de ruimte die het koelsysteem misschien niet helemaal succesvol kan bestrijden, daar bij traditionele ontwerpen wordt uitgegaan van relatieve gelijkvormigheid van de stromen gekoelde lucht in datacenters. Het koelsysteem voor een netwerkruimte of datacenter bestaat uit een “CRAC” : (Computer Room Air Conditioning) en het daarbij behorende systeem voor luchtdistributie. In grotere datacenters kan in plaats van een “CRAH” (Computer Room Air Handling) een CRAC worden gebruikt. Alle koelsystemen bestaan uit één of andere vorm van CRAC of CRAH, die verschillende capaciteiten kunnen hebben en die de warmte-energie uit de ruimte afvoeren. Het belangrijkste onderscheid dat van invloed is op de capaciteit van koelsystemen heeft te maken met het distributiesysteem. Het is in feite de configuratie van het distributiesysteem dat het belangrijkste onderscheid tussen de verschillende typen koelsystemen voor datacenters vormt. Daarover gaat het in hoofdzaak in dit document.

De negen typen koelsystemen Elk koelingsdistributiesysteem bestaat uit een aanvoer- en afvoersysteem. Het aanvoersysteem verdeelt de koele lucht van de CRAC naar de belasting, terwijl het afvoersysteem de uitlaatlucht van de belasting terug naar de CRAC voert. Voor zowel de aanvoer als de afvoer wordt gebruikgemaakt van drie basismethodes om de lucht tussen de CRAC en de belasting te transporteren, met name:

•

Overloop

•

Plaatselijke leidingen

•

Volledige leidingen

In een distributiesysteem met overloop zullen de CRAC en de belastingen de vrije lucht in de kamer uitstoten of aanzuigen, zonder dat er tussen deze toestellen speciale leidingen zijn aangebracht. In een distributiesysteem met plaatselijke leidingen wordt de lucht aangevoerd en afgevoerd via leidingen die voorzien zijn van ventilatieopeningen in de buurt van de belasting. In een distributiesysteem met volledige leidingen wordt de lucht via de leidingen rechtstreeks in de belasting aangevoerd en hieruit afgevoerd.


3

Elk van deze drie methodes, overloop, plaatselijke en volledige leidingen, kan afzonderlijk worden gebruikt voor de toe- en afvoer van de lucht. Daardoor ontstaan 9 mogelijke combinaties of typen distributiesystemen. Al deze typen zijn reeds onder verschillende omstandigheden gebruikt en soms worden zelfs verschillende typen in eenzelfde datacenter gecombineerd. Voor bepaalde methodes is een verhoogde vloer vereist, terwijl andere methodes dan weer kunnen worden gebruikt op een vaste of verhoogde vloer. In Tabel 1 vindt u een overzicht van de 9 verschillende typen.

Tabel 1 – De 9 typen koelsystemen

Aanvoer met plaatselijke leidingen

Aanvoer met overloop

Afvoer met overloop

Afvoer met plaatselijke leidingen

Afvoer met volledige leidingen

Kleine LAN-ruimtes < 40 kW Eenvoudige installatie Lage kosten Koelt max. 3 kW per rack

Algemeen gebruik Koelt racks van max. 3 kW Geen verhoogde vloer vereist Lage kosten / eenvoudig te installeren

Lost problemen met warme racks op Koelt racks van max. 8 kW Nieuwe onderdelen kunnen achteraf worden bijgeplaatst (afhankelijk van fabrikant) Geen verhoogde vloer vereist Hogere mate van efficiency voor CRAC-systemen

Omgevingen met een verhoogde vloer



Omgevingen met een vaste vloer



Algemeen gebruik Koelt racks van max. 3 kW

Algemeen gebruik Koelt racks van max. 5 kW Hoge prestaties / hoge mate van efficiency

Lost problemen met warme racks op Koelt racks van max. 8 kW Nieuwe onderdelen kunnen achteraf worden bijgeplaatst (afhankelijk van fabrikant)


4

Aanvoer met volledige leidingen

Afvoer met overloop





Algemeen gebruik Behuizingen / mainframes met een verticale luchtstroom Omgevingen met een verhoogde vloer met een lage statische druk

Algemeen gebruik: mainframes Behuizingen / mainframes met een verticale luchtstroom Omgevingen met een verhoogde vloer met een lage statische druk

Lost problemen met warme racks op Koelt racks van max. 15 kW Gespecialiseerde installatie

Opmerking 1: met de term “met leidingen” wordt verwezen naar elk type van met lucht gevulde ruimte dat voor de aan- of afvoer kan worden gebruikt. De leidingen in de afvoer met volledige leidingen voeren de warme uitlaatlucht af van de achterzijde van de behuizingen. Opmerking 2: in dit White Paper gaan we ervan uit dat voor het nominaal vermogen in kW een luchtstroom van 4,5 m³ per minuut wordt vereist; dit is op dit ogenblik een gebruikelijke luchtstroom in IT-servers.

In Tabel 1 is een overzicht gegeven van elke combinatie van aanvoer- en afvoermethodes. Over het algemeen zijn de kosten en complexiteit van de koelsystemen linksboven in de tabel het laagst en stijgen deze voor de typen die verder omlaag en naar rechts in de tabel staan, omdat het leidingssysteem dan complexer wordt. Een cruciale doelstelling van het koelsysteem van een datacenter bestaat erin de uitlaatlucht van apparatuur te scheiden van de inlaatlucht van apparatuur om overhitting van de apparatuur te vermijden. Deze afscheiding zorgt er ook voor dat de efficiency en de capaciteit van het koelsysteem drastisch stijgt. Wanneer de “power density” (feitelijk het vermogen / de stroomconsumptie in verhouding tot de oppervlakte) van de apparatuur stijgt, wordt het door de daarmee gepaard gaande stijging van het volume van de in- en uitlaatlucht nog moeilijker om te vermijden dat de apparatuur de eigen uitlaatlucht of die van de aangrenzende apparatuur naar de eigen inlaatopeningen gaat aanzuigen. Daarom wordt het bij het toenemen van de power density noodzakelijk om een gedeeltelijk of volledig systeem van leidingen voor de aanvoer van de lucht naar de inlaatopeningen van de apparatuur of voor de lucht uit de uitlaat van de apparatuur aan te leggen. Voorts kunnen over de 9 typen koelsystemen enkele aanvullende algemene verklaringen worden gedaan. Aanvoersystemen met volledige leidingen worden doorgaans gebruikt in omgevingen met een verhoogde vloer, waar belemmeringen onder de vloer de oorzaak waren voor problemen met een lage statische druk, zodat de koele lucht niet tot aan de voorzijde van de behuizingen kon worden aangevoerd (zoals weergegeven in Figuur 1B). Aanvoersystemen met volledige leidingen worden ook gebruikt voor gespecialiseerde apparatuur waarbij directe leidingen voor de aanvoer van lucht zijn voorzien, zoals bij mainframecomputers. Afvoersystemen met volledige leidingen worden voornamelijk in combinatie met andere systemen gebruikt en kunnen worden geïmplementeerd in omgevingen met een gemengde dichtheid. 2003 American Power Conversion. Alle rechten voorbehouden. Zonder schriftelijke toestemming van de eigenaar mag geen enkel deel van deze publicatie worden gebruikt, gereproduceerd, gefotokopieerd, verzonden of opgeslagen in een opslagsysteem van welke aard dan ook. www.apc.com Versie 2003-0

5

De vier combinaties distributiemethodes met overloop en plaatselijke leidingen vormen samen in het merendeel van de installaties. Voor een verdere analyse van de voordelen en beperkingen van deze twee methodes, wordt in de volgende secties van dit document een onderscheid gemaakt tussen twee typen installaties: de installatie met verhoogde vloer en de installatie zonder verhoogde vloer.

Typen koelsystemen in een omgeving met een vaste vloer Hoewel het standaardconcept van het datacenter een verhoogde vloer omvat, kunnen datacenters van elke omvang worden gebouwd zonder een verhoogde vloer, en vaak gebeurt dat ook. In de meeste LAN- en netwerkruimtes wordt geen gebruik gemaakt van een verhoogde vloer. Ook in veel, recentere datacenters met een vermogen van meerdere megawatt wordt geen verhoogde vloer gebruikt. De traditionele redenen voor het gebruik van een verhoogde vloer zijn voor de moderne datacenters niet meer van kracht, en er zijn enkele belangrijke nadelen verbonden aan het gebruik van een verhoogde vloer, zoals de speciale technieken, de kostprijs, de tijd die voor het ontwerp vereist is, de vereisten met betrekking tot de vrije hoogte, de bestendigheid tegen aardschokken, veiligheidsrisico's, beveiligingsrisico's, de vloerbelasting, de toegangshellingen en andere problemen. Deze factoren zijn gedetailleerd besproken in het White Paper #19 van APC, “De geschiktheid van verhoogde vloeren voor datacentertoepassingen opnieuw bekeken”. Om deze redenen wordt voor nieuwbouw doorgaans de voorkeur gegeven aan een omgeving met een vaste vloer, en voor kleinere datacenters en netwerkruimtes geniet deze optie zelfs altijd de voorkeur. De 9 typen koelsystemen voor omgevingen met een vaste vloer zijn weergegeven in Tabel 2. In een omgeving met een vaste vloer hangt de implementatie van een aanvoersysteem met plaatselijke leidingen af van het leidingen ventilatiesysteem in het plafond, zoals weergegeven in een schema in de tweede rij van Tabel 2. Hoewel de combinatie van een aanvoersysteem met plaatselijke leidingen en een afvoersysteem met plaatselijke leidingen er complex uitziet in Tabel 2, is dit in feite de meest gebruikte manier waarop gebouwen voor commerciële doeleinden worden gekoeld. Hierbij worden de in het plafond gemonteerde roosters voor de aan- en afvoer van de lucht, binnen de geconditioneerde ruimte verspreid toegepast.


6

Tabel 2 – De 9 typen koelsystemen in een omgeving met een vaste vloer




Afvoer met overloop

Kleine LAN-ruimtes < 40 kW Eenvoudige installatie Lage kosten Koelt max. 3 kW per rack

X

Niet aanbevolen Luchtvermenging is moeilijk tegen te gaan

X

Niet van toepassing



Algemeen gebruik Koelt racks van max. 3 kW Geen verhoogde vloer vereist Lage kosten / eenvoudig te installeren

Lost problemen met warme racks op Koelt racks van max. 8 kW Nieuwe onderdelen kunnen achteraf worden bijgeplaatst Geen verhoogde vloer vereist


Lost problemen met warme racks op Koelt racks van max. 8 kW Nieuwe onderdelen kunnen achteraf worden bijgeplaatst

X

Niet van toepassing

Lost problemen met warme racks op Koelt racks van max. 15 kW Nieuwe onderdelen kunnen achteraf worden bijgeplaatst Speciale racks en CRAC-units

Het juiste type kiezen voor gebruik in een omgeving met een vaste vloer Een goed begrip van de verschillende typen koelsystemen vormt een essentiële basis om te kunnen bepalen wanneer het gebruik van elk afzonderlijk type van toepassing is. Ondanks de verschillen in de afzonderlijke omstandigheden, kunnen we toch algemene richtlijnen geven voor de situaties waarin ieder afzonderlijk type het beste wordt gebruikt. Voor grotere systemen of systemen waarvoor hogere eisen op het gebied van de eerder genoemde power density gelden, is over het algemeen een complexer ontwerp noodzakelijk. Hiervoor worden doorgaans leidingen gebruikt.


7

Het basisprincipe voor een efficiënte aanpak van het ontwerp is als volgt: ontwerp een koelsysteem voor de vereiste gemiddelde power density, maar zorg ervoor dat de koelcapaciteit eventueel kan worden aangepast voor high density racks. Deze racks vertegenwoordigen meestal slechts een klein percentage van de totale belasting, maar hun positie in het datacenter kan moeilijk op een redelijk betrouwbare manier op voorhand worden voorspeld. De vrees dat eventuele “hot spots” in een datacenter met de conventionele ontwerpen met een verhoogde vloer niet voldoende kunnen worden afgekoeld, heeft geleid tot een aanzienlijke overcapaciteit bij koelinstallaties en luchtdistributiesystemen, waardoor de kapitaal- en de operationele kosten stijgen, maar het gewenste resultaat toch niet wordt behaald. Door leidingen voor de aanvoer- of koellucht aan te leggen, wordt het mogelijk om zones met een hoge concentratie warmte doelgericht af te koelen, terwijl tegelijk de kosten van overcapaciteit van het koelsysteem worden vermeden. In Tabel 3 is weergegeven hoe u het correcte type koelsysteem kiest voor een omgeving met een vaste vloer. Een grotere omvang en een hogere dichtheid leiden tot oplossingen met complexere leidingen. Voor elk systeemtype is de mogelijkheid voorzien om enkele high density racks in te bouwen die het gemiddelde stroomverbruik per rack fors overschrijden.

Tabel 3 – De keuze van het koelsysteem voor een omgeving met een vaste vloer Als dit de eigenschappen van het systeem zijn

Moet u deze benadering als basis voor de koeling volgen

Met deze oplossing voor high density racks

Minder dan 10 racks of 40 kW

Minder dan 100 racks of 150 kW met slechts hier en daar high density racks Maakt deel uit van een grote ruimte met meerdere zones of high density racks


8

Typen koelsystemen in een omgeving met een verhoogde vloer Hoewel bij nieuwbouw de voorkeur zou moeten worden gegeven aan een ontwerp met een vaste vloer, zijn er omstandigheden waarbij het gebruik van een verhoogde vloer `van toepassing is. De benadering met een verhoogde vloer is mogelijk:

•

Als er reeds een verhoogde vloer in de vestiging aanwezig is en deze opnieuw kan worden gebruikt

•

Wanneer mainframecomputers worden geïnstalleerd die zijn uitgerust met een luchtinlaat onder de vloer

•

Indien grote hoeveelheden waterleidingen door de computerruimtes moeten worden aangelegd

U zult merken dat de behoefte aan stroom- en datakabels niet echt een reden is voor het gebruik van een verhoogde vloer. De verhoogde vloer mag in geen geval worden gebruikt voor de aanleg van stroom- of datakabels omdat de prestaties van het koelsysteem hierdoor aanzienlijk kunnen verslechteren. In high density datacenters is het een goed gebruik om de bedrading voor de stroomvoorziening en de communicatie bovenlangs aan te leggen. Deze verslechtering wordt veroorzaakt doordat de stroom- en datakabels onder de vloer een obstakel vormen voor de geplande luchtstromen, waardoor de lucht wordt geblokkeerd of de luchtstroom in een andere richting wordt geleid. Bovendien moet het technisch personeel om kabels te kunnen toevoegen of verwijderen, vloertegels weghalen om toegang te krijgen tot de bekabeling onder de vloer, waardoor de luchtstroom naar kritische IT-apparatuur nog meer wordt belemmerd.


9

De 9 typen koelsystemen voor omgevingen met een verhoogde vloer zijn weergegeven in Tabel 4.

Tabel 4 – De 9 typen koelsystemen in een omgeving met een verhoogde vloer




Afvoer met overloop

X


X


X

Niet aanbevolen Geen voordeel indien verhoogde vloer reeds aanwezig is



LAN-ruimtes, lage dichtheid Eenvoudigere installatie Koelt racks van max. 3 kW


Lost problemen met warme racks op Koelt racks van max. 8 kW Nieuwe onderdelen kunnen achteraf worden bijgeplaatst



Lost problemen met warme racks op Koelt racks van max. 15 kW Speciale racks en CRAC Units

In een omgeving met een verhoogde vloer wordt de implementatie van aanvoer met plaatselijke leidingen voorzien door middel van de verhoogde vloer zoals in het schema op de tweede rij in Tabel 2. Als er al een verhoogde vloer aanwezig is en deze kan worden gebruikt voor de aanvoer met plaatselijke leidingen, biedt het gebruik van een aanvoer met overloop geen voordelen en moet die optie eigenlijk niet worden overwogen. Daarom wordt in Tabel 4 aangegeven dat koelsystemen met een aanvoer met overloop niet worden aanbevolen voor omgevingen met een verhoogde vloer.


10

Door het gebruik van bovenlangse afvoerleidingen wordt de aanzuiging van de afvoerlucht gericht ingesteld op de zone in de buurt van de uitlaat van warme lucht van de apparatuur. Met een afvoer met volledige leidingen zorgt u ervoor dat de verschillende luchtstromen niet met elkaar worden gemengd, zodat de inlaattemperaturen bij de racks (en in het bijzonder aan de bovenzijde van de behuizingen) gelijkmatig zijn verdeeld en de CRAC-Unit efficiënter werkt. Bovendien kunnen de afvoerleidingen worden aangepast voor een maximale afzuiging van de afvoerlucht in de buurt van de hete punten in het datacenter1.

Kiezen van het juiste type voor toepassing in een omgeving met een verhoogde vloer Een goed begrip van de verschillende typen koelsystemen vormt een essentiële basis om te kunnen bepalen wanneer het gebruik van een bepaald type geschikt is. Ondanks de verschillen in de afzonderlijke omstandigheden kunnen we toch algemene richtlijnen geven voor de situaties waarin elk type het beste wordt gebruikt. Voor systemen met een grotere omvang of waarvoor hogere eisen op het gebied van stroomleveringsdichtheid gelden, is over het algemeen een complexer leidingensysteem noodzakelijk. Het basisprincipe voor een efficiënte aanpak van het ontwerp is hetzelfde als voor het systeem met een vaste vloer: ontwerp een koelsysteem voor de vereiste gemiddelde stroomdichtheid, maar zorg ervoor dat de koelcapaciteit is aangepast voor high density racks. Deze vertegenwoordigen meestal slechts een klein percentage van de totale belasting, maar hun positie in het datacenter kan moeilijk op voorhand op een redelijk betrouwbare manier worden voorspeld. In Tabel 5 is weergegeven hoe u het juiste type koelsysteem kiest voor een omgeving met een verhoogde vloer. Een grotere omvang en een hogere dichtheid leiden tot complexere leidingen, en voor elk systeemtype is de mogelijkheid voorzien om enkele high density racks waarvan het gemiddelde stroomverbruik per rack aanzienlijk. hoger is, in te bouwen.

Tabel 5 – De keuze van het koelsysteem voor een omgeving met een verhoogde vloer Als dit de eigenschappen van het systeem zijn



Gemiddeld minder dan 3 kW per rack, met een zeer hoog plafond of een totale stroomcapaciteit van minder dan 100 kW

1

Dit geldt in het bijzonder wanneer de roosters voor de afvoerlucht zijn gemonteerd als onderdeel van een systeem met een vals plafond. Een dergelijk systeem biedt het voordeel dat de afvoerroosters gemakkelijk kunnen worden verwijderd, indien dat nodig is. 2003 American Power Conversion. Alle rechten voorbehouden. Zonder schriftelijke toestemming van de eigenaar mag geen enkel deel van deze publicatie worden gebruikt, gereproduceerd, gefotokopieerd, verzonden of opgeslagen in een opslagsysteem van welke aard dan ook. www.apc.com Versie 2003-0

11

Als dit de eigenschappen van het systeem zijn



Hoge gemiddelde stroomcapaciteit per rack of een totale stroomcapaciteit van meer dan 100 kW Alternatieve high density oplossing voor een mainframeomgeving.

Overwegingen met betrekking tot het ontwerp van het koelsysteem Als u eenmaal het geschikte type koelsysteem hebt gekozen, zijn er andere factoren die in het ontwerp van het systeem moeten worden opgenomen. Dit betreft onder meer de volgende factoren:

•

De lay-out van de racks in wisselende rijen

•

De locatie van de CRAC-units

•

De hoeveelheid en positie van de luchtopeningen

•

De omvang van het leidingensysteem (zie Opmerking 1)

•

Correcte interne configuratie van de racks

Deze factoren hebben een belangrijke invloed op de prestaties van het systeem, voornamelijk wanneer de grootte van de ruimte binnen het toepassingsbereik aan de ruime kant is, of als de power densities hoog zijn. Het merendeel van de datacenterontwerpen biedt geen afdoend antwoord voor de bovenstaande factoren en gaat gebukt onder onverwachte beperkingen van de capaciteit, onvoldoende redundancy en lage efficiency. Daarom mag niet worden aangenomen dat deze overwegingen usance zijn. Vestigingsmanagers en IT-managers moeten echt begrijpen waar ze over gaan. Voor een meer gedetailleerde bespreking van deze overwegingen raadpleegt u het White Paper #49 van APC, “Avoidable Mistakes that Compromise Cooling Performance in Data Centers and Network Rooms” (uitsluitend beschikbaar in het Engels).


12

Voorbeelden van gespecialiseerde componenten voor luchtdistributie In de ontwerpen voor luchtdistributie die in de vorige secties werden beschreven, wordt hoofdzakelijk gebruikgemaakt van gewone CRAC-units, leidingen, met lucht gevulde ruimtes in een vals plafond en verhoogde vloeren. Deze onderdelen van het luchtdistributiesysteem zijn reeds vele jaren standaard en gangbaar in deze sector. In dit document worden hiervan geen voorbeelden gegeven. Toch worden bepaalde methodes met betrekking tot ontwerpen met volledige leidingen voor high density toepassingen uitgevoerd door onderdelen te gebruiken die betrekkelijk nieuw zijn voor deze sector. We geven hier enkele typische voorbeelden van deze onderdelen om hun werking en gebruik toe te lichten.

Onderdelen van een afvoersysteem met volledige leidingen Een behuizing uitgerust met een afvoer met volledige leidingen vangt alle lucht op die aan de achterzijde van het rack wordt uitgestoten en transporteert deze lucht naar een ruimte voor de afvoerlucht in een CRAC. Om de luchtstroomweerstand te vermijden die meestal ontstaat wanneer de lucht wordt opgevangen en door de leidingen wordt getransporteerd, en om elke andere vorm van luchtstroomweerstand van de bekabeling of het voorpaneel van een rack beter te kunnen tegengaan, zijn voor een dergelijk systeem met leidingen extra ventilatoren nodig wanneer de power density hoog genoeg is. In Figuur 1A wordt een voorbeeld weergegeven van een “rackmounted” apparaat dat in deze functie voorziet.

Figuur 1A – Rackmounted systeem met luchtafvoer met volledige leidingen

Figuur 1B – Rackmounted systeem met luchtaanvoer met volledige leidingen

APC-Air Removal Unit, model ACF101BLK

APC-Air Distribution Unit, model ACF001


13

Onderdelen van een aanvoersysteem met volledige leidingen Een behuizing met een aanvoersysteem met volledige leidingen transporteert de onvermengde aanvoerlucht van de CRAC-Units naar de luchtinlaatopeningen van de apparatuur om te vermijden dat er luchtstroomweerstand ontstaat in de luchtleidingen, en om elke andere vorm van luchtstroomweerstand van de bekabeling of het achterpaneel van een rack beter te kunnen tegengaan, zodat voor een dergelijk systeem met leidingen extra ventilatoren nodig zijn als de stroomdichtheid hoog genoeg is. In Figuur 1B is een voor-beeld weergegeven van een eenheid die met deze functie is uitgerust en die in een rack is gemonteerd. Om een hoge mate van beschikbaarheid te kunnen waarborgen, worden de systemen in figuur 1A en 1B doorgaans uitgerust met N+1 ventilatoren en voedingen met dubbele uitgevoerde snoeren. Bovendien kan voor optimale prestaties van het systeem de snelheid van de ventilator eventueel worden geregeld.

Onderdelen van een aanvoersysteem met overloop en een afvoersysteem met leidingen Een geïntegreerd, onafhankelijk high density koelsysteem dat bestaat uit een reeks behuizingen en een specifieke CRAC-Unit. De 2 rijen met behuizingen staan in tegenovergestelde richting, zodat de warme uitlaatlucht volledig van de middengang tot in de afvoerleiding van de CRAC-Units wordt geleid. Dit systeem is specifiek ontworpen voor de installatie in een datacenter en werkt volledig onafhankelijk van eventuele andere racks of bestaande koelsystemen. Het systeem is vanuit thermisch oogpunt “ruimteneutraal” en onttrekt ofwel koele lucht uit de ruimte en geeft de lucht met dezelfde temperatuur terug vrij in de ruimte of gebruikt de eigen luchtstroom binnen een afgesloten behuizing. In Figuur 2 is een voorbeeld van dit systeem weergegeven.

Figuur 2 – Geïntegreerd koelsysteem in rack-vorm (voor meerdere racks)


14

Aanvoer- en afvoersysteem met volledige leidingen Voor high density toepassingen op een vaste vloer, voor het oplossen van problemen met “hot spots” of voor het achteraf toevoegen van nieuwe high density onderdelen, bieden systemen die zijn uitgerust met volledige leidingen voor zowel de aan- als afvoer een hoge flexibiliteit en onafhankelijkheid ten opzichte van de aanwezige omgevingsfactoren. De opties met betrekking tot de architectuur die in de vorige tabellen 2 en 3 worden weergegeven, bevatten een volledige leiding voor de aan- en afvoer met een aangrenzende CRACUnit voor high density toepassingen. Als de CRAC-Unit dichtbij wordt geplaatst, kan de luchtstroom beter worden gestuurd en is een omvangrijk leidingsysteem of een met lucht gevulde ruimte niet meer nodig, wat anders wel het geval zou zijn. In Figuur 3 wordt een voorbeeld weergegeven van een geïntegreerd rack met een CRAC-Unit die is uitgerust met een volledige leiding voor zowel de aan- als afvoer van de lucht.

Figuur 3 – Geïntegreerd rack-based koelsysteem (voor één rack)

In dit voorbeeld wordt een serverrack weergegeven met een aangrenzende koelkern / ventilatoreenheid die zich aan de zijkant van het rack bevindt. De warme uitlaatlucht die door de servers wordt uitgestoten, wordt door de koelkernen getransporteerd en de hieruit resulterende gekoelde lucht wordt opnieuw naar de luchtinlaatopeningen van de server gebracht.


15

Conclusies Koelsystemen voor datacenters en netwerkruimtes worden voornamelijk onderverdeeld op basis van de manier waarop ze lucht verdelen. Luchtaanvoer- en luchtafvoersystemen komen elk voor in 3 verschillende configuraties die met elkaar kunnen worden gecombineerd zodat er 9 basistypen koelsystemen zijn. Deze 9 typen koelsystemen hebben elk hun eigen capaciteiten en voordelen, zodat bepaalde typen beter geschikt zijn voor bepaalde toepassingen. Een beter begrip van de 9 typen koelsystemen en hun eigenschappen kan dienen als basis voor het opstellen van richtlijnen om aan te geven voor welke omstandigheden het gebruik van een bepaald type beter geschikt is. In dit document worden dergelijke richtlijnen gegeven voor zowel toepassingen met een verhoogde vloer als toepassingen met een vaste vloer. Bij de bouw van datacenters moet in de meeste gevallen de voorkeur worden gegeven aan het gebruik van een vaste vloer. In tegenstelling tot wat algemeen wordt gedacht, kunnen koelmethodes voor installaties met een vaste vloer dezelfde of zelfs betere capaciteiten en prestaties leveren dan een installatie met een verhoogde vloer. Over het algemeen wordt een aanvoersysteem met volledige leidingen of een afvoersysteem met volledige leidingen gebruikt om voor de koeling te zorgen van racks met een vermogenconsumptie van 5 tot 15 kW. Omdat behuizingen met een stroomverbruik van 5-15 kW meestal slechts een klein percentage vormen van de racks in een datacenter, wordt deze methode doorgaans gebruikt in combinatie met eenvoudigere methodes. Als het ontwerp met volledige leidingen alleen wordt toegepast wanneer en waar dit nodig is, kunnen datacenters worden ontworpen op basis van de gemiddelde warmtebelasting terwijl ze toch in staat zijn om, indien nodig, high density racks in de vereiste koeling te voorzien.

Over de auteur: Neil Rasmussen is een van de oprichters en Chief Technical Officer van American Power Conversion. Bij APC heeft Rasmussen de leiding over het grootste R&D-budget ter wereld dat wordt gebruikt voor Voeding, Koeling en Rackinfrastructuur voor bedrijfskritische netwerken. De belangrijkste productontwikkelcentra zijn gevestigd in Massachusetts, Missouri, Denemarken, Rhode Island, Taiwan en Ierland. Neil houdt zich momenteel bezig met de pogingen van APC om modulaire schaalbare oplossingen voor datacenters te ontwikkelen. Voor de oprichting van APC in 1981 studeerde Rasmussen aan de MIT waar hij promoveerde in de elektrotechniek met een proefschrift over de analyse van een 200 MW-voedingseenheid voor een Tokamak-kernreactor. Tussen 1979 en 1981 werkte hij bij MIT Lincoln Laboratories aan systemen voor vliegwielenergieopslag en zonne-energie. 2003 American Power Conversion. Alle rechten voorbehouden. Zonder schriftelijke toestemming van de eigenaar mag geen enkel deel van deze publicatie worden gebruikt, gereproduceerd, gefotokopieerd, verzonden of opgeslagen in een opslagsysteem van welke aard dan ook. www.apc.com Versie 2003-0

16

Opties voor de architectuur van luchtdistributie voor bedrijfskritische sites

Recommend Documents