Datakeskusten jäähdytysjärjestelmät ovat teknisesti vaativia kokonaisuuksia, joiden toimintaan vaikuttavat monet jo suunnitteluvaiheessa tehtävät ratkaisut. Olemme koonneet vastauksia yleisimpiin kysymyksiin, jotka liittyvät jäähdytysjärjestelmien suunnitteluun, energiatehokkuuteen ja suorituskykyyn.
PUE-luku (Power Usage Effectiveness) kuvaa datakeskuksen kokonaisenergiankulutuksen suhdetta IT-laitteiden energiankulutukseen. Jäähdytysjärjestelmä on yksi merkittävimmistä PUE-lukuun vaikuttavista tekijöistä, sillä jäähdytys voi muodostaa huomattavan osan datakeskuksen kokonaisenergiankulutuksesta.
Järjestelmän energiantarpeeseen vaikuttavat muun muassa hydraulinen tasapaino, painehäviöt, lämpötilaerot ja lämmönsiirron tehokkuus. Puutteellinen suunnittelu tai epäoptimaaliset käyttöolosuhteet voivat lisätä pumppaukseen ja jäähdytykseen tarvittavaa energiaa ja heikentää datakeskuksen energiatehokkuutta pitkällä aikavälillä.
Jäähdytysjärjestelmä on keskeinen osa datakeskuksen IT-infrastruktuurin toimintavarmuutta. Sen suunnittelu ja toiminta vaikuttavat suoraan datakeskuksen käytettävyyteen, energiatehokkuuteen ja pitkän aikavälin käyttökustannuksiin.
Pienetkin poikkeamat virtaamissa, lämpötilaeroissa tai painehäviöissä voivat heikentää jäähdytystehoa, lisätä energiankulutusta ja vaikeuttaa järjestelmän mukautumista vaihteleviin lämpökuormiin.
Jäähdytysjärjestelmän suunnittelu perustuu datakeskuksen käyttöolosuhteisiin, jäähdytystarpeeseen ja toimintavarmuudelle asetettuihin vaatimuksiin.
Virtaamien, lämpötilaerojen ja painehäviöiden mitoituksessa on huomioitava todelliset käyttöolosuhteet ja hyödynnettävä luotettavia suorituskykytietoja.
Toimintavarman ja energiatehokkaan lopputuloksen saavuttamiseksi virtauksen hallinta, lämmönsiirto sekä säätö- ja ohjausjärjestelmät on suunniteltava toimivaksi kokonaisuudeksi yksittäisten komponenttien sijaan.
Lämpötilaero (ΔT) kuvaa jäähdytysjärjestelmän meno- ja paluupuolen lämpötilojen välistä eroa.
Pieni lämpötilaero tarkoittaa, että jäähdytysneste siirtää litraa kohden vähemmän lämpöenergiaa. Saman lämpömäärän siirtämiseen tarvitaan tällöin suurempi virtaama.
Suuremmat virtaamat lisäävät venttiilien, putkiston ja pumppujen kuormitusta sekä tekevät järjestelmästä herkemmän hydrauliselle epätasapainolle.
Koska datakeskusten jäähdytysjärjestelmät toimivat usein suhteellisen pienillä lämpötilaeroilla, ΔT on keskeinen tekijä sekä energiatehokkuuden että järjestelmän suorituskyvyn kannalta.
Monet jäähdytysjärjestelmän suorituskykyyn, energiatehokkuuteen ja toimintavarmuuteen vaikuttavat ratkaisut tehdään jo suunnitteluvaiheessa.
Järjestelmän rakenne, venttiilien ja lämmönsiirtimien valinta, säätöstrategiat sekä mitoitusperusteet vaikuttavat sen toimintaan koko elinkaaren ajan. Näiden ratkaisujen muuttaminen käyttöönoton jälkeen voi olla sekä hankalaa että kallista.
Siksi järjestelmän kokonaisuuden ymmärtäminen ja oikeiden teknisten valintojen tekeminen mahdollisimman varhaisessa vaiheessa on tärkeää.
Datakeskusten jäähdytysjärjestelmät toimivat tyypillisesti pienillä lämpötilaeroilla ja suurilla virtaamilla, minkä vuoksi ne ovat erityisen herkkiä hydrauliselle epätasapainolle.
Jos virtaamat eivät jakaudu oikein, järjestelmän eri osiin voi kulkeutua liian paljon tai liian vähän jäähdytysnestettä suhteessa niiden tarpeeseen. Tämä voi heikentää lämpötilan hallintaa, lisätä energiankulutusta ja aiheuttaa epävakautta järjestelmän toiminnassa.
Oikein toteutettu hydraulinen tasapainotus auttaa varmistamaan tasaisen ja ennakoitavan toiminnan, paremman energiatehokkuuden sekä luotettavan jäähdytyksen.
Todennetulla suorituskyvyllä tarkoitetaan, että lämmönsiirtimen kapasiteetti on dokumentoitu tunnustettujen standardien ja testausmenetelmien mukaisesti.
Esimerkiksi AHRI-sertifiointia käytetään lämmönsiirtimien lämpöteknisen suorituskyvyn riippumattomaan todentamiseen soveltuvissa tuoteryhmissä.
Todennetut suoritusarvot antavat suunnittelijoille luotettavan perustan mitoitukseen ja auttavat arvioimaan, miten lämmönsiirrin toimii määritellyissä käyttöolosuhteissa.
Datakeskuksen korkeat käytettävyysvaatimukset edellyttävät, että jäähdytysjärjestelmä pystyy ylläpitämään IT-laitteiden tarvitsemat olosuhteet myös huoltotöiden aikana ja vaatimustasosta riippuen yksittäisten laitteiden tai järjestelmän osien vikaantuessa.
Tämä asettaa vaatimuksia järjestelmän varmistukselle, rakenteelle ja kriittisten laitteiden huollettavuudelle ilman jäähdytyksen keskeytymistä.
Näitä periaatteita käsitellään myös Uptime Instituten Tier-standardissa. Tier III -tasolla kriittistä infrastruktuuria on voitava huoltaa ilman toiminnan keskeyttämistä, kun taas Tier IV edellyttää lisäksi vikasietoisuutta.
Jäähdytysjärjestelmän suunnittelussa onkin huomioitava kapasiteetin ja energiatehokkuuden lisäksi järjestelmän häiriönsietokyky ja toiminnan jatkuvuus.
