Проектування систем вентиляції ЦОД, дата-центру, серверної

Проектування вентиляції ЦОД, дата-центрів, серверній

Наша проектно-монтажна компанія пропонує комплексне рішення завдань з проектування систем вентиляції будь-якого рівня складності, підбір оптимального обладнання для вентиляційних систем у відповідності з технічним завданням та побажаннями клієнта, а також монтаж «під ключ» і пуско-налагоджувальні роботи з подальшим обслуговуванням.

Центри обробки даних з'явилися з першими електронно-обчислювальними машинами на початку 50-их років. Спочатку це були великі магнітофони, які записували інформацію на магнітну стрічку.

Сучасний центр обробки даних, в англійській вимові «data center» (дата-центр), це будинок або його частина, в якому знаходяться машинний зал з серверами і допоміжні (підсобні) приміщення для нього.

На сьогоднішній день у світі існує тисячі і тисячі дата-центрів різної архітектури і потужності. Дата-центр Агентства національної безпеки США – це один з найбільш великих дата-центрів у світі, який розташований в штаті Юта.

Цей дата-центр має чотири будівлі для серверів з загальною площею 9290 м2, офіс для технічного та адміністративного персоналу; генератори резервного живлення і баки з паливом, на троє діб роботи дата-центру; резервуари з водою і насоси; холодильники і теплообмінники; електрична підстанція; відділ охорони та інші підсистеми. Площа всіх адміністративних та технічних будівель — 83613 м2. Обсяг зберігання 5 зеттабайт даних (один зеттабайт – це 62 млрд. помножити на 16 Гб).

1. Норми проектування і будівництва дата-центрів.

За останні десятиліття у зв'язку з бурхливим зростанням кількості персональних комп'ютерів, збільшення зв'язків в Інтернеті і прогресом в області створення нових видів комп'ютерів роль дата-центрів зростає швидкими темпами. При проектуванні і будівництві дата-центрів застосовуються наступні нормативні акти:

1. Стандарт TIA-942 Телекомунікаційна інфраструктура Центрів Обробки Даних, редакція 7.0 від лютого 2005р.

2. Стандарт TIA/EIA-569-A Стандарт телекомунікаційних трас і просторів комерційних будівель від лютого 1998р.

3. Міждержавний стандарт ГОСТ ИСО 14644-1-2002 «Чисті приміщення і пов'язані з ними контрольовані середовища». Частина 1.

4. Міждержавний стандарт ГОСТ ИСО 14698-2-2005 «Чисті приміщення і пов'язані з ними контрольовані середовища. Контроль биозагрязнений». Частина 2.

5. ДБН Ст. 2.2-282010 Адміністративні будівлі.

6. Галузеві норми для виробничих і складських будівель підприємств радіоелектронної промисловості.

7. ДБН Ст. 2.5-16-99. Інженерне обладнання споруд, зовнішніх мереж. Визначення розмірів земельних ділянок для об'єктів електричних мереж.

8. Галузеві норми проектування і будівництва дизельних підстанцій.

9. Галузеві норми проектування і будівництва сховищ рідкого палива.

10. Будівельні та санітарні норми для опалення, вентиляції та кондиціонування.

11. Норми пожежної та загальної безпеки на об'єкті.

2. Класифікація дата-центрів.

У відповідності з діючими нормами дата-центри кваліфікують за розміром, надійності роботи і по призначенню.

За розміром дата-центри кваліфікуються на:

1. Великий дата-центр – це окреме, новозбудоване будівля зі своїми каналами зв'язку для забезпечення максимальних умов роботи.

2. Модульний дата-центр – це окрема будівля або приміщення, де збираються модульні блоки різної конструкції. Починається з одного модуля для серверного приміщення і збільшується по мірі необхідності приростом додаткових модулів.

3. Середні дата-центри – це приміщення певного розміру з одним або декількома серверами і каналами визначеної пропускної спроможності

4. Малі дата-центри – це приміщення певного розміру з одним сервером і каналом з низькою пропускною здатністю. Надають мінімум послуг при мінімальній оплаті.

5. Контейнерні дата-центри. Різновид модульних дата-центрів, які розміщуються в стандартних 20-та 40-футових контейнерах. Можуть перевозитися автомобільним і залізничним транспортом.

Основний показник роботи дата-центру — відмовостійкість; вартість будівництва і експлуатації, показники енергоспоживання та регулювання мікроклімату. За стандартом TIA-942 дата-центри кваліфікуються за чотирма рівня надійності:

Рівень 1 (N) — відмова обладнання або проведення ремонтних робіт призводять до зупинки роботи дата-центру. У дата-центрі відсутні фальшпол, резервні джерела електропостачання, джерела безперебійного живлення, інженерні інфраструктури не дублюються.

Рівень 2 (N+1) — є невеликий рівень резервування. У дата-центрі є фальшпол, резервне джерело електропостачання. Проведення ремонтних робіт викликає зупинку роботи дата-центру.

Рівень 3 (2N) — інженерні системи одноразово зарезервовані, є кілька каналів розподілу електроживлення та охолодження. Постійно працює тільки один з них. Проведення ремонтних робіт не зупиняє роботу дата-центру.

Рівень 4 (2(N+1)) — інженерні системи дворазово зарезервовані. Існує і по черзі працює основна і додаткова система. При проведенні будь-яких робіт робота дата-центру не зупиняється.

Дата-центри по виду використання та призначенням кваліфікуються на корпоративні, для обслуговування конкретної компанії, і комерційні, які надають свої послуги всім бажаючим.

3. Структура й архітектурні особливості дата-центрів.

До основних елементів дата-центру відносяться: кімната введення, головна розподільна зона, горизонтальна розподільна зона, місце зонного розподілу і апаратна зона.

Кімната введення - це місце, яке використовується для з'єднання кабельної системи дата-центру і зовнішніх кабелів, які належать провайдеру або споживачеві. В кімнаті встановлюється розмежувальна арматура та обладнання, які належать провайдеру. Кімната введення може розташовуватися поза машинного залу. Дата-центри можуть мати не одну, а кілька кімнат введення, для забезпечення додаткового резервування або для мінімізації довжини кабелю, що йде до проведення провайдера. Кімната введення сполучається з машинним залом через головну розподільну зону.

Головна розподільна зона містить основну крос-панель, яка є центральним пунктом розподілу структурованої кабельної системи і може містити горизонтальну крос-панель, коли апаратні зони обслуговуються прямо з головної розподільної зони. Це місце знаходиться усередині машинного залу; в багатокористувацьких дата-центрах воно може розташовуватися в спеціально виділеній кімнаті, з міркувань безпеки.

Головна розподільна зона може обслуговувати один або кілька горизонтальних розподільних зон або апаратних зон в межах дата-центру і одну або декілька апаратних системи зв'язку, розташованих поза дата-центру і призначених для підтримки допоміжних офісних кімнат, операційного центру та інших допоміжних приміщень.

У горизонтальній розподільної зоні зазвичай знаходяться комутатори локальних мереж, комутатори мережі системи зберігання даних, а також KVM-перемикачі для кінцевого обладнання, розміщеного в апаратних зонах. Невеликі дата-центри не потребують в горизонтальній розподільної зоні, оскільки весь машинний зал у цілому обслуговує головна розподільна зона. Великі та надійні дата-центри мають кілька горизонтальних розподільних зон.

Апаратна зона - це місце, виділене для кінцевого обладнання, включаючи комп'ютерні системи і апаратуру зв'язку. Ці зони не повинні обслуговувати завдання кімнат введення, головною розподільної зони і горизонтальної розподільної зони.

Допускається мати у горизонтальної кабельної розводки опціональну точку прямого з'єднання яка називається місцем зонного розподілу. Це місце розташовується між зоною горизонтального розподілу і апаратної зоною, що дозволяє часто здійснювати реконфігурацію і підвищує гнучкість системи.

Архітектурні особливості дата-центру, які враховують при проектуванні і будівництві:

1. Слід розглянути дубльований доступ до будівлі з різних доріг.

2. По можливості будівля має бути одноповерховим будовою, спеціально призначеним для дата-центру. Кращі будівлі з великими вільними прольотами між колонами, це дозволяє максимально збільшити корисну площу для розміщення обладнання.

3. Будівельні матеріали повинні бути негорючими. Зовнішні стіни повинні бути виконані їх бетону або цегли, з усіх боків мати вільні бічні майданчики шириною 18 м.

4. Бути повністю обладнаний спринклерною системою пожежогасіння.

5. Будівля має задовольняти конструктивним вимогам до монтажу. Слід розглянути несучу здатність перекриття з точки зору навантаження від трансформаторів і акумуляторних батарей ДБЖ, а також віброізоляцію від обладнання обертального типу, що знаходиться на сусідніх поверхах.

6. Потрібно враховувати висоту від підлоги до нижньої поверхні стелі будівлі. Може знадобитися висота 4 м і більше для того, щоб розмістити фальшполи, обладнання та кабельну розводку.

7. У будівлі повинна бути передбачена автостоянка (парковка) достатніх розмірів, що відповідає всім чинним нормам.

8. Слід передбачити достатній простір для всіх видів допоміжного електро - і механічного обладнання, включаючи обладнання для роботи всередині будівлі, поза будівлі і на даху. Потрібно врахувати і майбутні потреби в обладнанні.

9. Будівля має мати досить велику вантажно-розвантажувальну площадку, вантажний ліфт і шляхи для прийому всіх очікуваних поставок витратних матеріалів та обладнання.

10. Машинний зал слід розташовувати подалі від таких джерел електромагнітних і радіаційних перешкод, як рентгенівське обладнання, радіопередавачі і трансформатори.

11. Дата-центр і все допоміжне обладнання повинні бути розташовані вище найвищого очікуваного рівня паводкових вод. Не допускається розміщувати критично важливе електронне, електричне або механічне обладнання підвальних поверхах.

12. У машинному залі не слід передбачати зовнішні вікна. Якщо в передбачуваному приміщенні для машинного залу все ж є вікна, їх слід обладнати захисним покриттям з міркувань безпеки та для зменшення нагрівання від сонячних променів.

4. Розрахункові величини повітрообміну в дата-центрі.

Робота обладнання в дата-центрі супроводжуються значним виділенням тепла, освітою електростатичної пилу і шкідливих речовин (випаровування акумуляторів, вихлопні гази дизельної електростанції, інше). Вентиляції дата-центрів-це природна і механічна припливно-витяжна вентиляція з активним кондиціонуванням, призначена для асиміляції теплонадходжень, видалення пилу і шкідливих речовин.

Робочі параметри мікроклімату для приміщень дата-центру становлять:

1. Температура по сухому термометру 20 – 25°С.

2. Відносна вологість 40 – 50%.

3. Точка роси не вище 21°С.

4. Швидкість зміни градієнта температури не більше 5°С в годину.

5. Чистота фільтрації зовнішнього повітря повинна відповідати класу EU4.

6. В залежності від місцевих умов навколишнього середовища може знадобитися обладнання для зволоження, осушення та підігріву повітря.

7. Температура і вологість внутрішнього повітря заміряються після того, як обладнання запущено в роботу.

8. Обсяг припливного повітря більше обсягу витяжного, для створення надлишкового тиску в приміщеннях дата-центру.

До машинних залах і кімнатах введення великих дата-центрів з високим ступенем надійності пред'являються додаткові вимоги як до чистих приміщень класу 5 ІСО. Клас 5 ІСО відповідає чистоті атмосферного повітря на висоті більше чотирьох кілометрів і в космосі. Більш чистих середовищ в природних умовах не існує.

Для приміщення акумуляторних мінімальний повітрообмін визначається з умови гранично допустимої концентрації водню в повітрі. Якщо дані про максимальної продуктивності акумуляторної відсутні, то обсяг повітрообміну приймають по кратності:

1. Для кислотних акумуляторних — 10 крат.

2. Для лужних акумуляторних — 3 крата.

Для приміщень дизельної електростанції і сховища рідкого палива мінімальний повітрообмін визначається з технічних умов роботи дата-центру.

Якщо будівля дата-центру розташовується в холодній кліматичній зоні, то опалення приміщень повітряне, поєднане з припливною вентиляцією. Теплоносій для систем опалення та вентиляції приміщень дата-центру є гаряча вода з температурою подачі не вище 150°С. Для чергового опалення можна використовувати місцеві нагрівальні повітряно-опалювальні агрегати. Радіатори водяного або парового опалення слід застосовувати з гладкою поверхнею, для їх легкого очищення від пилу і бруду.

5. Природна вентиляція дата-центру.

Всі приміщення дата-центру, крім чистих приміщень машинного залу та кімнати введення особливо надійних дата-центрів, повинні бути обладнані системою природної вентиляції.

При природній вентиляції повинен забезпечуватися одноразовий обмін повітря в годину в приміщеннях дата-центру. Витяжку повітря при природній вентиляції слід проводити з верхньої зони приміщення.

Якщо в душовій або санвузлі буде більше трьох санітарних приладів, то в доповнення до системи з природною витяжкою, необхідна механічна витяжка із застосуванням осьових або канальних вентиляторів.

У приміщеннях дата-центру з природною витяжною вентиляцією, природний приплив повітря здійснюється через вікна, двері, нещільності несучих конструкцій, за рахунок перетікання повітря з одного приміщення в інше і через приточні отвори в нижній частині приміщення.

6. еханічна вентиляція дата-центру.

Розрахункові параметри мікроклімату і кратність повітрообміну в приміщеннях дата-центру в холодний і теплий період року необхідно приймати за технічним завданням Замовника будівлі, в повній відповідності з вимогами будівельних і санітарних норм. За технічним завданням Замовника будівлі приймаються також рішення про тип і характер вентиляції, кондиціонування і повітряного опалення приміщень дата-центру.

Для приміщень машинного залу та кімнати введення дата-центру необхідно проектувати дві і більше припливно-витяжних систем вентиляції з активним кондиціонуванням.

Дана вимога збільшує надійність і ефективність роботи механічної вентиляції. Дозволяє здійснювати ступінчасте регулювання необхідної витрати повітря в залежності від вимог санітарних норм і забезпечує роботу вентиляційної системи навіть при поломці одного з вентиляторів.

За технічним завданням Замовника припливно-витяжна система вентиляції додатково оснащується секціями фільтрації, рекуперації, нагрівання, охолодження і зволоження.

Подача припливного повітря в приміщення машинного залу та кімнати введення дата-центру здійснюється в нижній зоні приміщення або в товщині фальшпола.

Кожен повітророзподільник повинен мати пристрій для регулювання витрати повітря (клапан, дросель, діафрагма, шибер) та пристрій для зміни напрямку припливної струменя (ламелі, сопла, дифузори).

Окремі витяжні системи необхідні для приміщень прийому їжі, душових, санітарних вузлів і курильних.

Повітроводи припливної і витяжної вентиляції дата-центру необхідно виготовляти щільними з достатньою теплової та звукової ізоляції у відповідності з діючими будівельними нормами і рекомендаціями по проектуванню і будівництву дата-центру.

На повітроводах, які проходять через несучі конструкції, необхідно монтувати вогнезатримувальні клапани.

Для збереження тепла або холоду в фойє або вестибюлі дата-центру необхідно проектувати і монтувати біля дверних отворів і тамбурів повітряно-теплові завіси.

У приміщеннях дата-центру має бути передбачене автоматичне регулювання температури повітря залежно від зовнішніх метеорологічних умов.

При проектуванні припливно-витяжної вентиляції з механічним спонуканням необхідно максимально автоматизувати систему з використанням датчиків температури, вологості, загазованості і запиленості зовнішнього і внутрішнього повітря, застосовувати багатоканальні контролери, вибирати високоефективні комплектуючі для щитів автоматики (реле, УЗО, пускачі, приводу та інше).

7. Кондиціонування приміщень дата-центру.

Кондиціонер машинного залу та кімнати введення дата-центру здійснюється трьома методами: охолодження залу, охолодження ряду і охолодження стійки.

Охолодження машинного залу здійснює один або кілька кондиціонерів, які забирають нагріте повітря із залу і подають охолоджене повітря в зал. В залежності від потужності і надійності дата-центру використовуються фреонові (спліт-системи, мультиспліт-системи, прецезійні) і водяні (чиллер-фанкойл) кондиціонери.

Нагріте повітря від стійок і гарячих коридорів видаляється з верхньої зони по витяжних повітропроводів або в товщині фальшпотолка. Охолоджене повітря подається в загальний простір залу або розподілятися по воздуховодам в товщині фальшпола в холодні коридори або адресно до конкретних стійок. При цьому тепловідвід від кожної стійки становить 10кВт тепла.

Для збільшення ефективності охолодження залу застосовують витяжні повітроводи, які змонтовані на задній стінці шафи і додатково оснащені вбудованими вентиляторами і теплообмінниками. При цьому тепловідвід від кожної стійки становить 20 кВт тепла.

При охолодженні залу необхідно рівномірно розподілити витяжку нагрітого і подачу охолодженого повітря по всій площі зали, уникаючи утворення невентильованих ділянок.

Охолодження ряду з допомогою кондиціонера, який змонтований у ряді шаф з устаткуванням і забирає нагріте повітря з гарячого коридору і подає охолоджене повітря в холодний коридор. Найбільш потужні моделі мають тепловідвід в 40кВт тепла.

Переваги даного підходу в зменшенні шляхи циркуляції повітря і його передбачуваність, що дозволяє знизити втрати холоду. Крім того, внутрішньорядний блок охолоджує невеликий простір і йому не потрібні потужні вентилятори, які споживають велику кількість електроенергії.

Деякі моделі внутрирядных блоків встановлюються на стелі або безпосередньо на шафу з обладнанням.

Охолодження стійок – найбільш ефективний і дорогий метод. При цьому на кожен серверна шафа монтується власний кондиціонер, який може відвести 50кВт тепла від стійки.

Кондиціювання повітря фреоновими спліт-системи та мультиспліт-системами застосовується для дуже маленьких дата-центрів або серверних, які обслуговують невелику групу споживача в межах однієї будівлі.

Кондиціювання повітря і створення контрольованого мікроклімату в приміщеннях дата-центру здійснюється чилерами. Чилери – це водоохолоджувальні машини, які на основі замкнутого кругообігу фреону в контурі машини охолоджують воду до температури 7-12°С. Саме ця вода, через систему чиллер-фанкойл, і забезпечує кондиціонування повітря в приміщеннях дата-центру.

Мал.6. Чиллер з повітряним охолодженням конденсатора Daikin EWYQ310F-XS.
Холодопродуктивність – 304 кВт.

У приміщеннях дата-центру передбачається автоматичне регулювання температури повітря залежно від зовнішніх метеорологічних умов. Регулювання здійснюється з концепції «Розумний будинок» з індивідуальним управлінням кожного кондиціонера і використанням датчиків температури, вологості і багатоканальних контролерів.

8. Система димовидалення і підпору повітря в приміщеннях дата-центру.

При проектуванні вентиляції і кондиціонування дата-центру передбачається проектування і монтаж таких протипожежних заходів:

1. Система димовидалення з основних і допоміжних приміщень.

2. Система димовидалення з коридорів, холів та шляхів евакуації людей.

3. Система підпору повітря в сходові клітки, тамбури і на шляхах евакуації людей.

4. Організація газового або порошкового способу пожежогасіння.

Система димовидалення і підпору повітря складається з клапанів димовидалення, щільних сталевих повітроводів, покритих огнезадерживающим складом; бетонних або цегляних вертикальних шахт, вогнезатримуючих клапанів, вентиляторів димовидалення (радіальні, осьові або дахові радіальні).

При проектуванні вертикальні колектори або шахти систем димовидалення з приміщень надземної частини будівлі повинні мати межу вогнестійкості 0,75 год (EI 45). Всі інші повітроводи систем протидимного захисту повинні мати межу вогнестійкості не менше 0,5 год (EI 30).

Повітроводи систем підпору повітря при пожежі повинні мати межу вогнестійкості не менше 0,5 год (EI 30). Повітроводи систем підпору повітря на шляхах евакуації людей і сходових клітках повинні мати межу вогнестійкості 2,5 години (EI 150).

Мал. 7. Схема системи димовидалення з приміщень будівлі і система

підпору повітря на шляхах евакуації людей з палаючого будинку.

Замовити проектні роботи систем вентиляції дата-центрів за вигідною ціною

Наша компанія пропонує Вам високоякісне сертифіковане обладнання від провідних виробників вентиляційного устаткування. Крім того, у нас працюють фахівці з високою кваліфікацією з проектування, монтажу, пуско-налагодження та сервісного обслуговування всього вентиляційного обладнання, яке необхі