数据中心设计建议:你应该知道的ASHRAE TC 9.9

日期: 2011-11-13 作者:Robert E. McFarlane翻译:陈德文 来源:TechTarget中国 英文

关注数据中心冷却与支持的IT工程师们要注意了,你们可以利用来自美国供暖、制冷和空调工程师协会(American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers,以下简称ASHRAE)所提供的资料来解决许多挑战与问题。ASHRAE TC 9.9宣称在关键任务设施、技术空间和电子设备等领域为IT行业提供范围广泛的资料,但许多数据中心的管理人员、基础设施专业人士甚至咨询工程师仍然不知道TC9.9及其开发的大量资料。本文将介绍来自ASHRAE的关键资料,并揭示其实际作用(可点击链接下载阅读)。   ASHARE TC 9……

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关注数据中心冷却与支持的IT工程师们要注意了,你们可以利用来自美国供暖、制冷和空调工程师协会(American Society of Heating, Refrigeration and Air-Conditioning Engineers,以下简称ASHRAE)所提供的资料来解决许多挑战与问题。ASHRAE TC 9.9宣称在关键任务设施、技术空间和电子设备等领域为IT行业提供范围广泛的资料,但许多数据中心的管理人员、基础设施专业人士甚至咨询工程师仍然不知道TC9.9及其开发的大量资料。本文将介绍来自ASHRAE的关键资料,并揭示其实际作用(可点击链接下载阅读)。

  ASHARE TC 9.9基金会出版物

  TC 9.9已经出版了10本书以及三份白皮书,范围包括数据中心设计与运维问题处理。ASHRAE相关工作成果还被TIA-942 数据中心标准所引用。

  TC9.9的第一篇出版物《数据中心环境热标准指南》指出了运维中温度、湿度、空气流通对设备影响的严重问题,并明确如了何测量环境状况,这些都是IT专家们长期以来一直争辩不休、存在分歧的话题。原版指导书发表于2004年,至今已经被修订了两次。于2009年发布的第二版为一级与二级硬件扩展了建议工作温度的范围,由18摄氏度扩展至27摄氏度(56华氏度至80.6华氏度) 。如此扩展给免费冷却提供了更大的可利用空间,同时也意味着减少维护冷却系统与工作环境温度所需消耗的能源。

  需要认识到关于此次温度更新的重要性,该变更是由一系列设备产商所组成的委员会同意并通过,而且不但针对新设备,同样对旧设备一样有效;如此,将不会影响到原有设备的维护合同或保修。该行动包括了几乎所有主流的电脑硬件制造商,所以没有必要去担心制造商或产商支持是否在TC 9.9运维验证支持列表中。

  ASHRAE最新白皮书《数据处理环境热指南》发布于2011年五月,并将被纳入下一版热指南标准中。其增加了两项新设备分类,以及建议的最大进口温度为40摄氏度(104华氏度)。对于绝大多数数据中心,只有未变更的A1与A2类型(原1级与2级)对可以遇见的未来有重要意义。

  定义的新级别将大幅扩展热度范围(被成为A3与A4级),目的是为了未来的系统而设置--事实上达到此类标准的设备目前还不存在,但这些标准类型的建立,给了制造商一个开发新硬件的参考,包括全年无故障运行,甚至是温暖环境气候,没有冷却环境的情况下。市场将决定是否有足够的需求来促使制造商开发新技术以保障服务器在高温环境下完成作业。记住一点,这些新级别并不适用于当前设备。

  最新的热白皮书还包括相关能源使用状况以及对应的进口温度范围图表,同样还包括采用不同温度运维时对应的预期故障率统计变化。如果你只消当前能源消耗,对应的费用支出,以及硬件故障记录,现在就可以使用这些数据来作为能源开支上节约及权衡的参考,如果你还在纠结是否调整空调温度会影响硬件稳定性,或希望提升冷却效率并降低成本,请参考此白皮书。同样的,主流硬件制造产商已经在温度与湿度数值调整上达成一致意见。不仅如此,他们同样还分享了专有的故障信息预计能源使用状况,以协助相关数据图表的绘制。记住,即使在更高的A1与A2级运维温度下,保修依旧生效,不会作废。如果你经历了一些额外的故障宕机,设备保修依旧生效,但你现在已经拥有了一些数据,可以更清晰的看待运维开销,环境责任以及稳定性,并作出更合理的决策。

  深入能源与散热问题

  近些年来,IT行业里最难的问题就是预测数据中兴的能源与散热负载。Datacom Equipment 的《Power Trends and Cooling Applications》一书可以帮助我们解决这些问题。书中原文展示了关于不同类型计算设备在能耗密度上至2014年的预期增长。此书的更新,预计在2012年初,并将持续更新至2020年。

  在该系列第三版《数据通信设备数据中心设计考虑》提供了数据中心设计的总体指导、HVAC负载开发、冷却系统总述、气流分布、水冷、辅助产所、污染、噪音、结构与抗震设计、火灾检测与灭火、调试、可用性与冗余性,以及能源利用率。

  总体来说,这三本ASHRAE首发书籍目的在于提供关于现在数据中心设计与运维的基础信息,这些信息是几乎所有业内人员必须知晓,大部分IT人员需要真正理解并付诸实践,深入了解系统以及相关设备的支持方法。

  数据中心设计的“深度”出版物

  ASHRAE TC 9.9出版的系列书刊对相关重要课题进行了深入的研究,同样附带了插图和具体细节,容易引起IT专家与工程师团队的兴趣。

  例如,灰尘、污垢以及气态污染物对计算机硬件产生不利影响,所以数据中心专家需要知晓污染是如何影响计算资源系统性能与稳定性的。《通信数据中心环境中的微粒与气态污染物》,现已被污染物白皮书所填充,随着基于空气的免费冷却方式的增长与流行,相关信息变得越来越重要。

  该书中的内容将让你重新考虑更换空调过滤器的周期频率,灰尘来自哪里,以及其将对你的计算机硬件以及能耗带来怎样影响。过滤器及散热片上的灰尘将降低冷却效率,还会提高风扇转数与能耗需求。如果你处于多尘地区,或靠近工地还是多花粉地区,应该考虑如何实现净化空气,即使是在开关门进出或开窗透气时。但大多数情况下,灰尘还是由你自己带入的。这就是为何设备需要在数据中心外进行拆包,以及纸箱从来都不应该存储在数据中心内的原因。

  而且,如果你所处的地区二氧化硫或其他有害气体浓度级别较高或异常,或者周边存在许多化工及有毒化学品企业,那你需要考虑气体污染可能对数据中心造成的潜在影响。某些气体,但与数据中心通常湿度相结合时可能形成某种可以腐蚀铜缆与电路板的某种酸物质。此问题已经成为重要关注点,因为电子制造业已经通过了RoHS(有害物质限制),淘汰无铅焊料的使用。而银焊点很容易被这些污染物所腐蚀。这个课题有些复杂,但可以通过简单测试来比较银与铜的效果,就如出版刊物中所述,测试结果可以告诉你是否正在冒险。相关资料同样可以告诉你和工程师们该如何行动来解决这些问题。

  我们可以将更高的计算性能封装进更小的处理器芯片,将更多设备装入相同的机柜中,由此而来的冷却问题则不断增加。要有效处理这些负载,数据中心设计技术与前几年相比差异十分巨大,不幸的是,很多项目依然采取旧技术与方案进行实施。两本书着重阐述了这些问题。《高密度数据中心:案例研究和最佳做法》提供了真实案例说明冷却这些负载所要面临的调涨,还记录了所采取的行动及最终结果。那些“state-of-the-art”设计技术中的数值、重要性与效率存在疑问的人,可以通过本书了解到相关所有内容的实践与记录。

  尽管如此,由这些不断增长的高密度计算机产生的热量正快速超过空调系统所能提供的冷却量。唯一合乎逻辑的解决方法便是回归直接液体冷却,该方法效率远比空气冷却来的高。使用液体冷却固然会吓到IT行业内的许多人,但《数据通信中心机房液体冷却指南》一书中详细阐述了此问题,而且新的液体冷却白皮书阐述了为何其变得越发重要,还有如何实施可以保障液体冷却方案既高效又安全。

  实施高效节能数据中心设计的战术

  电网上的能源损失在传输至数据中心计算时,变得更加严重,以及由此产生的生态效应,所以有必要在每个数据中心设计中认真考虑能源效率问题。由于冷却历来的数据中心基础设施的效率最低的部分,消耗30%至40%的设施总功率,数据来自ASHRAE TC 9.9公布的《数据通信设施的能源效率最佳实践》。这本书集中阐述能源效率最高的设计并提供了其他地方所没有的环境,节能装置,控制和能源管理,高效配电,数据通信设备的效率,总拥有成本,技术和新兴技术等相关信息。这些数据可以帮助设计师最大限度地提高能源效率,或在评估时纳入特定方法来实现设计或数据中心升级效率与实用性。

  了解你正在进行的操作是否提升还是降低能源利用率十分重要,《数据中心实时能源开销测量》,是联合绿色网格合作出版的书籍,还解释了例如能源利用率(PUE)数值是否有必要达到。PUE已经成为事实上评估数据中心效率的标准,但PUE数值可能很容易的偏斜,所以需要理解几个重要的测量方法并能够正确解释PUE数值的管理。

  已经有许多尝试并试图让数据中心更加“绿色”,而且对应的方法与技术也变得愈加复杂。ASHRAE TC 9.9发布了《数据中心绿色建议》作为“快速参考手册”巩固节能设计和时间,其内容还包括对“允许的操作”以及“不允许的操作”的介绍和解释。它阐述了如何设计数据中心才能达到环保要求的可行方法。对于那些期望寻找到某些方法来把事情做得更好,但没有资金来从头开始构建高度复杂数据中心的人们来说,本书同样提供了一些好方法与建议。

  高密度计算机柜,与之相对应的电源及冷却设施,已经给数据中心增加了不少的重量,必须在设计数据中心建筑结构时就考虑如何承载当前及未来的设备重量。更有效率的经营数据中心是好事,但如果设备从楼层上跌落,问题可能就不一样了。业内有许多“经验法则”详细说明了楼层所能承载的负荷特性。但如果你采用这些数值,将会被询问如何验证它们,因为建设高强度楼板的难度以及费用实在太高了,而更大的问题在于如何在现有水平基础上加强地板所能承载的重量级别。《数据通信设备中心结构和振动准则》一书是架构师与工程师的好工具,可以节省绞尽脑汁解释需要的是什么,并证明它们所花费的时间。

  最后,有必要对作为现代数据中心设计与运维参考的行业标准“最佳实践”进行了解,并且关注这些最佳实践的定期更新。ASHRAE TC 9.9系列丛书正努力填补相关空白,而且将可能成为关注重要知识与信息的始发站。新出版物将在近期提供关于节能装置信息介绍预计ASHRAE 90.1标准。从90.1开始将纳入许多能源效益准则,而且将移除数据中心内旧款节能装置。

  关于专家:Robert McFarlane 是国际咨询公司 Shen Milsom&Wilke有限责任公司数据中心设计的主要负责人。麦克法兰拥有超过35年的通信行业咨询经验,在数据中心建设的每一个阶段都拥有丰富经验,并是开发建设电缆设计领域的先驱。McFarlane还在Marist College讲授数据中心在数据中心专业项目,他是数据中心电源和冷却专家,相关文章已被广泛发布,并在许多行业研讨会发表演讲,是ASHRAE TC 9.9的成员之一,并出版了范围广泛的行业准则。

翻译

陈德文
陈德文

TechTarget中国特约编辑

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