Введение
Современная цифровая инфраструктура организаций основана на использовании серверных помещений и центров обработки данных, обеспечивающих хранение и обработку больших объемов информации. Надежность работы серверного оборудования напрямую зависит от условий окружающей среды, прежде всего от температурно-влажностного режима.
Рост вычислительной мощности серверов и увеличение плотности размещения оборудования приводят к значительному увеличению тепловой нагрузки в серверных помещениях [5]. Даже незначительные отклонения температуры и влажности от допустимых значений могут вызвать, перегрев оборудования, снижение производительности и выход из строя компонентов. (Рис. 1).
Рис. 1. Технические и программное обеспечение интеллектуальной системы управления микроклиматом серверной
а) датчик температуры внутри и датчик влажности; б) общий вид объекта автоматизации (серверный зал); с) структура нечеткого контроллера в среде MATLAB
Согласно рекомендациям международных стандартов, ASHRAE и TIA-942 [1,4], температура воздуха на входе в серверы должна находиться в диапазоне 18–27 °C, а относительная влажность — 40–60 %. Поддержание этих параметров является необходимым условием стабильной работы информационной инфраструктуры.
Обобщённые диапазоны приведены в таблице 1.
Таблица 1
Рекомендуемые диапазоны параметров микроклимата в серверных помещениях (по данным ASHRAE TC 9.9 и TIA-942)
|
Параметр |
Рекомендуемый рабочий диапазон (класс A1 / TIA-942-C) |
Допустимый диапазон эксплуатации |
Нормативная / методическая основа |
Влияние на оборудование и режим работы |
|
Температура воздуха на входе в сервер |
18–27 °С |
15–32 °С |
Рекомендации ASHRAE TC 9.9 |
Повышение температуры увеличивает риск перегрева и отказов; чрезмерное охлаждение ведёт к росту энергозатрат и риску конденсации |
|
Относительная влажность |
40–60 % |
20–80 % (при контроле точки росы) |
ASHRAE, TIA-942 |
Низкая влажность повышает вероятность электростатических разрядов, высокая — риск конденсации и коррозии |
|
Максимальная температура точки росы |
До 15 °С |
До 17–18 °С |
ASHRAE TC 9.9 |
Ограничивает условия, при которых возможно выпадение конденсата на холодных поверхностях оборудования |
|
Скорость воздуха в зоне стоек |
0,3–0,9 м/с |
До 1,2 м/с |
Рекомендации ASHRAE и производителей |
Обеспечивает эффективный съём тепла; слишком высокие скорости вызывают турбулентность и неравномерность распределения |
|
Изменение температуры во времени |
Не более 5 °С/ч |
– |
ASHRAE TC 9.9 |
Ограничивает термические удары и механические напряжения, повышая стабильность теплового режима |
|
Избыточное давление в фальшполе / воздуховодах |
20–50 Па (типично для ЦОД) |
В пределах, обеспечивающих расчётный расход |
Практические руководства по проектированию ЦОД |
Гарантирует подачу требуемого воздушного расхода к перфорированным плитам и стойкам с высокой плотностью тепловыделения |
|
Концентрация пыли и загрязнений |
В пределах классов чистоты, указанных производителям |
– |
Руководства производителей ИТ-оборудования |
Определяет скорость засорения фильтров и теплообменников, риск коррозии и коротких замыканий |
Целью работы является разработка нечеткой модели управления системой климат-контроля серверной комнаты.
Анализ систем климатического контроля серверных помещений
Система контроля климата в серверной комнате представляет собой комплекс инженерных средств, обеспечивающих поддержание заданных параметров микроклимата. К основным контролируемым параметрам относятся температура воздуха, относительная влажность, скорость воздушных потоков, точка росы и уровень загрязнения воздуха.
Для поддержания оптимального микроклимата используются различные типы систем охлаждения: бытовые и полупромышленные кондиционеры, прецизионные кондиционеры, рядовые системы охлаждения (in-row), внутристоечные системы охлаждения и жидкостные системы охлаждения.
Бытовые кондиционеры применяются в небольших серверных помещениях, однако они не обеспечивают точного контроля влажности и температурного режима. Более эффективным решением являются прецизионные кондиционеры, специально разработанные для круглосуточной эксплуатации в серверных и центрах обработки данных [3].
Проблемы традиционных систем климат-контроля
Несмотря на широкое распространение систем кондиционирования, традиционные методы управления микроклиматом обладают рядом недостатков. Одной из основных проблем является использование бытовых кондиционеров, не предназначенных для круглосуточной эксплуатации при высокой тепловой нагрузке. Это приводит к неравномерному распределению температуры и образованию локальных зон перегрева.
Еще одной проблемой является недостаточный уровень мониторинга параметров окружающей среды. Во многих серверных помещениях температура контролируется лишь в нескольких точках, что не позволяет точно оценить распределение тепла внутри помещения.
Нечеткая модель управления системой климат-контроля
Для повышения эффективности управления системой климат-контроля предлагается использовать методы нечеткой логики. Нечеткая логика позволяет моделировать процессы, в которых присутствует неопределенность и нелинейные зависимости между параметрами системы.
В разработанной модели используются следующие входные параметры: температура воздуха, относительная влажность и тепловая нагрузка серверного оборудования. [2]. Выходными параметрами системы управления являются мощность системы охлаждения, скорость вентиляции и режим работы системы увлажнения.
Формирование управляющих воздействий осуществляется на основе набора правил нечеткой логики. Например: если температура высокая и влажность высокая — увеличить мощность охлаждения; если температура нормальная и влажность низкая — увеличить уровень увлажнения; если температура низкая — уменьшить мощность охлаждения.
Заключение
В работе проведен анализ существующих систем климатического контроля серверных помещений и выявлены основные проблемы традиционных методов управления микроклиматом. Предложена нечеткая модель управления системой климат-контроля, позволяющая учитывать неопределенности параметров окружающей среды и динамику работы серверного оборудования. [2].
Использование нечеткой логики обеспечивает более точное поддержание температурно-влажностного режима и позволяет повысить энергоэффективность системы охлаждения.
Литература:
- ASHRAE TC9.9. Thermal Guidelines for Data Processing Environments.
- Пинчук В. А. Система поддержания микроклимата в серверном помещении.
- Выбор системы кондиционирования для серверных помещений. Электронный ресурс. — Режим доступа:https://www.c-o-k.ru/articles/vybor-sistemy-kondicionirovaniya-dlya-servernyh-pomescheniy
- Стандарты проектирования центров обработки данных TIA-942.
- Климат для ИТ. Электронный ресурс. — Режим доступа: https://www.osp.ru/lan/2004/10/139665?ysclid=mim2zg0p8w192952449
