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August 31, 2021
Sabeyは原子格納容器によってair-cooledデータ センタを最大限に活用する
ジョンSasser著
データ センタの冷却の技術の唯一の目的は情報技術装置（ITE）操作のために適した環境条件を維持することである。この目的を達成することはITEによって作り出される熱を取除くことおよび脱熱器へその熱を移すことを要求する。ほとんどのデータ センタでは、オペレータは絶えずそして確実に作動すると冷却装置が期待する。
私ははっきりデータ センタを長年にわたり作動させた機械工学者との会話をリコールする。彼はほとんどの機械工学者が偽りなくデータ センタの操作および設計を理解しなかったことに感じた。彼はほとんどのHVACエンジニアが冷却する慰めに焦点を合わせるオフィスか住宅の設計で始まることを説明したデータ センタの設計に得る前に。彼はそれらの設計プロジェクトで学ぶ範例がデータ センタに必ずしもよく翻訳しないと考えた。
データ センタがそれらで働く人々のために安全でなければならないのにその慰めの冷却がデータ センタの冷却装置の第一の目的ではないことを理解することは重要である。実際、データ センタ内の区域が長期占有のために不快であることは全く問題があり、（典型的）である。
あらゆる十分設計されたシステムと同じように、データ センタの冷却装置は効率的に機能を果たすべきである。データ センタは非常にエネルギー集中である場合もあり冷却装置が支えるコンピュータとしてその位（またはもっと）エネルギー使用することはかなり可能である。逆に、うまく設計された、作動させた冷却装置はITEによってエネルギー利用わずかだけ使用することができる。
この記事では、私はで歴史をデータ センタ冷却を提供する。私はそれから私達がSabeyのデータ センタで使用するいくつかを含むデータ センタの冷却の技術の比較と共に、冷却するデータ センタの技術的な要素のいくつかを論議する。
ムーアの法律の経済的な溶解
中間2000sへの早いのでは力の空腹なサーバーをますます冷却する、デザイナーおよびオペレータはエア冷却の技術の機能を心配した。キャビネットごとの5キロワット（kW）に近づくか、または超過していて設計密度がある人々はオペレータが増加する密度に遅れずについていくために冷却する内部列の後部ドアの熱交換器そして他の種類のような技術に依頼しなければならないことを信じた。
2007年に、稼働時間の協会のケンのブリルは有名にムーアの法律の経済的な溶解を予測した。彼は破片にトランジスターにますます合うことに起因する熱の増加する量がそれがもはや重要な技術の進歩なしでデータ センタを冷却することは経済的に実行可能ではない終点に達すると言った（図1）を見るため。
2005年2月1日出版される図1. ASHRAEの新しいデータ通信装置力の図表
米国議会は関与した。国家首脳はエネルギーのデータ センタそして要求する量に気づいた。議会は米国の環境保護庁（EPA）をデータ センタのエネルギー消費（公法109-341）のレポートを堤出するために指示した。この法律はまた効率の作戦を識別し、効率のための市場を運転するためにEPAを指示した。このレポートはデータ センタによって効率を顕著な増加手段が取られなかったら非常に増加するエネルギー利用を写し出した（図2）を見なさい。
日付を記入されるEPAのレポートからの図2.図表ES-1 （2007年8月2日）
2014年現在で、ムーアの法律はまだ失敗していない。それが場合、端は破片およびトランジスターの設計にかかわった物理的な限定の結果でありデータ センタの環境とは全く関係ない。
EPAがデータ センタのレポートを出版したと同時に、主力産業は効率問題、ITEの製造業者のノートを性能に加えて彼らの設計で効率をより大きい、強調し始めた取った;そしてデータ センタ デザイナーおよびオペレータは効率のために、また信頼性および費用設計し始めた;そしてオペレータはその効率が信頼性の犠牲を要求しないことを実現し始めた。
上げられた床の遺産の冷却および端
長年に渡って、コンピューター室および利用されたデータ センタはサーバーに冷気を渡すために床システムを上げた。コンピューター室のエアコン（CRAC）またはコンピューター室の空気扱う人（CRAH）からの冷気は上げられた床の下でスペースを加圧した。打ち抜かれたタイルは冷気に手段を充満を残し、サーバー取入口の前の主要なスペース理想的を書き入れる提供した。、CRAC/CRAHに戻る熱くする空気冷却されるべき冷気との混合の後で、通常サーバーを通ることの後。頻繁に、冷却装置の操作を制御するのに使用されたCRACの単位の帰りの温度がセット・ポイントだった。ほとんど一般にCRACの単位ファンが一定した速度で動かし、CRACに蒸気を作り出した単位内の加湿器があった。上げられた床の第一次利点は、冷却の観点から、穴があいたタイルかのために固体タイルを単に交換することによる少しだけ努力と、必要の冷気を渡すことである（図3）を見なさい。
図3:遺産は床の冷却を上げた
長年にわたり、このシステムはコンピューター室およびデータ センタのための共通の設計だった。それはまだ今日用いられる。実際、私はまだ現代データ センタを書き入れ、上げられた床およびCRACの単位を見つけないために驚く多くのオペレータを見つける。
レガシー システムは慰めの冷却の原則の1つに頼る:調節された空気の比較的少しを渡し、望ましい温度に達するためにことスペースの空気のより大きい容積が付いている調節された空気組合せの小さい容積認めなさい。このシステムはITE密度が低かったときに良い働かせた。低密度はシステムが欠陥貧しい効率、不均等な冷却、等にもかかわらず第一次目的を達成することを可能にした。
この時点で、それは上げられた床が時代遅れであることを言うべき誇張である。会社はまだ上げられた床の航空便のデータ センタを造る。但し、ますます現代データ センタは改善された航空便の技術がそれを不必要したので床を単に上げなかった。
いかに冷たい十分に冷たいか。
「ジャケットをつかみなさい。私達はデータ センタで入っている」。
熱はITEの電装品の近辺から部品を過熱させることを避けるように取除かれなければならない。サーバーがサーバーへの損傷を避けるには余りにも熱くなれば、機内論理はそれを消す。
ASHRAEの技術委員会9.9 （TC 9.9）はITEのための適した環境の決定の区域のかなりの仕事をした。私はより適当な温度に出版物、データ処理装置のための特に熱指針を、促進したレガシー データの中心の「肉ロッカー」からのデータ センタの変形を信じる。[編集後記:ASHRAEの技術委員会TC9.9の指針は装置入口が製造業者の確立された規準を満たす18-27°Cと20-80%相対湿度の間に（RH）あることを推薦する。稼働時間の協会は更に上限が25°Cに混乱、作動中可変的な条件を可能にするかまたは温度検出器や制御システムで固有間違いを補うために減ることを推薦する。]
TC 9.9の指針がサーバー入口の温度ない内部サーバー温度、ない室温および確かにないサーバー排気温度に基づいていることを理解することは非常に重要である。推薦され、正当な条件の概念を理解することもまた重要である。
自体消えるほどサーバーが減るには余りにも熱く、熱い保たれるが、寿命はできた。一般的に、この寿命の減少は高温の機能その露出のサーバー経験そして持続期間である。より広く正当な範囲の提供で、ITEがより多くの時間のより高い温度--に毎年さらすことができることをASHRAE TC 9.9は提案する。
与えられる技術によってが新たになるいかに関連した寿命の減少が彼らの操作にあるか考慮するべきである3年毎に、ITEオペレータ頻繁に起こることができる。答えはある特定の状態の細目によって異なるかもしれない。の同種の環境では4年またはより少しのリフレッシュ レートを、温度失敗の上昇率は製造業者が高温でITEを保証すれば冷却の設計特別を運転して不十分かもしれない。より長い期待された寿命の装置が付いている混合環境では、温度は高められた精査を保証するかもしれない。
温度に加えて、湿気および汚染はITEに影響を与えることができる。ITEが長い一定期間の受け入れられない条件--にさらされるときしか湿気および汚染はITEに影響を与えがちである。当然、極端な場合には（誰かがコンピュータで水または土のバケツを投げ出したら） 1つは即時の効果を見ると期待する。
低い湿気についての心配は静電放電（ESD）を含む。ほとんどの人々が経験したので、空気（低い湿気）のより少ない湿気が付いている環境で、ESDのでき事はより本当らしい。但し、データ センタの低い湿気と関連しているESDの心配は主として暴かれた。シャーシにとどまった限り「データ センタのための湿気制御では–」必要なそれらは（ASHRAEジャーナル、2010年3月）、印Hydemanあり、ESDがITEへの実質の脅威ではなかったことをデイヴィッドSwensonは書いた。裏面で、堅い湿気制御は取除かれる包装とのITEのためのESDに対して保護の保証ではない。部品に取り組むために包装を取除いている技術者はリスト・ストラップを使用するべきである。
高湿度は、一方では、ITEへの現実的な脅威を与えるようである。凝縮は完全に起こるべきではない間、ほとんどのデータ センタの重要な脅威ではない。第一次脅威は何か呼ばれたhygrometricほこりである。基本的には、高湿度はコンピュータの電装品に付くために空気の塵の可能性を高くできる。塵は付くとき、熱伝達を減らし、それらの部品に腐食を考えられる原因できる。減らされた熱伝達の効果は高温によって引き起こされるそれに非常に類似している。
汚染と関連している複数の脅威がある。塵は熱伝達を減らす電子部品に塗ることができる。ある特定のタイプの塵は、亜鉛ひげを、である伝導性呼んだ。亜鉛ひげはずっと電気版の上げられた床タイルに最も一般にあっている。亜鉛ひげは空輸になり、コンピュータの中で上陸できる。それらが伝導性であるので、により小さい内蔵部品で実際に有害な不足分を引き起こしてもいい。稼働時間の協会は文書化した「上げ床のタイルで育つ亜鉛ひげ資格を与えられたペーパーのこの現象をもたらしている伝導性の失敗および装置の操業停止を」。と
物理的な微粒子汚染によって与えられる脅威に加えて気体汚染と関連している脅威がある。ある特定のガスは電子部品に腐食性である場合もある。
冷却プロセス
冷却プロセスはステップに壊すことができる:
1. サーバー冷却。ITEから熱を取除くこと
2. スペース冷却。ITEを収容するスペースから熱を取除くこと
3. 熱拒絶。データ センタの外の脱熱器への熱の拒絶
4. 流動調節。適切維持するために白いスペースへの和らげ、戻る液体、
スペース内の条件。
サーバー冷却
ITEはITEの使用電気内の電子部品として熱を発生させる。それはニュートン物理学である:入って来る電気のエネルギーは節約される。私達が言うときサーバーはサーバーの部品が電気から熱するために効果的にエネルギーの状態を変えていることを電気を、私達意味する使用する。
別の固体によるサーバーの内の流動への固体からの熱伝達（電装品） （普通空気）、頻繁に（サーバー内の脱熱器）。ITEファンはこの熱伝達を促進する内蔵部品を渡る空気を引く。
あるsytemsはITEからの熱を吸収し、運ぶために液体を利用する。一般に、液体はこの機能を空気よりもっと効率的に行う。私は3つのそのようなsytemsを見た:
•脱熱器が付いている液体の接触。サーバーを通る液体の流れはITEから装置、吸収熱およびそれを取除くことの中の脱熱器が付いている接触をし。
•液浸の冷却。ITEの部品は非導電液体で浸る。液体は部品からの熱そして移動をそれ吸収する。
•ステートの変化が付いている誘電性液体。ITEの部品は非導電液体と吹きかかる。液体の変更の州は液体が液体に再び熱および変更の州を拒絶する別の熱交換器に熱を取り去り。
この記事では、私はair-cooled ITEと関連付けられるシステムにそれが圧倒的に企業で使用される共通方法であるので焦点を合わせる。
スペース冷却
レガシー データの中心の設計では、スペースの他の空気が付いているサーバー組合せからの熱くする空気はCRAC/CRAHの単位に結局戻り。空気はCRAC/CRAH内の液体に、コイルによって、熱を移す。CRACの場合には、液体は冷却剤である。CRAHの場合には、液体は冷やされた水である。冷却するか冷やされた水はスペースから熱を取除く。CRAC/CRAHから出る空気に頻繁に55-60°F （13-15.5°C）の排出の温度がある。CRAC/CRAHはconstant-speedファンを使用する上げられた床の充満典型的に空気を吹く。多くの製造業者およびデザイナーからの標準的なCRAC/CRAH構成は帰りの気温に基づいて単位の冷却を制御する。
レイアウトおよび熱拒絶の選択
上げられた床の自由な冷却は効率、それへの誰も支払済の関心が最も少なくないように増加する熱密度の要求におよび効率の応じることができなかった低密度スペースで良くはたらく間、歴史的に使用された。私は温度のゲージが付いているレガシー データの中心にあり、60°Fのまわりで温度を測定した（15.5°C） 80°Fの近くの棚そして温度の基盤で（26°C）同じ棚の上でおよびまた2以上PUEsをよく計算した。
人々は熱い通路および冷たい通路の天井のリターン充満を含む最良の方法そして技術を用い始めたり上げられた床の環境の冷却の性能を改善するために床管理およびサーバー ブランク パネルを上げた。これらの方法は完全に有利であり、オペレータはそれらを使用するべきである。
およそ2005年、設計専門家およびオペレータは原子格納容器の考えで実験し始めた。考えは簡単である;熱くするサーバー排気から涼しいサーバー取入口空気を分けるのに物理的な障壁を使用しなさい。涼しい供給の空気および熱くする排気が下記のものを含んでいるいくつかの利点を混合することを防ぐことは提供する:
•より一貫した入口の気温
•白いスペースに供給される空気の温度は上げることができ効率のための選択を改善する
•普通それをもっと効率的に作動させるコイルに戻る空気の温度はより高い、
•スペースは高密度装置を収容できる
理想的には、含まれていた環境で、空気は適した温度および湿気でITE操作のための空気処理装置を残す。空気は一度だけITEによって行き、次に調節のための空気処理装置に戻る。
熱い通路の原子格納容器対冷たい通路の原子格納容器
冷たい通路の原子格納容器システムでは、空気扱う人からの涼しい空気は熱いサーバー排気が空気扱う人に自由に戻るが、含まれている。熱い通路の原子格納容器システムでは、熱い排気は、通常含まれ、空気扱う人に天井のリターン充満によって戻る（図4）を見なさい。
図4:熱い通路の原子格納容器
冷たい通路の原子格納容器は特に天井のリターン充満がなければ上げられた床の改装に非常に有用である場合もある。このような場合冷たい通路/熱い通路の整理にある限りあると同時に、キャビネットを多かれ少なかれ残すことは可能であるかもしれない。1つは既存の冷たい通路のまわりで原子格納容器システムを造る。
ほとんどの冷たい通路の原子格納容器の環境は上げられた床と共に使用される。頭上式のダクティングのような別の伝達システムとの冷たい通路の原子格納容器を、使用することもまた可能である。上げられた床の選択は柔軟性を可能にする;それが取付けられていれば管を動かすことは大いに困難である。
多数の冷たい通路のポッドが付いている上げられた床の環境では、各ポッドに渡される冷気の容積は原子格納容器区域のそれぞれの内で配置される床タイルの数によって主として決まる。1つが非常に高い上げられた床を造らなければ、ある特定のポッドに行くことができる空気の量は限られる筈だ。高い上げられた床は造って高い場合もある;重いITEは上げられた床の上を行かなければならない。
冷たい通路の原子格納容器のデータ センタでは、1つは普通ポッドのための気流の条件がかなり定期的に変わらないと仮定しなければならない。それは実用的頻繁に床タイルを転換するためにまた更に床タイルのダンパーを調節するためにではない。場合によっては、実時間情報に基づいて気流を定めるために模倣するCFDを使用するソフトウエア システムはそれから右のポッドに空気の右の量を得るために扱う人ファンの速度を乾燥するために制御できる。どの位空気がある特定のタイル構成のポッドにへ渡すことができるか限界がある;1つはまだ適切な位置の床タイルの右の量について持つことを試みなければならない。
要約すると、冷たい通路の原子格納容器はデザイナーはおよびオペレータにITEのキャビネットのレイアウトとITEのローディングが多くを変えないあったり、広く変わらない例で信任が例のベストを働かせる。
私は新しいデータ センタの熱い通路の原子格納容器を好む。熱い通路の原子格納容器は柔軟性を高める。きちんと設計されていた熱い通路の原子格納容器のデータ センタでは、オペレータに配置の原子格納容器でより多くの柔軟性がある。オペレータは完全なポッドか煙突のキャビネットを配置できる。キャビネットのレイアウトは変わることができる。1つは天井の充満および切口にポッドか煙突を単に接続するか、または熱気がそれに入るように天井のタイルを取除く。
きちんと管理された熱い通路の原子格納容器の環境では、ITEはどの位空気が必要であるか定める。密度に重要な柔軟性がある。冷却装置は穏健な空気と部屋にあふれる。空気がサーバー ファンによって部屋の涼しい側面から取除かれると同時に、それを取り替えるために低圧は区域によりより多くの空気を流れる。
理想的には、サーバー部屋に空気処理装置に明確を用いる大きい、開いた天井の充満が、戻るある。天井の充満がサーバー キャビネットを支える必要がないので、大きい、開いた天井の充満を持っていることは大きい、開いた上げられた床より容易である。空気扱う人空気を天井のリターン充満から取除くため。Sabeyは普通涼しいエア スペースと天井のリターン充満間の差動圧力（dP）に基づいてファンの速度を制御する。天井のリターン充満でdPを涼しいエア スペースに関してわずかに保つSabeyの試み否定的。こうすれば、原子格納容器のどの小さい漏出により涼しい空気は充満に入る。空気扱う人ファンは適切な気流を維持するために上下に増や。
熱い通路の原子格納容器は大いに簡単な制御方式を要求し、典型的で冷たい通路の原子格納容器システムより適用範囲が広いキャビネットのレイアウトを提供する。
1つの幾分極度な例では、Sabeyは棚ごとのやや以上35キロワット（kW）を引っ張る6000のft2スペースの6つの顧客の棚を配置した。棚はすべて続けて置かれた。Sabeyは棚間の約24インチを割り当て、それらのまわりで熱い通路の原子格納容器のポッドを造った。多くのデータ センタにそのような高密度棚を収容する悩みがある。同じスペースのより典型的な利用は4.5 kW/rackに200の棚（棚ごとの30のft2）であるかもしれない。ポッドを造ること以外、Sabeyは種類の冷却のための注文手段を取る必要がなかった。操作順序は意図されているとして働き、増加された気流を補うために空気扱う人ファンの上で単に少し増や。これらの棚はずっと1年間ほとんどよく作動している。
熱い通路の原子格納容器システムはマイナーな利点である冷たい通路の原子格納容器と比較される調節された空気の高いボリュームを提供しがちである。冷たい通路の原子格納容器システムでは、データ センタの空気の容積はいつでも供給の充満の空気の容積であり、（それが上げられた床または頭上式の管であるかどうか）含まれていた冷たい通路の空気の量。この容積は普通部屋の残りの容積よりより少しである。熱い通路の原子格納容器システムでは、部屋は空気とあふれる。熱気の容積は熱い通路の原子格納容器および天井のリターン充満の中の空気に普通限られている。
熱い通路の原子格納容器はまたオペレータが設計から上げられた床を取除くことを可能にする。穏健な空気は周囲からの部屋に、頻繁にあふれる。原子格納容器は混合することを防ぐ従って空気はITEの前にすぐに渡される必要がない。上げられた床を取除くことはイニシャル コストおよび継続管理頭痛を減らす。
オペレータを上げられた床を取付け続けるために導くことができる1つの要因がある。1つがデータ センタの寿命の間に直接液体冷却を予想すれば、上げられた床は必要な配管のための非常によい位置をするかもしれない。
終わりつながれた冷却
内部列および内部キャビネットの解決を含む白いスペースから熱を、取除く他の方法がある。例えば、後部ドアの熱交換器はサーバーからの熱を受け入れ、データ センタから液体によって取除く。
内部列の冷却装置はITEのキャビネットの続けて置かれる装置としてサーバーの近くに、普通置かれる。またサーバー キャビネットの上にあるシステムがある。
これらの終わりつながれた冷却装置は空気を動かすために必要なファン エネルギーを減らす。これらのタイプのシステムは打ちSabeyのビジネス モデルのために最適であるとして私を。私はそのようなシステムが多分未知の未来の顧客の要求をSabeyの操作のために重要である収容するための熱い通路の原子格納容器のレイアウトよりより少なく適用範囲が広い高く、ことを信じる。終わりつながれた冷却の解決はレガシー データの中心の増加する密度のようなよい適用が、あることができる。
熱拒絶
サーバー熱は白いスペースから取除かれた後、脱熱器に拒絶されなければならない。共通脱熱器は大気である。他の選択はまたは地面水域を含んでいる。
最終的な脱熱器へデータ センタ熱を移すさまざまな方法がある。部分的なリストはここにある:
•water-cooledスリラーおよび冷却塔が付いているCRAHの単位
•air-cooledスリラーが付いているCRAHの単位
•システムCRAC単位を裂きなさい
•冷却塔または流動クーラーが付いているCRACの単位
•ポンプでくまれた液体（例えば、冷却する内部列から）および冷却塔
•Airsideの経済化
•直接蒸気化冷却を用いるAirsideの経済化（DEC）
•間接蒸気化冷却（IDEC）
エコノマイザの冷却
ほとんどのレガシー システムは望ましい環境条件を得るために冷却剤ベースの熱力学周期の形態を含んでいる。冷却する周期が以外どちらかの部分または時間すべて回る経済化は冷却している。
Airsideのエコノマイザは良い状態を得るために頻繁に帰りの空気と混合されるデータ センタにデータ センタを書き入れる前に外の空気を引く。IDECは外の空気がデータ センタを書き入れないが、でしたり中の空気から固体熱交換器によって熱を受け取るこれの変化。
蒸気化冷却（直接か間接）システム
