Проектирование систем вентиляции ЦОД, Дата-центра, серверной

Проектирование вентиляции ЦОД, дата-центров, серверной

Наша проектно-монтажная компания предлагает комплексное решение задач по проектированию систем вентиляции любого уровня сложности, подбор оптимального оборудования для вентиляционных систем в соответствии с техническим заданием и пожеланиями клиента, а также монтаж «под ключ» и пуско-наладочные работы с дальнейшим обслуживанием.

Центры обработки данных появились с первыми электронно-вычислительными машинами в начале 50-ых годов. Первоначально это были крупные магнитофоны, которые записывали информацию на магнитную ленту.

Современный центр обработки данных, в английском произношении «data center» (дата-центр), это здание или его часть, в котором находятся машинный зал с серверами и вспомогательные (подсобные) помещения для него.

На сегодняшний день в мире существует тысячи и тысячи дата-центров разной архитектуры и мощности. Дата-центр Агентства национальной безопасности США – это один из самый крупных дата-центров в мире, который расположен в штате Юта.

Этот дата-центр имеет четыре здания для серверов с общей площадью 9290 м2, офис для технического и административного персонала; генераторы резервного питания и баки с топливом, на трое суток работы дата-центра; резервуары с водой и насосы; холодильники и теплообменники; электрическая подстанция; отдел охраны и другие подсистемы. Площадь всех административных и технических зданий — 83613 м2. Объем хранения 5 зеттабайт данных (один зеттабайт – это 62 млрд. умножить на 16 Гб).

1. Нормы проектирования и строительства дата-центров.

За последние десятилетия в связи с бурным ростом количества персональных компьютеров, увеличения связей в Интернете и прогрессом в области создания новых видов компьютеров роль дата-центров возрастает быстрыми темпами. При проектировании и строительстве дата-центров применяются следующие нормативные акты:

1. Стандарт TIA-942 Телекоммуникационная инфраструктура Центров Обработки Данных, редакция 7.0 от февраля 2005г.
2. Стандарт TIA/EIA-569-A Стандарт телекоммуникационных трасс и пространств коммерческих зданий от февраля 1998г.
3. Межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 14644-1-2002 «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды». Часть 1.
4. Межгосударственный стандарт ГОСТ ИСО 14698-2-2005 «Чистые помещения и связанные с ними контролируемые среды. Контроль биозагрязнений». Часть 2.
5. ДБН В.2.2-282010 Административные здания.
6. Отраслевые нормы для производственных и складских зданий предприятий радиоэлектронной промышленности.
7. ДБН В.2.5-16-99. Инженерное оборудование сооружений, внешних сетей. Определение размеров земельных участков для объектов электрических сетей.
8. Отраслевые нормы проектирования и строительства дизельных подстанций.
9. Отраслевые нормы проектирования и строительства хранилищ жидкого топлива.
10. Строительные и санитарные нормы для отопления, вентиляции и кондиционирования.
11. Нормы пожарной и общей безопасности на объекте.

2. Классификация дата-центров.

В соответствии с действующими нормами дата-центры квалифицируют по размеру, надежности работы и по предназначению.
По размеру дата-центры квалифицируются на:
1. Крупный дата-центр – это отдельное, новопостроенное здание со своими каналами связи для обеспечения максимальных условий работы.
2. Модульный дата-центр – это отдельное здание или помещение, где собираются модульные блоки различной конструкции. Начинается с одного модуля для серверного помещения и увеличивается по мере необходимости приращением дополнительных модулей.
3. Средние дата-центры – это помещение определённого размера с одним или несколькими серверами и каналами определённой пропускной способности
4. Малые дата-центры – это помещение определённого размера с одним сервером и каналом с низкой пропускной способностью. Предоставляют минимум услуг при минимальной оплате.
5. Контейнерные дата-центры. Разновидность модульных дата-центров, которые размещаются в стандартных 20 и 40 футовых контейнерах. Могут перевозиться автомобильным и железнодорожным транспортом.

Основной показатель работы дата-центра — отказоустойчивость; стоимость строительства и эксплуатации, показатели энергопотребления и регулирования микроклимата. По стандарту TIA-942 дата-центры квалифицируются по четырем уровня надёжности:

Уровень 1 (N) — отказ оборудования или проведение ремонтных работ приводят к остановке работы всего дата-центра. В дата-центре отсутствуют фальшпол, резервные источники электроснабжения, источники бесперебойного питания, инженерные инфраструктуры не дублируются.
Уровень 2 (N+1) — имеется небольшой уровень резервирования. В дата-центре есть фальшпол, резервный источник электроснабжения. Проведение ремонтных работ вызывает остановку работы всего дата-центра.
Уровень 3 (2N) — инженерные системы однократно зарезервированы, имеется несколько каналов распределения электропитания и охлаждения. Постоянно работает только один из них. Проведения ремонтных работ не останавливает работу дата-центра.
Уровень 4 (2(N+1)) — инженерные системы двукратно зарезервированы. Существует и поочередно работает основная и дополнительная система. При проведении любых работ работа дата-центра не останавливается.
Дата-центры по виду использования и предназначению квалифицируются на корпоративные, для обслуживания конкретной компании, и коммерческие, которые предоставляют свои услуги всем желающим.

3. Структура и архитектурные особенности дата-центров.

К основным элементам дата-центра относятся: комната ввода, главная распределительная зона, горизонтальная распределительная зона, место зонного распределения и аппаратная зона.

Комната ввода - это место, используемое для соединения кабельной системы дата-центра и наружных кабелей, которые принадлежат провайдеру или потребителю. В комнате устанавливается разграничительная арматура и оборудование, которые принадлежат провайдеру. Комната ввода может располагаться вне машинного зала. Дата-центры могут иметь не одну, а несколько комнат ввода, для обеспечения дополнительного резервирования или для минимизации длины кабеля, идущего к проводке провайдера. Комната ввода сопрягается с машинным залом через главную распределительную зону.

Главная распределительная зона содержит основную кросс-панель, которая является центральным пунктом распределения структурированной кабельной системы и может содержать горизонтальную кросс-панель, когда аппаратные зоны обслуживаются прямо из главной распределительной зоны. Это место находится внутри машинного зала; в многопользовательских дата-центрах оно может располагаться в специально выделенной комнате, из соображений безопасности.

Главная распределительная зона может обслуживать одну или несколько горизонтальных распределительных зон или аппаратных зон в пределах дата-центра и одну или несколько аппаратных системы связи, расположенных вне дата-центра и предназначенных для поддержки вспомогательных офисных комнат, операционного центра и других вспомогательных помещений.

В горизонтальной распределительной зоне обычно находятся коммутаторы локальных сетей, коммутаторы сети системы хранения данных, а также KVM-коммутаторы для оконечного оборудования, размещённого в аппаратных зонах. Небольшие дата-центры не нуждаются в горизонтальной распределительной зоне, поскольку весь машинный зал в целом обслуживает главная распределительная зона. Крупные и надежные дата-центры имеют несколько горизонтальных распределительных зон.

Аппаратная зона - это место, выделенное для оконечного оборудования, включая компьютерные системы и аппаратуру связи. Эти зоны не должны обслуживать задачи комнат ввода, главной распределительной зоны и горизонтальной распределительной зоны.

Допускается иметь в горизонтальной кабельной разводке опциональную точку прямого соединения которая называется местом зонного распределения. Это место располагается между зоной горизонтального распределения и аппаратной зоной, что позволяет часто осуществлять реконфигурацию и повышает гибкость системы.

Архитектурные особенности дата-центра, которые учитывают при проектировании и строительстве:

1. Следует рассмотреть дублированный доступ к зданию с разных дорог.
2. По возможности здание должно быть одноэтажным строением, специально предназначенным для дата-центра. Предпочтительны здания с большими свободными пролётами между колоннами, это позволяет максимально увеличить полезную площадь для размещения оборудования.
3. Строительные материалы должны быть негорючими. Наружные стены должны быть выполнены их бетона или кирпича, со всех сторон иметь свободные боковые площадки шириной 18 м.
4. Быть полностью оборудовано спринклерной системой пожаротушения.
5. Здание должно удовлетворять конструктивным требованиям к монтажу. Следует рассмотреть несущую способность перекрытия с точки зрения нагрузки от трансформаторов и аккумуляторных батарей ИБП, а также виброизоляцию от оборудования вращательного типа, находящегося на соседних этажах.
6. Нужно учитывать высоту от пола до нижней поверхности потолка здания. Может потребоваться высота 4 м и более для того, чтобы разместить фальшполы, оборудование и кабельную разводку.
7. У здания должна быть предусмотрена автостоянка (парковка) достаточных размеров, соответствующая всем действующим нормам.
8. Следует предусмотреть достаточное пространство для всех видов вспомогательного электро- и механического оборудования, включая оборудование для работы внутри здания, вне здания и на крыше. Нужно учесть и будущие потребности в оборудовании.
9. Здание должно иметь достаточно большую погрузочно-разгрузочную площадку, грузовой лифт и пути для приёма всех ожидаемых поставок расходных материалов и оборудования.
10. Машинный зал следует располагать вдали от таких источников электромагнитных и радиационных помех, как рентгеновское оборудование, радиопередатчики и трансформаторы.
11. Дата-центр и всё вспомогательное оборудование должны быть расположены выше самого высокого ожидаемого уровня паводковых вод. Не допускается размещать критически важное электронное, электрическое или механическое оборудование в подвальных этажах.
12. В машинном зале не следует предусматривать наружные окна. Если в предполагаемом помещении для машинного зала всё же есть окна, их следует снабдить защитным покрытием по соображениям безопасности и для уменьшения нагрева от солнечных лучей.

4. Расчетные величины воздухообмена в дата-центре.

Работа оборудования в дата-центре сопровождаются значительным выделением тепла, образованием электростатической пыли и вредных веществ (испарения аккумуляторов, выхлопные газы дизельной электростанции, прочее). Вентиляции дата-центров это естественная и механическая приточно-вытяжная вентиляция с активным кондиционированием, предназначенная для ассимиляции теплопоступлений, удаления пыли и вредных веществ.

Рабочие параметры микроклимата для помещений дата-центра составляют:
1. Температура по сухому термометру 20 – 25°С.
2. Относительная влажность 40 – 50%.
3. Точка росы не выше 21°С.
4. Скорость изменения градиента температуры не более 5°С в час.
5. Чистота фильтрации наружного воздуха должна соответствовать классу EU4.
6. В зависимости от местных условий окружающей среды может понадобиться оборудование для увлажнения, осушения и подогрева воздуха.
7. Температура и влажность внутреннего воздуха замеряются после того, как оборудование запущено в работу.
8. Объем приточного воздуха больше объема вытяжного, для создания избыточного давления в помещениях дата-центра.

К машинным залам и комнатам ввода крупных дата-центров с высокой степенью надежности предъявляются дополнительные требования как к чистым помещениям класса 5 ИСО. Класс 5 ИСО соответствует чистоте атмосферного воздуха на высоте более четырех километров и в космосе. Более чистых сред в естественных природных условиях не существует.

Для помещения аккумуляторных минимальный воздухообмен определяется из условия предельно допустимой концентрации водорода в воздухе. Если данные о максимальной производительности аккумуляторной отсутствуют, то объем воздухообмена принимают по кратности:

1. Для кислотных аккумуляторных — 10 крат.
2. Для щелочных аккумуляторных — 3 крата.

Для помещений дизельной электростанции и хранилища жидкого топлива минимальный воздухообмен определяется из технических условий работы дата-центра.

Если здание дата-центра располагается в холодной климатической зоне, то отопление помещений воздушное, совмещенное с приточной вентиляцией. Теплоноситель для систем отопления и вентиляции помещений дата-центра является горячая вода с температурой подачи не выше 150°С. Для дежурного отопление можно использовать местные нагревательные воздушно-отопительные агрегаты. Радиаторы систем водяного или парового отопления следует применять с гладкой поверхностью, для их легкой очистки от пыли и грязи.

5. Естественная вентиляция дата-центра.

Все помещения дата-центра, кроме чистых помещений машинного зала и комнаты ввода особо надежных дата-центров, должны быть оборудованы системой естественной вентиляции.

При естественной вентиляции должен обеспечиваться однократный обмен воздуха в час в помещениях дата-центра. Вытяжку воздуха при естественной вентиляции следует проводить из верхней зоны помещения.

Если в душевой или санузле будет более трех санитарных приборов, то в дополнение к системе с естественной вытяжкой, необходима механическая вытяжка с применением осевых или канальных вентиляторов.

В помещениях дата-центра с естественной вытяжной вентиляцией, естественный приток наружного воздуха осуществляется через окна, двери, неплотности несущих конструкций, за счет перетекания воздуха из одного помещения в другое и через приточные отверстия в нижней части помещения.

6. Механическая вентиляция дата-центра.

Расчетные параметры микроклимата и кратность воздухообмена в помещениях дата-центра в холодный и теплый период года необходимо принимать по техническому заданию Заказчика здания, в полном соответствии с требованиями строительных и санитарных норм. По техническому заданию Заказчика здания принимаются также решения о типе и характере вентиляции, кондиционирования и воздушного отопления помещений дата-центра.
Для помещений машинного зала и комнаты ввода дата-центра необходимо проектировать две и более приточно-вытяжных систем вентиляции с активным кондиционированием.

Данное требование увеличивает надежность и эффективность работы механической вентиляции. Позволяет производить ступенчатое регулирование необходимого расхода воздуха в зависимости от требований санитарных норм и обеспечивает работу вентиляционной системы даже при поломке одного из вентиляторов.

По техническому заданию Заказчика приточно-вытяжная система вентиляции дополнительно оснащается секциями фильтрации, рекуперации, нагрева, охлаждения и увлажнения.

Подача приточного воздуха в помещения машинного зала и комнаты ввода дата-центра осуществляется в нижней зоне помещения или в толщине фальшпола.

Каждый воздухораспределитель должен иметь устройство для регулирования расхода воздуха (клапан, дроссель, диафрагма, шибер) и устройство для изменения направления приточной струи (ламели, сопла, диффузоры).

Отдельные вытяжные системы необходимы для помещений приема пищи, душевых, санитарных узлов и курительных.
Воздуховоды приточной и вытяжной вентиляции дата-центра необходимо изготовлять плотными с достаточной тепловой и звуковой изоляцией в соответствии с действующими строительными нормами и рекомендациями по проектированию и строительству дата-центра.

На воздуховодах, которые проходят через несущие конструкции, необходимо монтировать огнезадерживающие клапана.
Для сохранения тепла или холода в фойе или вестибюле дата-центра необходимо проектировать и монтировать у дверных проемов и тамбуров воздушно-тепловые завесы.

В помещениях дата-центра должна быть предусмотрена автоматическая регулировка температуры воздуха в зависимости от внешних метеорологических условий.

При проектировании приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением необходимо по максимуму автоматизировать систему с использованием датчиков температуры, влажности, загазованности и запыленности наружного и внутреннего воздуха, применять многоканальные контроллеры, выбирать высокоэффективные комплектующие для щитов автоматики (реле, УЗО, пускатели, привода и прочее).

7. Кондиционирование помещений дата-центра.

Кондиционирование машинного зала и комнаты ввода дата-центра осуществляется тремя методами: охлаждение зала, охлаждение ряда и охлаждение стойки.

Охлаждение машинного зала осуществляет один или несколько кондиционеров, которые забирают нагретый воздух из зала и подают охлажденный воздух в зал. В зависимости от мощности и надежности дата-центра используются фреоновые (сплит-системы, мультисплит-системы, прецезионные) и водяные (чиллер-фанкойл) кондиционеры.

Нагретый воздух от стоек и горячих коридоров удаляется из верхней зоны по вытяжным воздуховодам или в толщине фальшпотолка. Охлажденный воздух подается в общее пространство зала или распределяться по воздуховодам в толщине фальшпола в холодные коридоры или адресно к конкретным стойкам. При этом теплоотвод от каждой стойки составляет 10кВт тепла.

Для увеличения эффективности охлаждения зала применяют вытяжные воздуховоды, которые смонтированы на задней стенке шкафа и дополнительно оснащены встроенными вентиляторами и теплообменниками. При этом теплоотвод от каждой стойки составляет 20 кВт тепла.

При охлаждении зала необходимо равномерно распределить вытяжку нагретого и подачу охлажденного воздуха по всей площади зала, избегая образования невентилируемых участков.

Охлаждение ряда с помощью кондиционера, который смонтирован в ряде шкафов с оборудованием и забирает нагретый воздух из горячего коридора и подает охлажденный воздух в холодный коридор. Самые мощные модели имеют теплоотвод в 40кВт тепла.

Преимущества данного подхода в уменьшении пути циркуляции воздуха и его предсказуемость, что позволяет снизить потери холода. Кроме того, внутрирядный блок охлаждает небольшое пространство и ему не нужны мощные вентиляторы, которые потребляют большое количество электроэнергии.

Некоторые модели внутрирядных блоков устанавливаются на потолке или непосредственно на шкафе с оборудованием.
Охлаждение стоек – наиболее эффективный и дорогой метод. При этом на каждый серверный шкаф монтируется собственный кондиционер, который может отвести 50кВт тепла от стойки.

Кондиционирование воздуха фреоновыми сплит-системами и мультисплит-системами применяется для очень маленьких дата-центров или серверных, которые обслуживают небольшую группу потребителя в пределах одного здания.

Кондиционирование воздуха и создание контролируемого микроклимата в помещениях дата-центра осуществляется чиллерами. Чиллеры – это водоохлаждающие машины, которые на основе замкнутого кругооборота фреона в контуре машины охлаждают воду до температуры 7-12°С. Именно эта вода, через систему чиллер-фанкойл, и обеспечивает кондиционирование воздуха в помещениях дата-центра.

Рис.6. Чиллер с воздушным охлаждением конденсатора Daikin EWYQ310F-XS.
Холодопроизводительность – 304 кВт.

В помещениях дата-центра предусматривается автоматическая регулировка температуры воздуха в зависимости от внешних метеорологических условий. Регулировка осуществляется по концепции «Умный дом» с индивидуальным управлением каждого кондиционера и использованием датчиков температуры, влажности и многоканальных контроллеров.

8. Система дымоудаления и подпора воздуха в помещениях дата-центра.

При проектировании вентиляции и кондиционирования дата-центра предусматривается проектирование и монтаж следующих противопожарных мероприятий:
1. Система дымоудаления из основных и вспомогательных помещений.
2. Система дымоудаление из коридоров, холлов и путей эвакуации людей.
3. Система подпора воздуха в лестничные клетки, в тамбуры и на путях эвакуации людей.
4. Организация газового или порошкового способа пожаротушения.

Система дымоудаления и подпора воздуха состоит из клапанов дымоудаления, плотных стальных воздуховодов, покрытых огнезадерживающим составом; бетонных или кирпичных вертикальных шахт, огнезадерживающих клапанов, вентиляторов дымоудаления (радиальные, осевые или крышные радиальные).

При проектировании вертикальные коллекторы или шахты систем дымоудаления из помещений надземной части здания должны иметь предел огнестойкости 0,75 ч (EI 45). Все остальные воздуховоды систем противодымной защиты должны иметь предел огнестойкости не менее 0,5 ч (EI 30).

Воздуховоды систем подпора воздуха при пожаре должны иметь предел огнестойкости не менее 0,5 ч (EI 30). Воздуховоды систем подпора воздуха на путях эвакуации людей и лестничных клетках должны иметь предел огнестойкости 2,5 часа (EI 150).

Рис. 7. Схема системы дымоудаления из помещений здания и система
подпора воздуха на путях эвакуации людей из горящего здания.

Заказать проектные работы систем вентиляции дата-центров по выгодной цене

Наша компания предлагает Вам высококачественное сертифицированное оборудование от ведущих производителей вентиляционного оборудования. Кроме того, у нас работают специалисты с высокой квалификацией по проектированию, монтажу, пуско-наладке и сервисному обслуживанию всего вентиляционного оборудования, которое необходимо Вам для высокоэффективной и надежной работы Вашей вентиляционной системы.

Наши приоритеты — это надежность, качество и эффективность, поэтому сотрудничая с нами, Вы имеете возможность по достоинству оценить все преимущества работы с профессионалами!