<


Koeling van het datacenter anno 2014

Carrie Higbie_2

Al jaren geleden werd voorspeld dat de density in datacenters enorm zou toenemen, met daaruit voortvloeiend een grote behoefte aan vermogen en koeling. Dat is allemaal uitgekomen, maar het probleem is nu dat er geen integrale koeloplossing is die altijd werkt. Soms is er zelfs niet eens een afdoende totaaloplossing voor de behoefte aan koeling van één datacenter. Er worden talloze oplossingen aangeboden.

Om de keuze te vergemakkelijken voor verschillende datacenterontwerpen, de beschikbare ruimte en koelbehoeften, legt Carrie Higbie, Global Director of Data Center Solutions and Services bij Siemon, uit hoe elke technologie werkt. Hierbij geeft ze praktische informatie over de diverse koelsystemen en beschrijft ze de gangbaarste technologieën die wereldwijd worden toegepast, waarbij aandacht wordt besteed aan regionale verschillen en ontwikkelingstendensen.

Bij de keuze voor een of meer koelmethoden is het van belang om eerst een paar zaken helder te krijgen en goed te begrijpen wat er zich in kasten binnen het datacenter afspeelt.

Passieve koeling: de apparatuurbelasting heeft invloed op de koelingsbehoefte

Om allerlei redenen zijn veel datacenters nog berekend op minder dan 5 kW per kast. Zo zijn de CRAC's (Computer Room Air Conditioners) en CRAH's (Computer Room Air Handlers) hoogontwikkelde apparaten en zijn de ontwerpingenieurs heel vertrouwd met de beginselen van deze units. Traditionele verhoogde vloeren worden al heel lang toegepast. Ze zijn stabiel, ze functioneren en ze worden goed begrepen. Ook is er vanuit de voortdurend groeiende colocatiemarkt brede steun voor een belasting van minder dan 5 kW per kast. De wisselende energiebehoeften in een colocatieruimte zijn al lastig te beheren voor één huurder, laat staan voor meerdere huurders in dezelfde ruimte. In de specificaties voor colocatieruimten wordt vaak een vaste waarde voor het energieverbruik opgenomen om het beheer van de koeling in deze dynamische omgeving te vereenvoudigen.

De capaciteit is vaak een groot probleem, zowel in de colocatieruimte als voor het elektriciteitsbedrijf dat de benodigde energie moet leveren. Verder moet er rekening worden gehouden met externe factoren die ook beperkingen kunnen opleggen aan de hoeveelheid actieve apparatuur die in een kast wordt geplaatst.

Gewicht is zo'n belangrijke factor. Als er een nieuwe of gemoderniseerde koeling wordt ontworpen, moet bij het plannen van kastbelastingen rekening worden gehouden met de gewichtsbelasting van een verhoogde vloer. Zelfs wanneer een kast kan worden voorzien van voldoende energie voor 12 kW, maar de vloer het gewicht niet aankan, dan is het verspilde capaciteit.

Voor passieve belastingen van meer dan 5 kW zijn er de afgelopen jaren alternatieven ontwikkeld. Zelfs bij datacenters met traditionele passieve systemen met een verhoogde vloer kan er behoefte zijn aan meer koeling in verschillende gebieden van de datacenterruimte, bijvoorbeeld in een rij BladeCenter-servers, een HPC (High Performance Cluster) of om een gebied te creëren waar passieve koeling wordt aangevuld.

Alternatieven voor passieve koeling: schoorstenen, HOC-vloeistofkoeling en andere koelmethoden

Als alternatief voor passieve koeling zijn er opties met schoorstenen (chimneys) die doorgaans ongeveer 12 kW per kast kunnen ondersteunen. Deze technologie fungeert als 'hot aisle containment' op kastniveau en maakt het mogelijk om warme lucht naar de inlaat van warmteafvoerapparatuur te leiden.

De volgende optie is 'hot aisle/cold aisle containment'. Bij hot aisle containment (HOC) worden de gangen afgesloten en wordt de warme lucht verwijderd via 'close-coupled' koeling dicht bij de warmtebron met inrow-apparatuur of via methoden met luchtstroomgeleiding. Luchtstroomgeleiding werkt op dezelfde manier als een schoorsteen, behalve dat de warmte van de gehele warme gang, en niet alleen van de afzonderlijke kast, naar het plenum wordt afgevoerd. Bij cold aisle containment wordt de gang afgesloten zodat de lucht aan de voorzijde van de kast hoger kan opstijgen. De warme lucht in de ruimte wordt vervolgens aangezogen door CRAC-units. Er zijn verschillende voorkeuren en meningen over welke methode het beste is en hierover wordt door aanhangers van de diverse methoden druk gedebatteerd.

Als er per kast nog meer vermogen nodig is, kunnen warmtewisselaars in de achterdeur uitkomst bieden. Ook dit is een vorm van 'close-coupled' koeling, waarbij de warmte vlak bij de bron wordt afgevoerd. Achterdeuren kunnen passief of actief (geholpen door ventilatoren) koelen. Deze systemen kunnen een capaciteit ondersteunen van meer dan 30 kW per kast. De verschillende varianten van deze methode onderscheiden zich door het type vloeistof, de viscositeit, de wijze en de vereiste mate van warmteafvoer. Water is ongeveer 3400 keer beter in het afvoeren van warmte dan lucht. Waar de aanvoer van gekoeld water niet beschikbaar is, kunnen systemen worden gebruikt die werken met glycol of andere koelvloeistoffen. Het principe vertoont veel overeenkomsten met de radiateur van een auto.

Als de behoefte aan koeling bij de bron extreem groot is, dan is er nog de mogelijkheid van vloeistofkoeling op de processor. Op het eerste gezicht is vloeistofkoeling op de processor wellicht een onprettige gedachte, maar in feite is het een heel oud idee in een nieuw jasje. In de begindagen van de computer vond de koeling al op deze manier plaats. Sommige systemen zijn watergekoeld, terwijl andere gebruikmaken van diverse koelvloeistoffen. Er is zelfs een oplossing waarbij met plantaardige olie wordt gewerkt. Servers en racks worden hierbij compleet met olie gevuld om de apparatuur te koelen.

Mensen die zich niet prettig voelen bij de gedachte dat er water of koelvloeistof loopt in hun datacenter, moeten bedenken dat de leidingen eigenlijk niet verschillen van de waterleiding. Een goed aangelegd leidingstelsel zou niet mogen lekken tenzij er andere factoren zijn die corrosie veroorzaken. Hoogwaardige onderdelen die op de juiste wijze zijn geïnstalleerd, zullen probleemloos functioneren zonder lekkages. Om het vertrouwen in deze aanpak te vergroten, is het goed om op te merken dat deze systemen doorgaans een gesloten kringloop hebben en dat ze een zeer kleine hoeveelheid water bevatten. Bovendien zijn de verbindingsstukken getest op een veelvoud van de vereiste stroomvolumes.

Vrije luchtkoeling, zoals het is gaan heten, is niet echt vrij. Er is namelijk nog altijd apparatuur nodig om de lucht te klimatiseren en te verplaatsen, maar gedurende de perioden van het jaar waarin de omgevingstemperaturen buiten lager zijn dan de vereiste temperatuur, kan de 'vrije' buitenlucht worden gebruikt om de temperaturen in het datacenter te verlagen. Bij watergebaseerde economisersystemen is het concept zeer vergelijkbaar, behalve dat water het belangrijkste koelmiddel is en dat de buitentemperaturen het water op natuurlijke wijze koelen. Dankzij de mogelijkheid om lucht of water te gebruiken zonder veel anders te hoeven doen dan dit te laten circuleren, belooft deze methode grote besparingen en een snel rendement op investering.

Bovendien ondersteunt moderne apparatuur warmere inlaatlucht zonder dat dit problemen met zich mee brengt. Hierdoor kan de apparaatdichtheid worden verhoogd omdat we voor een probleemloze werking van de apparatuur niet hoeven te zorgen voor de koele temperaturen die vroeger vereist waren.

Ook virtualisatie heeft veel bedrijven geholpen om problemen te voorkomen doordat hiermee het aantal servers en dus de behoefte aan koeling kon worden verminderd. Anderen hebben het aantal servers in hun omgevingen vergroot en verplaatsen systemen naar colocatiefaciliteiten. De vraag blijft dus wat de beste oplossing is: is het beter om de apparaatbelasting te koelen of te outsourcen?

Er is niet één universele oplossing

Het antwoord op de voorgaande vraag is waarschijnlijk dat het van de situatie afhangt. Eén ding is en blijft zeker: er is geen universele oplossing die voor iedereen geschikt is. Waar economisers kunnen worden gebruikt, hebben ze bewezen dat ze stabiel en zeer kosteneffectief zijn. Ze illustreren waarschijnlijk het beste de voordelen van een gemengde omgeving. In veel gebieden waar deze systemen worden gebruikt, werken ze niet het hele jaar door. Soms worden technologieën gecombineerd die het hele jaar door worden gebruikt.

Het is beslist verstandig om bij het beoordelen van de technologieën te bedenken wat u werkelijk probeert te doen. Wat wilt u precies koelen? Bij sommige van deze technologieën zal niet iedereen uitzicht hebben op een redelijke terugverdientijd. Als u weet wat uw behoeften zijn, probeer dan creatief te denken en een antwoord te vinden op de volgende vragen. Hebt u deze technologie overal nodig? Bieden aanvullende koelmethoden een oplossing voor u? Welke combinatie voldoet aan uw behoeften? Dit is een beslissing die u niet in uw eentje kunt nemen. U hebt input van de business units nodig. Als ze bijvoorbeeld hun belangrijkste applicatie naar een publieke cloud verplaatsen, hebt u minder koeling nodig.

Koeling in de praktijk

In verschillende regio's van de wereld voeren verschillende technologieën de boventoon. In Europa bijvoorbeeld wordt meer gewerkt met cold aisle containment terwijl men in Noord-Amerika een voorkeur heeft voor hot aisle containment, indien mogelijk met water- en luchtgebaseerde economisers.

Wie het eerst op de markt komt, bepaalt grotendeels welke strategieën worden gevolgd omdat efficiëntere methoden veel aandacht in de pers krijgen en vroege instappers als enthousiaste ambassadeurs fungeren. Hierdoor vindt een nieuwe technologie snel ingang in een bepaalde regio. Sommige landen hollen achter de feiten aan, terwijl nieuwe technologieën wereldwijd hun weg vinden. Het ligt voor de hand dat innovaties in sommige landen ook in andere gebieden worden overgenomen.

De EU zou het liefst zien dat alle datacenterapparatuur werkt bij een temperatuur van 40°C. Dit zou deze discussie deels overbodig maken. Maar zo ver zijn we nog niet. Wereldwijd is traditionele passieve koeling op dit moment nog steeds de gangbaarste methode vanwege de eerder genoemde redenen. Andere technologieën zijn echter in opkomst.

Om te bepalen wat het beste werkt voor uw datacenter, moet u stevig met uw leveranciers gaan overleggen en ze een heleboel vragen stellen. Informeer bij collega's van andere bedrijven die een technologie hebben geïmplementeerd, of ze tevreden zijn. En ga er niet van uit dat wat vorig jaar de beste oplossing was, ook dit jaar nog de voorkeur verdient. Er is op dit moment patent aangevraagd voor een nieuwe technologie, die voor sommige omgevingen een radicale omwenteling teweeg kan brengen. Zorg dus dat u op de hoogte blijft!

 
Meer over
Lees ook
Vertiv benoemd tot wereldwijd marktleider in de snel veranderende markt voor datacenterkoeling

Vertiv benoemd tot wereldwijd marktleider in de snel veranderende markt voor datacenterkoeling

Uit onderzoek van Omdia blijkt dat duurzame en innovatieve technologieën zoals gekoeld water en verdampingskoeling, evenals verschillende vormen van vloeistofkoeling, steeds vaker worden toegepast. Vertiv, een wereldwijde leverancier van bedrijfskritische digitale infrastructuur en continuïteitsoplossingen, is door technologisch onderzoeksbureau...

Modulariteit is vereiste voor technische systemen in datacenters

Modulariteit is vereiste voor technische systemen in datacenters

Het probleem van de snelle groei van de hoeveelheid verwerkte gegevens is urgenter geworden dan ooit tevoren. Om dit probleem aan te pakken, hebben we een enorme rekenkracht nodig. Punt is echter dat deze rekencapaciteit sowieso al exponentieel toeneemt en de bouw van nieuwe datacenters vereist.

RiMatrix Next Generation: het toekomstplatform voor alle IT-scenario’s

RiMatrix Next Generation: het toekomstplatform voor alle IT-scenario’s

Met het IT-infrastructuurplatform RiMatrix Next Generation (NG) heeft Rittal een nieuw modulair systeem ontwikkeld voor een flexibele, veilige en snelle opbouw van computerruimten. Op basis van een open platformarchitectuur zijn wereldwijd investering zekere, individuele oplossingen te realiseren voor alle toekomstige IT-scenario's.