Автор: Постаногов Евгений.
Группа компаний «МЭЛ» - оптовый поставщик систем кондиционирования Mitsubishi Heavy Industries.
www.mhi-systems.ru
Лет 10 тому назад автору статьи довелось быть свидетелем одной ситуации. Серверная организации представляла собой выделенную стеклопластиком половину кабинета. За окном был зимний морозный день, батарея центрального отопления не справлялась, и айтишник открыл дверь серверной и выключил кондиционер, чтобы тепло от оборудования нагрело комнату. Через час выключился основной сервер организации с ERP-системой. Причём не просто выключился, а вышло из строя 2 дорогих SSD-диска. Более ста сотрудников сидели без дела полдня, ушедших на восстановление данных из резервов. А если бы не было архива.. В общем, зачем серверным кондиционер – после этого знали все.
Варианты охлаждения серверных.
1. Прецизионный кондиционер. Кондиционер для большой серверной. Самый дорогой, но далеко не всегда оптимальный способ.
Слово «прецизионный» сразу ассоциируется с точностью. Увы, большинство «прецизионных» серверных кондиционеров поставляется с On-Off компрессорами, и ни о каком точном поддержании температуры даже речь не идёт, разбег 2-3 градуса в лучшем случае.
Следующий минус – шум. Обычные прецизионные кондиционеры для серверных - это моноблок с выносным конденсатором. К немалому шуму вентилятора испарителя добавляется шум от компрессора. Хорошо, когда серверная – выделенное необитаемое помещение. Но работать в комнате с работающим «прецизионником» (а бывает и такое) – крайне утомительно.
Цена. Стоимость прецизионного кондиционера – в два-три раза выше полупромышленного инверторного «японца» той же производительности.
Возможно, их единственный плюс – выносной конденсатор, потенциально позволяющий работать прецизионному кондиционеру зимой при более низких температурах, чем обычный кондиционер с зимним комплектом.
2. Сплит-система. Самое распространённое решение для охлаждения серверных комнат, одновременно универсальное, доступное и недорогое. Самая маленькая «серверная», которую видел автор статьи – шкаф из стеклопластика размером 2м*1м*0,4м, расположенный в комнате айтишников. Естественно, кроме бытового настенного сплита туда ничего поставить было невозможно.
Большинство руководителей организаций всё-таки понимают степень риска потери данных на серверах, и покупают японские кондиционеры для серверной комнаты. Хотя основной тренд российского рынка на удешевление средней стоимости кондиционеров начинает проявляться и здесь.
Предпочтительнее ставить полупромышленный кондиционер для серверной с зимним комплектом, потому что в полупром, даже маленьких номиналов от 9000-12000 BTU, всегда заложен повышенный запас прочности: более надёжный компрессор, увеличенная площадь теплообменников, больше защитных функций.
3. Приточная вентиляция зимой. Один из вариантов системы free-cooling. Суть системы – собирается наборная приточная установка, и регулирующие заслонки управляют притоком уличного холодного воздуха. Обычно комбинируют со сплит-системой (для работы летом). Главный плюс – бесплатный уличный холод заменяет кондиционер зимой, экономия на электричестве и ресурсе сплит-системы. Минус – не везде возможна установка. Вентиляция серверных часто используется, например, на базовых станциях сотовой связи.
Расчёт кондиционера для серверной.
Доводилось видеть ситуации, когда мощность кондиционера для серверной выбиралась исходя из площади помещения, как в квартиру. С предсказуемым результатом. Конечно же, расчёт кондиционера для серверной должен строиться на теплопритоках от оборудования. В идеале, нужно знать притоки от каждого сервера/шкафа. Но зачастую этого не указано в документации. Тогда самый простой способ – посчитать мощность блоков питания серверов, или хотя бы мощность источников бесперебойного питания. Получатся цифры с запасом, но это лучше, чем сделать выбор серверного кондиционера с меньшей производительностью.
Следующий выбор – место расположения внутреннего блока. Поскольку тепло от шкафов поднимается вверх, можно сразу утилизировать его внутренним блоком, подпотолочного или кассетного типа. Но есть опасность, что при недобросовестном монтаже или обслуживании, из внутреннего блока вниз может потечь дренаж. Поэтому внутренний блок серверного кондиционера не должен располагаться непосредственно над сервером или любым электрическим устройством. Лучше всего, когда блок расположен немного в стороне, и поток холодного воздуха дует прямо на оборудование.
Проблемы кондиционера зимой.
1. Замерзание масла компрессора. Даже полиэфирные масла, используемые с фреоном R410A, при низких температурах будут застывать, кинетическая вязкость и смазывающие свойства ухудшаются зимой. Соответственно, в момент запуска, компрессор начинает работать «всухую», возникает повышенный ток, повышенное трение частей компрессора, в самом худшем случае компрессор может попросту заклинить.
2. Масло компрессора абсорбируется с фреоном. Чем дольше кондиционер выключен, тем большее количество фреона растворено в масле. В момент запуска фреон в компрессоре вскипает и уходит в трубопровод вместе с частичками масла. Возможна ситуация, когда доля ушедшего в трассу масла будет настолько велика, что компрессору придётся работать «всухую».
3. У On-Off сплит-систем, самых распространённых серверных кондиционеров, вентилятор наружного блока постоянно работает на максимальной скорости вращения. В результате, уже при нулевой температуре на улице производительность серверного кондиционера падает на 30-40%. А при отрицательных температурах расход фреона упадёт настолько, что может возникать перегрев компрессора, при этом холодопроизводительность кондиционера зимой упадёт до минимума.
4. Зачастую у сплит-систем отвод дренажа производится на улицу, а не во внутреннюю систему канализации. Соответственно, при работе кондиционера зимой дренажная трубка без подогрева просто замёрзнет, и вода потечёт из внутреннего блока.
Чтобы избежать всех этих проблем при работе кондиционера зимой, устанавливают
Зимний комплект кондиционера.
В стандартный зимний комплект кондиционера входит три элемента:
Кабель подогрева картера компрессора. Обычно его длина 0,5м и мощность 30-50Вт. Устанавливается в нижней части компрессора, лучше всего устанавливать на примерной границе масла и фреона, чтобы минимизировать их смешивание. Частая ошибка – подключение этого подогрева на клеммник питания компрессора. Проблема в том, что подогрев будет включаться только одновременно с запуском компрессора, т.е. когда он уже бесполезен. Поэтому подогрев компрессора должен включаться на отдельную, постоянно запитанную линию 220В.
Некоторые японские производители пишут в каталогах, что в их компрессорах постоянный подогрев масла осуществляется обмотками статора. Однако, на всех этих блоках они сами продолжают ставить обычные ленточные подогревы, что как бы намекает..
Кабель подогрева дренажа. Одевается на дренажную трубку ( в случае, когда дренаж выведен наружу).
Регулятор давления конденсации. Представляет собой электронный блок, включаемый в разрыв питания вентилятора наружного блока. Его назначение – поддерживать постоянную температуру конденсации, регулируя обороты вентилятора от 0 до 100%, в зависимости от показаний собственного датчика температуры, крепящегося обычно в середине конденсатора.
Бывают более сложные регуляторы конденсации, например с подстраиваемой пользователем температурой, либо регулирующие не температуру, а именно давление конденсации. Но, ввиду высокой цены, они малораспространены.
Такой зимний комплект кондиционера ставят на On-Off модели, самые распространённые из-за своей дешевизны. Но в последние годы начинают появляться
Инверторные кондиционеры в серверной.
Главное отличие инверторных кондиционеров - плавная регулировка оборотов компрессора. При этом, вентилятор наружного блока может быть обычным, нерегулируемым. Соответственно, при выборе зимнего кондиционера обязательно нужно проверять этот нюанс.
Плюсы инверторных кондиционеров неоспоримы: меньшее энергопотребление, отсутствие пусковых токов, повышенный КПД (в режиме неполной загрузки), увеличенная пиковая производительность, более точное поддержание температуры.
Главный аргумент противников инверторных кондиционеров в серверных комнатах – их техническая сложность и потенциально меньшая надёжность.
С первым возражением нельзя не согласиться, но почему нужно считать это минусом? Больше контрольных функций, обратная связь со всевозможными датчиками для подстройки системы под изменения внешней среды - это как раз преимущества.
Увеличение числа компонентов системы потенциально увеличивает риски, это верно. Но инверторные технологии уже давно отработаны, и у серьёзных производителей они не менее надёжны, чем устаревшие On-Off системы. Даже первые мультизональные системы с инверторными компрессорами до сих пор исправно работают уже на продолжении 15 лет. А с тех пор технологии качественно выросли, не говоря о накопленном опыте и устранении «детских болезней». К примеру, у Mitsubishi Heavy количество отказов компрессоров в серии KX4 снизилось по сравнению с серией KX2 в 10 раз!
У инверторных кондиционеров в серверной возможны отдельные проблемы именно с защитными функциями.
Часть защит, например – отказ системы включиться при температуре ниже -15/-20С (по датчику уличной температуры), можно доработать или "обойти" непосредственно на объекте.
Другая часть защитных функций в обычных условиях трудно отключаема, например, защита по датчику низкого давления или температуре испарителя. Если в регионе установки серверного кондиционера нередки температуры ниже -35С, то лучше не рисковать серверной и выбрать вариант прецизионного кондиционера с выносным конденсатором либо приточной вентиляции, в крайнем случае - устанавливать наружный блок сплит-системы в помещении (лестничный марш, чердак...).
В любом случае, японские производители уже начали снимать с производства On-Off серии сплит-систем, например, Mitsubishi Heavy Industries уже несколько лет выпускает только инверторный полупром. Поэтому даже у противников перехода на инверторные кондиционеры в серверных нет альтернативы, пусть и через два-три года.
Что упускают из виду специалисты по кондиционерам.
1. Все значения холодопроизводительности в сервис-мануалах указаны для внутренних параметров: температура 27С, влажность 50%. Однако в серверных кондиционеры работают на поддержание постоянной температуры 18-20С. При этой температуре явная холодопроизводительность блока падает на 20-30%.
Чтобы избежать проблем с нехваткой холода, нужно учитывать именно явную производительность при 18С.
2. Внутренний блок рассчитывается производителем на температуру 27С. Когда на испаритель поступает всего 18С, возникает вероятность неполного испарения фреона. Особенно рискуют зимой кондиционеры On-Off с капиллярной трубкой, у инверторов с EEV этот риск меньше. Недоиспарение фреона повлечёт за собой возврат хладагента в компрессор в жидкой фазе и поломку компрессора. Считается, что "влажный ход" должны демпфировать аккумуляторы перед компрессором, но на практике они помогают не всегда.
Чтобы предотвратить влажный ход и залив компрессора, возможно устанавливать внутренний блок на один типоразмер больше наружного. Например, внутренний блок 9000 BTU, а наружный 7000 BTU.
3. При работе кондиционера на охлаждение в помещении постоянно удаляется влага из воздуха. Если помещение серверной чисто технологическое и не имеет приточной вентиляции, влажность воздуха может упасть до 30%. При этом резко вырастает опасность повреждения электронной аппаратуры статическим электричеством. Наиболее чувствительны к этой проблеме АТС и большие ЦОД, где рекомендуется поддерживать относительную влажность не ниже 50-60%.
Если в серверной будет установлено электронное оборудование, чувствительное к электростатическим разрядам, необходимо предусмотреть систему увлажнения воздуха.
Что упускают из виду IT-специалисты.
1. Ротация кондиционеров. Даже самое лучшее оборудование может внезапно выйти из строя. Например, по причине скрытых дефектов монтажа, проблем с электроснабжением или человеческого фактора. Для минимизации рисков в серьёзных серверных (например, в банках) всегда ставят дополнительный серверный кондиционер. Обычно ставится два кондиционера, каждый из которых способен охладить серверную в одиночку, но работают они поочерёдно. В случае, когда первый кондиционер не справляется с теплопритоками или вообще неисправен – автоматически включается второй.
У кондиционеров Mitsubishi Heavy Industries функция ротации кондиционеров штатно поддерживается проводным пультом RC-EX1, который возможно подключить ко всем полупромышленным моделям, а также настенным инверторам бытовой серии.
Управление ротацией кондиционеров других брендов возможно обеспечить отдельным устройством, «блоком ротации кондиционера». Универсальные блоки ротации делятся на две группы:
1) Управление производится "прерыванием фазы". Кабель электропитания заводится в блок ротации, а уже затем подключается к кондиционеру. Блок ротации, по сигналам датчиков температуры и реле времени, просто отключает или восстанавливает ~220В на резервном кондиционере. Соответственно, кондиционер должен поддерживать функцию "авторестарт".
2) Более изящное решение - имитация ИК-пульта кондиционера. Перед ИК-приёмником внутреннего блока крепятся компактные ИК-диоды, на которые (по проводному или радиоканалу) поступают команды с блока ротации. Обычно имитируются только ИК-сигналы включения и выключения для данной сплит-системы, соответственно, режим и температурные параметры нужно предварительно задать с пульта.
В больших серверных таких кондиционеров может быть больше двух, и работать они могут по любому заданному циклу, например «пять рабочих три резервных», причём работающие и резервные чередуются друг с другом в течение суток.
2. Удалённый мониторинг. Современные инверторные кондиционеры могут подключаться к Интернету в двустороннем режиме, принимать команды от пользователя и сообщать о состоянии работы и ошибках.
Эконом-вариант. Проводной пульт подключается через USB к компьютеру/серверу, устанавливается программа-драйвер, и IT-специалист может наблюдать за состоянием серверного кондиционера и управлять настройками. Соответственно, через удалённый рабочий стол он может следить за температурой в серверной откуда угодно. Такие возможности штатно предоставляет, например, проводной пульт RC-EX1 в кондиционерах Mitsubishi Heavy.
Планшет или смартфон. В серверный кондиционер подключается отдельный Wi-Fi модуль, который связывается с удалённым сервером производителя, и передаёт данные о своей работе. IT-специалист устанавливает на свой гаджет специальное приложение (iOS или Android), и может просматривать логи работы серверного кондиционера, менять его настройки (режим работы, температуру..), а также получать сообщения об авариях и ошибках.
BMS или SNMP. Если в здании имеется единая система управления инженерными коммуникациями («Умный дом»), то серверные кондиционеры тоже могут стать её частью. Стандартные индивидуальные адаптеры ModBus, KNX, EnOcean есть у всех японских производителей. Интерфейсы LonWorks или BACnet подключить тоже возможно, но цена вопроса будет на порядок большей.
У Mitsubishi Heavy Industries подключение к сетям BMS возможно как для внутренних блоков мультизональных систем, так и для отдельных сплит-систем, причём не только полупромышленного типа, но и инверторных настенных блоков бытовых серий.
Также в больших серверных возможно организовать локальный сервер сбора данных по протоколу SNMP, блоки ротации серверных кондиционеров с его поддержкой имеются на рынке.
Во второй части будут подробно рассмотрены прецизионные кондиционеры и использование приточной вентиляции.