データセンターのインライン冷却:神話と現実

インライン冷却システムは10年以上にわたってデータセンターで使用されてきましたが、専門家でさえ、運用に関して多くの誤解を持っています。 以下では、一般的な誤解を見て、その過程で、加熱された空気が排出される方法、およびこれらのシステムを可能な限り効率的にする基本的な設計原則を説明します。







データセンターのサーバールームのスペースは通常、ゾーンに分割されます。 ゾーン(英語の用語ではポッド)は、共通の電源および冷却インフラストラクチャを共有するキャビネットのグループです。 ほとんどの場合、1つのゾーンは2列のキャビネットで構成され、その間に「ホットな」廊下が形成されます。



列冷却では、ラック列にエアコンを直接設置します。 さらに、多くの場合、そのようなエアコンは、他のタイプのエアコンと同様に、「冷気を(IT機器に)供給するシステム」と見なされます。 このため、多くの誤解が生じます。 現実には、主なことは、屋内の空気と混合することなくIT機器から「加熱された空気の除去」を確保することです。

以下は、インライン冷却システムの動作に関する3つの一般的な誤解です。





行エアコンの効果はゾーンによって制限されます。多くの人々は、行エアコンはゾーン内の負荷しか処理できないと考えており、ゾーンの1つで冷却システムの容量を増やしても、他のゾーンからの熱放散には役立ちません。



神話を解き明かす前に、データセンター冷却システムの運用と設計の一般原則について話しましょう。 このようなシステムの主な目的は、IT機器から発生する熱を除去することです。 このようなシステムで熱気を収集する(または冷気を供給する)効率の尺度は、排気断熱係数(KIOV)と呼ばれます。 この係数は、気流パターンに基づいて一貫した方法で計算されます。 値が大きいと、冷却システムのパフォーマンスが向上します。

KIOVは、同じゾーン内のインラインエアコンの熱交換器に直接来る排気(IT機器によって加熱される)の割合として定義されます。 これは、インライン冷却の効率を評価するための基本的な指標です。



排気収集プロセスの空力モデリングの結果(中央通路は「ホット」コリドーとして機能します。インラインエアコンは青色でマークされています)。



理想的には、室温を上げることなく、加熱されたすべての空気が冷却装置の熱交換器に送られることが望ましい。 この場合、KIOVは100%に等しくなります。 次の設計手法は、90%を達成し、それを上回ります。







インラインエアコンは通常、背面から空気を取り入れ、前面から排出します。 それらは、IT機器用のキャビネットと同じサイズです(同じ幅または半分の幅)。 エアコンの吸気口とIT機器の換気口の間の最大距離は通常3 mを超えてはなりません。ラックの「排気」がその列の最も近いエアコンの「手が届かない」場合、ほとんどの列は反対側の列からエアコンに行きます。



空気を後ろから前に送る垂直方向のファンラインを備えたインラインエアコン



ゾーン内のすべての加熱された空気が、そこにあるエアコンによって中和された場合(つまり、KIOV = 100%)、ローカル過熱ゾーンは定義上発生しません。





エアコンの配置例。 その数と場所は、ラックのエネルギー消費量と廊下の長さに基づいて決定されます



最新のインラインエアコンには、電子スイッチ付きのファンが装備されており、ブレードの回転速度を制御できるため、熱負荷に応じて空気の流れの強さと冷却能力を制御できます。 このようなデバイスの動作を制御するために、温度は、近くのラックまたは部屋全体のデバイスの空気取り入れ口で自動的に測定されます。

現在、インライン冷却システムの動作と設計の原則に関する知識を身につけて、神話を覆す話を進めています。



神話1:インラインエアコンには、方向性のある気流を作り出すための特別なツールが必要です。



排出された(高温の)空気の100%が高温の廊下に隔離されると、データセンターのサーバールームの残りの容積全体が低温の空気リザーバーに変換されます。 したがって、インラインエアコンからどの方向に来るかは関係ありません。 主なことは、加熱された(IT機器)空気が完全に収集され、中和されることです。



一部のメーカーでは、冷気を近くのラックに送るためにさまざまなデフレクターとリフレクターが使用されています。 しかし、むしろ、これは、排気を集める原理の理解不足を示しています。 リフレクターを設置すると、コストが増加するだけでなく、気流の編成に問題が生じます。 エアコンからの指向性空気流は、近くのラックに入る空気流よりも高速で、垂直に流れます。 直立部の前に希薄化ゾーンを作成し、設計フローを混乱させる可能性があります。



リフレクターによって形成される強力なエアジェットは、吸気口を塞ぎ、ラックからラックへの著しい不均一な冷却状態を作り出す可能性があります。 回転式リフレクターの使用は、大幅な圧力降下の発生に関連しており、ファンの動作に追加のエネルギー消費が必要になります。



神話2.列のエアコンを各列に設置する必要がある



説明されている設計原則から、高いKIOV値を確保できる場合は、ゾーンの行間でエアコンをどのように分散させるかは問題ではないということになります。 数値シミュレーションと実際の例は、ゾーンの列の1つに配置されたエアコンが両方の冷却装置を効率的に提供することを示しています。





インラインエアコンが1列のラックのみに設置されている場合のサーバールームの空気の流れをモデリングした結果





神話3.インラインエアコンの動作は、設置されているゾーンによって制限されます。



この神話によると、インラインエアコンは選択されたゾーンの局所冷却専用に設計されており、他のゾーンのラックの冷却や、部屋の周囲に配置されたスタンドアロンの機器(テープドライブなど)には適していません。



自立型IT機器を冷却する最も予測可能な方法は、横にエアコンを配置し、KIOVの高いミニゾーンを作成することです。 しかし、個別の機器に専用のインラインエアコンがない場合はどうでしょうか? 「熱い」廊下の断熱は、そのような機器の冷却に悪影響を及ぼしますか?

これらの質問に答えるために、2つの同一のサーバールーム(それぞれに65ラック、235 kWのIT負荷、2つのスタンドアロンITデバイスがあります)を見てみましょうが、一方は「ホット」コリドーの断熱が行われ、もう一方はそうではありません。



以下は、14台のエアコンを均等に配置して使用した場合のホールの温度を計算した結果です。 各ラックにKIOVが示されています。 高温の廊下が断熱されていない場合、自立型機器の空気取り入れ口の平均温度は22℃です。



高温の廊下を断熱せずにインラインエアコンを備えたデータセンターをモデリングした結果。 総負荷は235 kWです。 65ラックのみ:ワイド-ラックあたり5 kW、ナロー-ラックあたり3 kW。



ほとんどのラックで「ホット」コリドーが分離されているため、KIOVは100%です。 両方のスタンドアロンデバイスの吸気口の平均温度は21˚Cです。



インラインエアコンと高温の廊下の断熱を備えたデータセンターのモデリングの結果。 総負荷は235 kWです。 65ラックのみ:ワイド-ラックあたり5 kW、ナロー-ラックあたり3 kW。



自立型機器を設置する場合、最初に室温が上昇します。 次に、最も近いエアコンがこれを検出し、冷却能力を高めます。 新しい平衡状態に達した後、すべての指標は一定レベルのままです。



このような「新しい補助負荷を拾う」プロセスは、「ホット」コリドー用の断熱システムの存在下でも行われます。 いずれにせよ、自立型IT機器は(空調ゾーンのラックに設置された機器と比較して)高温で動作し、機器がエアコンから遠いほど、その吸気口の温度が高くなることに留意する必要があります。 しかし、適切な設計では、この温度は信頼性の高い動作のために許容できます。



かつてシュナイダーエレクトリックは、ITルーム用のインライン冷却システムの開発のパイオニアでした。 今日、このようなシステムはすでに業界標準になっていますが、この分野のリーダーは依然として企業です。 ソリューションのポートフォリオには、冷水(InRow Chilled Water)とフレオンシステム(InRow Direct Expansion)の両方で動作する「列内」が含まれます。 顧客は幅30または60 cmのエアコンを選択し、特定のプロジェクト(上部または下部)で最も便利なパイプ供給方式を使用できます。 InRowデバイスには、制御手順を自動化するための温度および湿度センサーが装備されています。 ホットアイルコンテインメントおよびラックエアコンテインメントの断熱システムと互換性があり、冷却システムの効率が向上します。



InRowシステムは、多くのロシアのデータセンター(企業センターと商業センターの両方)にインストールされ、正常に運用されています。 これは、IT機器に最適な気候を作り出すための効果的で経済的なソリューションです。



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