[recovery mode] Уровень влажности в ЦОДе: почему это важно

Используемое в ЦОДах оборудование предъявляет достаточно строгие требования к относительной влажности воздуха в помещении. При её уменьшении ниже определенного уровня могут возникать электростатические разряды. Как известно, статическое электричество может представлять опасность для ИТ-оборудования в ЦОДе. Чтобы свести ее к минимуму, рекомендуется поддерживать в помещениях дата-центра определенный уровень относительной влажности.

Под влажностью воздуха понимают содержание в нем водяного пара. Различают абсолютную и относительную влажность. Абсолютная влажность – это плотность водяных паров в воздухе при определенной температуре. Чем выше температура, тем большее количество влаги может содержаться в воздухе. Предельное количество водяных паров, насыщающих воздух при данной температуре, называют максимальной влажностью. Дальше влага будет конденсироваться. Проблема выпадения конденсата – другая беда, поэтому превышение максимального значения уровня относительной влажности в ЦОДе также нежелательно и должно контролироваться.
Относительная влажность (Relative Humidity) определяется как отношение абсолютной влажности к влажности, максимально возможной при данной температуре, выраженное в процентах.

Какой должна быть влажность в ЦОДе?

На основе каких документов или стандартов осуществляется нормирование влажности в ЦОДах? В соответствии с документом SP–3-0092: (Стандарт TIA-942, редакция 7.0, февраль 2005) «Телекоммуникационная инфраструктура центров обработки данных» пункт 5.3.5.3. «Рабочие параметры окружающей среды» эти параметры должны быть следующими:

— температура по сухому термометру: от 20ºС до 25ºС;
— относительная влажность: от 40% до 50%;
— точка росы: не выше 21ºС;
— скорость изменения: не более 5ºС в час.

Кроме того, в спецификациях на ИТ-оборудования указываются допустимые значения влажности и температуры для конкретных моделей аппаратного обеспечения.
Между тем согласно исследованиям, выполненным в 2014 году по заданию технического комитета ТС 9.9 Американского общества инженеров отопления, охлаждения и воздушного кондиционирования (ASHRAE), предполагается, что относительную влажность можно понизить до 8-15%, что поможет сэкономить электроэнергию и улучшить показатель энергоэффективности PUE, но это требует определенных мер защиты.

Напольное покрытие дата-центра должно обладать способностью рассеивать статическое электричество, а также должным образом заземляться. Сотрудники и посетители дата-центра должны носить обувь на подошве, обладающей свойствами проводимости. Независимо от уровня влажности, рекомендуется всегда надевать при работе с оборудованием или при замене деталей внутри корпуса антистатические браслеты.

Если при ходьбе по незаземленному фальшполу при 80% влажности напряжение статического электричества достигает всего 250 В, то при 20% – уже 12 000 В: искровой разряд в этом случае способен привести к выходу из строя оборудования ИТ или телекоммуникационных систем.
Для поддержания более высокой относительной влажности требуется большее количество пара, и, как следствие, большее энерго- и водопотребление. Ведь известно, что до 40% от всего энергопотребления ЦОДа составляют системы охлаждения (если применяются традиционные фреоновые или чиллерные системы).

На поддержание необходимого в ЦОДе уровня влажности требуется довольно большой расход воды и электричества – на это уходит до 15% потребляемой им электроэнергии.
Понижение уровня влажности с традиционных 40-50% стало возможным с появлением ИТ-оборудования ЦОДа, которое работает при повышенных температурах: теплый воздух удерживает больше пара, и дата-центр может экономить электроэнергию на установках испарения воды для увлажнения (пароувлажнителях).

Если уровень влажности выше допустимых значений, возможно образование конденсата на холодных поверхностях оборудования, как следствие — коррозия. Это одна из проблем дата-центров, использующих фрикулинг, где наружный воздух может оказаться холодным или влажным.

В дата-центре, построенном по архитектуре холодных и горячих коридоров, вероятность появления конденсата высока в холодном коридоре. Появление конденсата на электронных компонентах может оказаться губительным для ИТ-оборудования и вызывать короткое замыкание.

В обновленном стандарте TIA-942-A параметры влажности прописаны в разделе:
6.4.5.2.1 Операционные параметры
Температура и влажность в компьютерном зале должны поддерживаться в соответствии с
требованиями для оборудования классов A1 или A2 в ANSI/TIA-569-C.

Требуемые значения температуры и влажности для оборудования классов А1-А4 и В.

Т.е. в настоящий момент максимальное значение влажности для помещений класса A1 и A2 – 60%, для класса B допустимый диапазон – от 8 до 80%.

Конструкции и типы систем увлажнения

Увлажнение воздуха традиционно реализуется или в виде отдельной системы, или в качестве одного из модулей систем кондиционирования, либо приточной системы вентиляции. Во многих крупных дата-центрах установки CRAC (Computer Room Air Conditioners), которые управляют температурой и влажностью, используют встроенные нагреватели и увлажнители. Они поддерживают контролируемые параметры температуры и влажности в заданном диапазоне.
Как правило, прецизионные кондиционеры комплектуются пароувлажнителями электродного типа: на электроды в паровом цилиндре подается напряжение, вода нагревается до состояния кипения и, тем самым, мы получаем пар, подающийся через парораспределитель в поток воздуха.

Паропроизводительность при этом можно регулировать, меняя уровень заполненности парового цилиндра. при помощи контроллера, который поддерживает требуемый уровень воды. Если выработка пара снижается ниже требуемого значенияб клапан наполнения открывается для увеличения уровня воды в баке. В случае обратной ситуации клапан остается закрытым до достижения требуемой влажности.

Контроллеры могут отображать набор различных параметров, таких как относительная влажность воздуха, сила тока в увлажнителе, электропроводимость воды, паропроизводительность, индикация ошибок.

В зависимости от электропроводимости воды и концентрации в ней минеральных солей для выхода увлажнителя на рабочий режим может потребоваться несколько часов.
В системах прецизионного кондиционирования Schneider Electric, как и во всех аналогичных системах, модуль с увлажнителем устанавливается непосредственно в корпус кондиционера и подает пар в воздушный канал. Преимущества такого подхода – точное поддержание параметров влажности в отдельном локальном объеме, простая регулировка, возможность быстрой замены модуля.

Есть и недостатки: больший расход электроэнергии по сравнению с распылительным или поверхностным увлажнением, зависимость от качества воды. Последнее, впрочем, относится почти ко всем видам увлажнения, исключение составляют разве что увлажнители на ТЭНах, которые, как правило, используются в отдельных системах вентиляции.

Существуют увлажнители разных типов: электродные, инфракрасные, ультразвуковые и пр. У каждого подхода свои преимущества и недостатки, однако электродные пароувлажнители – наиболее простое решение с точки зрения установки, управления и обслуживания. Иные типы увлажнителей более требовательны к содержанию примесей в воде. Им свойственны такие недостатки как механическое засорение форсунок, образование налета на увлажняющих матах, белый налет в случае использования ультразвуковых систем. А пароувлажнители с системами очистки воды более требовательны, выше эксплуатационные расходы. К тому же в российских условиях системы очистки воды достаточно дороги, а качество воды очень сильно различается в разных проектах, что влечет большие расходы на водоподготовку.

В паровых приборах водяной пар образуется в результате кипения Температуру воздуха они не изменяют. К плюсам таких установок относят чистый пар, точность регулирования, удобство монтажа, малые капиталовложения, нетребовательность к качеству воды, однако для них характерно высокое потребление электроэнергии (порядка 0,75 кВт на 1 кг пара), ограниченность по мощности (паропроизводительность в пределах 1-120 кг/ч).
Наиболее распространенные типы паровых увлажнителей — электродный и тэновый. Электродные увлажнители отличаются более низкой стоимостью, но дороже в эксплуатации, поскольку требуют регулярной замены электродов и очистки. Точность поддержания параметров у них составляет ± 5%. Увлажнители электродного типа работают на водопроводной воде средней жесткости.

Системы увлажнения от Schneider Electric

Для поддержания требуемой влажности в помещении ЦОДа в кондиционерах Schneider Electric используются увлажнители с погружными электродами с возможностью регулировки производства стерильного пара и автоматической регулировкой концентрации солей в паровом цилиндре, что позволяет использовать обычную, не подготовленную воду различной степени жесткости без ее химической обработки или деминерализации.

Таким образом, в системах увлажнения Schneider Electric используется простая водопроводная вода. Сливается она в дренаж. Дополнительные расходы минимальны, требуется только простая механическая очистка воды. В случае большого содержания солей возможно быстрое «расходование» электродов, но сами паровые цилиндры, по существу, расходный материал. В среднем раз в год их нужно менять (периодичность зависит от конкретной площадки).

В чем отличие увлажнителей в системах вентиляции от увлажнителей в прецизионном кондиционере? Принципиально – только в месте расположения, т.к. в случае системы вентиляции в канал устанавливается парораспределительная трубка, идущая от корпуса увлажнителя, который находится рядом с каналом. Также требуется тщательно подбирать место установки данной трубки и ее ширину и количество.

Обычно прецизионные кондиционеры комплектуются стандартными пароувлажнителями с единственно возможной номинальной мощностью. Максимальный расход пара подобран исходя из диапазона расхода воздуха конкретной модели кондиционера, т.е. в пределах этого диапазона паропроизводительность системы увлажнения достаточно.

В числе компонентов подключаемой к чиллеру системы кондиционирования InRaw RP –пароувлажнитель (4) и датчик влажности (12). Устройства InRow оснащены датчиками температуры и влажности для автоматизации процедур регулирования режима работы. Они совместимы с системами изоляции Hot Aisle Containment и Rack Air Containment, повышающими эффективность функционирования систем охлаждения.

Кроме того, в целях сокращения капитальных затрат не обязательно оснащать пароувлажнителями все без исключения кондиционеры — часть кондиционеров может быть моделями «только холод».

Мониторинг показателей влажности в ЦОДе может осуществляться в рамках DCIM. Он дает полную и точную картину состояния воздуха в помещении и понимание происходящих в дата-центре процессов, в том числе используется для контроля резкого повышения / понижения влажности в конкретной точке из-за изменений в структуре ЦОДа или каких-либо действий по настройке конфигурации оборудования. Показатели снимаются с датчиков влажности в разных точках ЦОДа.

Использование аппаратных и программных компонентов системы DCIM (Data Center Infrastructure Management) помогает снизить стоимость эксплуатации дата-центра, повысить отдачу от CAPEX, ускорить принятие и реализацию решений в управлении инфраструктурой ЦОДа.
Системами поддержания влажности могут оснащаться все виды типы прецизионных кондиционеров Schneider Electric, как по типу (фреоновые системы DX, системы на охлажденной воде CW), так и по форм-фактору (периметральные и внутрирядные).
Увлажнитель состоит из парового цилиндра, парораспределительной трубки (устанавливаемой непосредственно на выходе теплообменника), клапанов наполнения и дренажа,, датчика уровня воды в паровом цилиндре.

Пропорциональный контроль работы увлажнителя (достигается контролем тока, проходящего через электроды цилиндра, и управлением концентрацией соли в цилиндре) позволяет увеличить эффективность системы, снизить потребление энергии и увеличить срок службы компонентов.

Влажность измеряют в холодном коридоре. Точку росы желательно установить на 4,44°С ниже эквивалент относительной влажности 15% при температуре входящего воздуха в 24 градуса. В горячем коридоре относительная влажность может быть ниже, чем в других местах, поскольку понижается с повышением температуры.

Задача проектирования, планирования и создания инженерной инфраструктуры дата-центров состоит в правильном прогнозировании, исходя из множества факторов. Возможны разные реализации систем охлаждения и увлажнения, даже на одном объекте. Если для небольших центров обработки данных есть типовые решения, то крупные объекты всегда уникальны. Нужно постараться грамотно спрогнозировать изменение ИТ-нагрузки в центре обработки данных. И, конечно, не забывать про уровень влажности.