أنظمة التبريد في مراكز البيانات سيليكتل

لطالما كانت الأسعار التنافسية للخدمات "ملك الحجج" للعملاء عند اختيار مركز البيانات. وما هي هذه الأسعار؟ أول ما يتبادر إلى الذهن هو تكاليف معدات تكنولوجيا المعلومات والكهرباء ، ولكن يتم تحقيق حصة كبيرة في هيكل الأسعار من خلال تكاليف خوادم التبريد وأنظمة التخزين (SHD) وأجهزة الشبكة. على سبيل المثال ، ينبعث الخادم الذي يحتوي على عدة معالجات ما يصل إلى 600 واط أو أكثر من الطاقة الحرارية ، والتي يجب إزالتها بشكل فعال ، ويتم توفير الهواء البارد لمدخل فتحات تهوية الخادم.

في هذه المقالة ، سوف نقدم لك تقنيات التحكم في المناخ في مراكز بيانات Selectel ونخبرك كيف أن المنتجات الجديدة في هذا المجال تقلل من تكاليف تشغيل مراكز البيانات ، وبشكل غير مباشر ، المبالغ في حسابات عملائنا.

3 أسواق خدمة - 3 متطلبات تبريد

في سوق خدمات مركز البيانات تقريبًا ، هناك ثلاثة قطاعات رئيسية. هذا ، أولاً ، تحديد الموقع الجغرافي ، ثم البنية التحتية لـ IaaS - الخوادم المخصصة بالإضافة إلى التخزين السحابي ، والجزء الثالث - الخوادم السحابية (VPC ، VPS ، VMware Cloud) ، بما في ذلك السحب العامة والخاصة والهجينة.



بغض النظر عن مدى دهشتها ، قد يبدو لدى العملاء في كل قطاع متطلبات مختلفة للأنظمة المناخية. العملاء الأكثر تطلبًا يضعون معداتهم الخاصة (تحديد الموقع) في مركز البيانات. من بينهم هناك العديد من مديري تكنولوجيا المعلومات الذين لديهم سنوات عديدة من الممارسة وفكرة محافظة حول درجة الحرارة التي يجب أن تكون في غرف الخادم. قبل 10-15 سنة ، كان شرط توفير +18 درجة مئوية في ممر بارد أمرًا بالغ الأهمية. لكن الخوادم الحديثة والتخزين تعمل بثبات حتى درجة حرارة تصل إلى +27 درجة مئوية.

بالمناسبة ، يتم تحديد نطاق درجة الحرارة المحددة لغرف الخادم في مركز البيانات بشكل صارم وفقًا لتوصيات ASHRAE (الجمعية الأمريكية لمهندسي التدفئة والتبريد وتكييف الهواء) ، والتي يتم توجيهها في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك روسيا. يتغير نطاق درجة الحرارة الموصى به بمرور الوقت ، في مكان ما في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين كان بالفعل 16-20 درجة مئوية ، ثم 18-22 درجة مئوية ، واليوم تبلغ درجة حرارة الهواء الموصى بها لخوادم التبريد 20-27 درجة مئوية بالفعل.

وأشار كيريل ماليفانوف ، المدير الفني لـ Selectel للمقال: "تسعى شركة Selectel في مراكز بياناتها إلى الحفاظ على درجة حرارة الهواء بالقرب من الحد الأدنى للنطاق الموصى به وفقًا لـ ASHRAE ، في المتوسط ​​، حوالي 23 درجة مئوية".

أي مما يلي يمكن استنتاجه لنشاط مركز بيانات؟ يجب استخدام التبريد المكلف بمكيفات الهواء بشكل أساسي لغرف الخادم المخصصة لخدمة التجميع. وفقًا لذلك ، بالنسبة لغرف الخوادم لخدمات IaaS ، وأكثر من ذلك للخوادم السحابية ، يمكنك استخدام المعدات التي تزيد من استخدام التبريد إلى أقصى حد بسبب البيئة - حتى ببساطة تنفخ الخوادم بالهواء الخارجي.

في الوقت نفسه ، نظرًا لأن Selectel تمتلك العديد من مراكز البيانات ، وفي مناطق مختلفة ، هناك حرية المناورة. وبعبارة أخرى ، من الممكن أن تؤخذ في الاعتبار متطلبات التبريد في الجزء المحدد من الخدمات حتى في مرحلة التصميم ، وبناء مراكز البيانات واختيار المعدات المناخية. ولاحقًا في عملية التشغيل ، لتحديث النظم المناخية ، مع مراعاة تخفيض التكلفة الإجمالية للملكية عند تقديم هذه الخدمات.

ما هو PUE؟

المقياس الأساسي لكفاءة مركز البيانات هو نسبة فعالية استخدام الطاقة (PUE) المستخدمة في صناعة مراكز البيانات منذ عام 2007. ما هذا المعامل:

وبعبارة أخرى ، كلما اقتربت PUE من 1 ، كلما كان مركز البيانات أكثر كمالا. ومع ذلك ، من المستحيل تحقيق قيم 1.0 من حيث المبدأ ، لأن هذا يتوافق مع مستوى كفاءة الطاقة لآلة الحركة الدائمة. بالمناسبة ، يمكن العثور على تعريف كامل لمصطلح PUE في الوثيقة PUE ، فحص شامل للمقياس (PDF) .
من الناحية العملية ، تعتبر قيم PUE بين 1.10 و 1.15 ممتازة. على سبيل المثال ، وفقًا للمنشورات ، بالنسبة لمراكز بيانات Google ، بلغ متوسط ​​قيمة PUE عبر جميع مراكز البيانات في مناطق مختلفة وفي أوقات مختلفة من السنة 1.12.
بعد ذلك ، سنلقي نظرة فاحصة على أنظمة التبريد في مراكز بيانات Selectel المحددة.

"زهرة 1" - فريون

تم تشغيل أول مركز بيانات Tsvetochnaya 1 في عام 2008 ، عندما كانت خدمة تحديد الموقع مهيمنة في السوق. بالإضافة إلى ذلك ، هذا هو مركز سان بطرسبرج - تم تقييد الوضع مع مساحة خالية إلى حد ما. وبناء على ذلك ، تم تركيب مكيفات الهواء الصناعية الكلاسيكية لمراكز بيانات الفريون في مركز البيانات "فلاور 1" ، والتي تعمل حتى الآن.
يعتمد مبدأ تشغيل مكيف الهواء هذا على انتقال الفريون إلى حالة التجميع المختلفة. يتم توفير الهواء البارد تحت الأرضية المرتفعة إلى ما يسمى "الممرات الباردة" مع المعدات الحاسوبية ، ويذهب الهواء الساخن إلى غرفة الخادم (إلى "الممرات الساخنة") ، حيث يتم امتصاصه مرة أخرى في المبادل الحراري لمكيف الهواء ، ويتم تبريده وإعادة تغذيته إلى الخوادم وأنظمة التخزين.


^{تبريد مركز البيانات مع تكييف الهواء}

إن كفاءة مكيف الهواء الكلاسيكي تترك الكثير مما هو مرغوب فيه ، وبالتالي فإن معامل كفاءة الطاقة لمركز بيانات فلاور 1 مرتفع للغاية بالمعايير الحديثة ، PUE = 1.7. ولكن بالنظر إلى أن خدمات التجميع متوفرة هنا ، فمن الممكن تمامًا تحمل هذا الوضع حتى لحظة التحديث الجذري لمركز البيانات بالكامل.


^{فحص مكيفات الهواء في مركز البيانات "فلاور 1"}

"دوبروفكا 1" ، "برزارينا 1" ، "فلاور 2" - مبردات

تم اختبار تقنية التبريد التالية في Selectel في عام 2010 ، عندما تم بناء مركز بيانات دوبروفكا 1 في قرية دوبروفكا في منطقة لينينغراد. في ذلك ، لأول مرة في ممارسة الشركة ، تم تطبيق نظام تبريد مبرد.
الفرق بين نظام التبريد ومكيفات الفريون هو أن محلول الجليكول غير المتجمد يدور في الأنابيب بين الوحدات الداخلية والخارجية ، والتي تظل سائلة طوال الوقت ولا تدخل في حالة غازية. يتم ضخ المحلول من خلال مكيف الهواء في غرفة الخادم ، حيث يتم تسخينه بواسطة المبرد الساخن لمكيف الهواء ومن أين يتم ضخه في مبادل حراري خارجي خارجي ، يسمى المبرد.
في المبرد ، يتم تبريد محلول الجليكول باستخدام الهواء الخارجي ووحدة تكثيف إضافية. ثم ، يتم تغذية محلول الجليكول المبرد بالفعل مرة أخرى في مكيف الهواء داخل غرفة الخادم في مركز البيانات. في هذه الحالة ، يتم تبريد معدات الحوسبة وفقًا للمخطط التقليدي - يتم توفير الهواء البارد من الأسفل من خلال أرضية مرتفعة إلى "الممرات الباردة" ، ويذهب الهواء الساخن إلى الغرفة المشتركة وكذلك إلى المبادل الحراري.

^{مبرد مركز البيانات}

يوفر المخطط مع الممرات الباردة والساخنة ما يصل إلى 5 ٪ من توفير الطاقة ، لذلك من المهم جدًا عزل مجمعات الهواء البارد والساخن (الممرات وتخزين الهواء).
تكون كفاءة الطاقة في دائرة التبريد أعلى مقارنة بمكيفات الهواء ، ويرجع ذلك إلى حقيقة أن الضاغط الخارجي ووحدة المكثف للمبرد لا يتم تنشيطهما إلا في درجات الحرارة المحيطة فوق + 12 درجة مئوية ، ويتم تشغيل مراوح الوحدة الخارجية بشكل تدريجي ، مع زيادة درجة حرارة سائل تبريد الغليكول. هذا مشابه جدًا لكيفية عمل نظام تبريد محرك السيارة التقليدية.
وفقًا لمخطط المبرد ، قامت Selectel ببناء تبريد ثلاثة مراكز بيانات - دوبروفكا 1 (2010) و Berzarina 1 (2011) و Flower 2 (2015). في حالة مركز بيانات Tsvetochnaya 2 ، تم أخذ خبرة التشغيل المتراكمة على مدار 5 سنوات من تشغيل مركز بيانات دوبروفكا 1 فيما يتعلق بالعديد من الفروق الدقيقة في الصيانة في الاعتبار. كما اتضح ، على الرغم من البساطة الخارجية لمبدأ التشغيل ، فإن نظام التبريد متقلب إلى حد ما في التشغيل ويتطلب صيانة دقيقة والتوافق مع اللوائح. يمكنك قراءة المزيد حول تشغيل نظام التبريد في مركز بيانات Berzarina 1 في مقالة مدونة الشركة .


^{ممر بارد في مركز بيانات فلاور سنتر 2}

"دوبروفكا 3" ، "Berzarina 2" - التبريد الحر

تم اتخاذ الخطوة التالية في تحسين كفاءة الطاقة لأنظمة التبريد في Selectel في الانتقال إلى مخطط التبريد المجاني المباشر. مبدأ تشغيل التبريد الحر الكلاسيكي المباشر هو رفض المبادلات الحرارية ، ويحدث تبريد معدات الحوسبة بسبب النفخ بالهواء الخارجي.
يمر الهواء الخارجي من خلال المرشحات ، حيث يتم تنظيفه من الغبار ، ثم يدخل إلى غرفة المحرك. في الشتاء ، حسب الحاجة ، يتم تخفيف الهواء البارد مسبقًا بالهواء الدافئ من الخوادم في غرفة الخلط للحفاظ على درجة حرارة ثابتة لمعدات النفخ.


^{التبريد الذاتي المباشر مع التبريد اللاحق بدون أرضية مرتفعة}

كما ذكر أعلاه ، تعمل الخوادم وأنظمة التخزين الحديثة بشكل موثوق في درجات الحرارة في الممرات الباردة حتى +27 درجة مئوية. بالنظر إلى مناخ منطقة لينينغراد ، حيث يبلغ متوسط ​​درجة الحرارة اليومية على المدى الطويل حتى في يوليو عند +20 درجة مئوية ، يبدو هذا الحل عمليًا تمامًا. ومع ذلك ، نظرًا لسجل درجة الحرارة + 37.8 درجة مئوية ، المسجل في منطقة لينينغراد في عام 2010 ، كان من المستحيل الاعتماد فقط على رحمة الطبيعة. بالمناسبة ، أكد "صيف 2018 الحار" صحة هذه الحسابات.
وفقًا لذلك ، يستخدم مركز بيانات دوبروفكا 3 ، الذي تم تشغيله في عام 2013 ، التبريد الذاتي المباشر مع وحدة تبريد إضافية (ABHM ، آلة التبريد الامتصاصية) في حالة حرارة الصيف. يمر الهواء الخارجي من خلال المرشحات ثم يمر عبر المبادل الحراري ABXM. في الممرات الباردة لغرفة الخادم ، يتم توفير الهواء تحت الأرضية المرتفعة.


^{تبريد مركز البيانات وفقًا لمخطط التبريد الذاتي مع الأرضية المرتفعة}

كما أظهرت تجربة التشغيل ، يعمل هذا الحل دون تشغيل ABCM إلى درجة حرارة محيطة تبلغ +21 درجة مئوية ، مما يعني عمليًا أن ABCM يعمل فقط في أشهر الصيف. وبالتالي ، فهو حل موفر للطاقة إلى حد ما مع PUE ~ 1.25.
تعد السلامة البيئية من المزايا المهمة لـ ABCHM ، لأنها تعمل على المياه العادية دون استخدام الفريون. من بين عيوب ABXM المبادلات الحرارية الخارجية العملاقة ، ولكن نظرًا لوضع مركز بيانات دوبروفكا 3 في حقل مفتوح تقريبًا ، فإن هذا لا يلعب دورًا خاصًا من حيث حجم المساحات لمعدات ABXM.


^{نظام تبريد مركز البيانات "دوبروفكا 3" مع ABHM}

منذ عام 2013 ، أظهر نظام التبريد المجاني المباشر مع التبريد اللاحق كفاءته العالية وسيتم إعادة تنفيذه في بناء مركز بيانات Berzarina 2 في موسكو. ومع ذلك ، نظرًا للمساحة المحدودة ، سيتم تنفيذ وحدة التبريد بعد ذلك باستخدام نظام ثابت الحرارة.

بضع كلمات حول الحجز

تقليديا ، يتم حجز أنظمة التبريد في مراكز بيانات المستوى الثالث وفقًا لمخطط لا يقل عن N + 1. هذا يعني أنه يجب أن يكون هناك دائمًا وحدة تبريد واحدة على الأقل في المخزون ، والتي يتم تشغيلها في حالة وقوع حادث أو إصلاح (صيانة مجدولة) لأحد الأنظمة المعنية. لذلك ، في مركز بيانات دوبروفكا 1 ، يتم استخدام 4 أجهزة تهوية للتبريد الحر عندما تكون هناك حاجة إلى 3 ، وفي مركز بيانات دوبروفكا 3 ، يتم إيقاف ثلاثة أجهزة ABHM ، واحدة منها قيد التشغيل وتكون في وضع الاستعداد ، جاهزة للإطلاق.
بالمناسبة ، تسعى Selectel في مراكز البيانات الخاصة بها إلى تشديد متطلبات التكرار N + 1 قدر الإمكان ، وليس لديها نظام تبريد واحد ولكن نظامين فائضين في المخزون. على سبيل المثال ، في مركز البيانات "فلاور 1" و "فلاور 2" ، يوجد مكيفان احتياطيان ومبرد ، على التوالي.


^{مكيفات الهواء في حجرة الخادم لمركز البيانات فلاور سنتر 1 (في المركز)}

"Berzarina 2" - قريبا في الخدمة

في نوفمبر 2018 ، تم تشغيل مركز بيانات Berzarina 2 الجديد في موسكو ، حيث سيتم لأول مرة في ممارسة الشركة تطبيق نظام التبريد المجاني مع التبريد بعد استخدام نظام ثابت الحرارة. إذا كان الهواء الخارجي دافئًا جدًا - ودرجة الحرارة في موسكو في فصل الصيف غالبًا ما تتجاوز 23 درجة مئوية - فعندئذ يتم تشغيل نظام التبريد الثابت.


^{التبريد الحر بنظام تبريد ثابت في مركز البيانات "Berzarina 2"}

تعتمد تقنية التبريد الأديباتي على ترذيذ الماء على شكل قطرات صغيرة في مسار تدفق الهواء ، مما يسمح بتبريد الهواء عن طريق تبخير الماء. عند استخدام مرطبات من نوع الرش ، تكون تكاليف الطاقة لعملية التبريد نفسها صغيرة ، مقارنة بأنظمة التبريد الأخرى. لا يسمح الهيكل الخلوي المعقد للحاجز القابل للبلل في طريق الهواء المزود بالميكروبات الدقيقة من الماء بالدخول إلى قنوات مركز البيانات. في الوقت نفسه ، يظل مستوى الرطوبة ضمن القيم المقبولة لمعدات تكنولوجيا المعلومات.


^{نظام أدياباتي}

"هناك العديد من الحلول المثيرة للاهتمام لأنظمة التبريد في العالم التي توفر الطاقة. ومع ذلك ، من المستحيل تجربة جميع المنتجات الجديدة - تحتاج إلى الحصول على تمويل ، وتنفيذ التصميم ، ثم إكمال شراء المعدات ، وإعداد المعدات وتشغيلها. مراحل التسليم والتركيب والتعديل والتشغيل كلها إجراءات طويلة للغاية. لذلك ، فإن أنظمة المناخ بعد بدء العمل لمدة عقد على الأقل ونادرًا ما يتم تحديثها بشكل جذري في عملية تشغيل مركز بيانات تم إنشاؤه بالفعل. والمنتجات الجديدة المثيرة للاهتمام قادمة بالفعل إلى مركز البيانات الجديد ، حيث ستستمر لمدة 10-15 عامًا "، لخص كيريل ماليفانوف ، المدير الفني لشركة Selectel.