Эффективное управление влажностью в ЦОД

Как известно, одним из способов увеличения энергоэффективности центра обработки данных (ЦОД) является сокращение расходов электроэнергии, связанных с освещением, бесперебойным питанием, кондиционированием, охлаждением и поддержанием требуемого уровня влажности. Дело в том, что затраты на эти цели практически равны затратам на электропитание ИТ-оборудования (рис. 1). Управление влажностью в ЦОД — один из существенных элементов микроклиматической поддержки, создающей приемлемые условия для эксплуатации компьютерного оборудования. Слишком низкий уровень влажности приводит к накоплению статических зарядов и способствует, например, разрушению информационных носителей в лентопротяжных механизмах, а также связан с другими неблагоприятными последствиями.

Напомним, что влажность обычно характеризуется количеством воды в веществе, выраженным в процентах (%) от первоначальной массы влажного вещества или его объема. Под влажностью воздуха понимают содержание водяного пара в воздухе. Различают абсолютную и относительную влажность; абсолютная влажность – это плотность водяных паров, присутствующих в воздухе при определенной температуре. Измеряется абсолютная влажность в граммах на 1 куб. м воздуха. В зависимости от температуры при одной и той же абсолютной влажности воздух может быть и сухим, и влажным. Но 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 и выпадать из воздуха в виде осадков. Относительная влажность RH (Relative Humidity) дает истинное представление о степени увлажнения воздуха. Она определяется как отношение, выраженное в процентах, существующей в момент измерения абсолютной влажности к влажности, максимально возможной при данной температуре. Над водными поверхностями океанов и морей относительная влажность воздуха высокая (более 80%); в жарких пустынных местностях — низкая (менее 10%). Атмосфера типичного ЦОД часто напоминает пустыню.

Как уже говорилось, повышение относительной влажности в компьютерной комнате или дата-центре препятствует накоплению статического электричества. Например, при ходьбе по незаземленному фальшполу при 80% RH напряжение статического электричества достигает всего 250 В, а при 20% RH – 12 000 В. Если первое значение не представляет серьезной угрозы, то в последнем случае возникший искровой разряд может привести к выходу из строя компьютерного оборудования. Правда, дальнейшее увеличение (более 80% RH) относительной влажности ведет не только к быстрой коррозии металла, но и повышает риск повреждения техники водой. Неким стандартом для ИТ-оборудования считается RH 40–55%.

Во многих крупных дата-центрах установки CRAC (Computer Room Air Conditioners), которые управляют температурой и влажностью, используя встроенные нагреватели и увлажнители, работают независимо, используя заводские установки. Они пытаются поддерживать контролируемые параметры в заданном диапазоне: увлажняют воздух, когда значение RH слишком мало, а когда температура воздуха слишком поднялась, охлаждают его. Может случиться так, что несколько CRAC функционируют в противофазе (некоторые агрегаты работают в режиме нагрева, в то время как другие – в режиме охлаждения), если предустановки регулирования не идентичны друг другу и дифференциал регулирования слишком узок. Такая же ситуация может возникнуть при близком расположении установок CRAC, когда смешиваются входные и выходные потоки воздуха. Подобного рода сценарий также возможен, если датчики не откалиброваны или если разные участки дата-центра характеризуются существенно различающимися между собой электрическими нагрузками.

Чтобы исключить возникновение подобных ситуаций, приводящих к существенным энергетическим потерям, в ЦОД рекомендуют использовать один центральный кондиционер CAHU (Central Air Handling Unit), в задачу которого входит увлажнение воздуха и при необходимости его небольшой подогрев. CAHU также служит для снабжения свежим воздухом и создания избыточного давления в основных технологических помещениях ЦОД. Избыточное давление сводит к минимуму инфильтрацию воздуха и соответственно его загрязнение (последнее также способно негативно влиять на работу компьютерного оборудования). В целях управления влажностью непрерывно контролируется относительная влажность и температура удаляемого CAHU воздуха. Результаты измерений преобразуются в показатели абсолютной влажности (влагосодержание), измеряемой весом водяных паров на единицу веса сухого воздуха. На основании этого по потребности проводится увлажнение воздуха, создающее приемлемый уровень абсолютной влажности внутри дата-центра.

В современных ЦОД используют разные типы увлажнителей: испаряющие, иммерсионные, инфракрасные, паровые и ультразвуковые. Качественное сравнение основных типов увлажнителей приводится в таблице.

Характеристики увлажнителей

Тип увлажнителя	Капитальные затраты	Операционные расходы	Стоимость обслуживания
Паровой	Низкие	Высокие	Низкая
Инфракрасный	Низкие	Высокие	Низкая
Ультразвуковой	Высокие	Низкие	Высокая

Одно из энергоэффективных решений для ЦОД – установка ультразвуковых увлажнителей. Принцип работы таких устройств основан на свойстве пьезоэлементов изменять свои размеры под действием электрического поля. Если пьезоэлемент погрузить в воду и подать на него переменное напряжение высокой (ультразвуковой) частоты, то он начнет вибрировать, расщепляя воду до состояния мелкодисперсной взвеси (рис. 2). Эту водяную взвесь встроенный вентилятор выдувает в помещение. Внешне это выглядит так, будто внутри ультразвукового увлажнителя воздуха кипит вода, однако пар при этом имеет комнатную температуру. От других типов увлажнителей ультразвуковые приборы отличаются тем, что не испаряют воду, а механически разбивают ее на мельчайшие капли, одновременно распыляя растворенные в ней примеси. Таким образом – в отличие, например, от паровых увлажнителей, работа которых подобна нагреванию сосуда с водой, – ультразвуковые увлажнители не повышают температуру окружающего воздуха в ЦОД.