Køling af datacentre handler både om TCO og driftsikkerhed

i2 (Intelligent Infrastruktur), DeiC (Danish e-infrastructure Cooperation) og DTU har et datacenter i Bygning 304 på DTU, der for nyligt har fået opdateret datacenterkølingen med en række Vertiv kølemaskiner, som Wexøe A/S har leveret. Opbygningen af flere såkaldte ”kuber” i datacentret og en præcis regulering af køleluften giver en klart forbedret TCO (Total Cost of Ownership)

Selv om de fleste datacentre lever i én eller anden form for ubemærkethed, så er der noget dybt fascinerende over lokaler, der rummer rækker af racks med højtydende servere. Og taget i betragtning, at klodens dataforbrug rundt regnet fordobles hvert år, så vil mængden og størrelsen af datacentre overalt bare vokse.

Fluen i suppen er så bare forbruget. Når millioner af mennesker uploader billeder af deres frokostretter eller andet, der måske ikke ligefrem er vitalt for vores velfærd og eksistens, så koster det processorkraft, storage-kapacitet og dermed også maskinkraft og energi. Der skal nemlig ikke bare bruges energi til at holde klodens millioner og atter millioner af servere i gang. Tidligere skulle der bruges en næsten tilsvarende stor mængde energi på at holde servere afkølede – i dag er det mindre end 20 procent af IT-belastningen – så de arbejder inden for nogle forholdsmæssigt snævre temperaturgrænser.

Det kan godt være, at køling af datacentre ikke ligefrem er det mest sexede inden for elektronikken og bygningsteknik, men det er af afgørende betydning, at centrene kører optimalt – og med så lille et energiforbrug som overhovedet muligt. Der er jo ikke megen idé i, at vi på alle fronter fokuserer på en reduktion af klodens energiforbrug, hvis datacentrene i en ikke så fjern fremtid trækker så megen ydelse, at det samlede energiforbrug alligevel eskalerer.

Heldigvis er der her tale om et seriøst datacenter, der ikke skal slås med facebook-opslag og snapchats. Kunderne er selvfølgelig især DTU selv, men tæller blandt andet også alle øvrige universiteter i Danmark og i den mere forsknings- og videnskabstunge ende af skalaen. Og sammenlignet med Verdens gigantiske datacentre er den samlede effekt for serverne på maksimalt 500kW ikke voldsomt stor. Men en besparelse på kølingen på måske bare et lille tocifret antal procent kan alligevel blive til et anseeligt beløb – og have en gavnlig indflydelse på miljøet.

Der anvendes nu kuber til opdeling af kolde og varme zoner frem for nedkøling af den samlede luftmængde i hvert serverrum. Det giver en langt bedre kontrol af luft-flowet, og effektafsætningen i de enkelte serverracks kan være mere end 10kW i stedet for blot det halve, hvis kølingen ikke var optimal.

Varme og kolde zoner skal skilles ad

Ole Kjærgaard har ansvaret for datacenterets daglige drift og funktion, og det er et stort og omfattende arbejde, som kræver både pålidelige løsninger og fremsynet planlægning af ændringer. Utilsigtet downtime af anlægsdele er et noget der skal undgås, da selv kortvarige udfald af enten den no-break beskyttede strømforsyning eller kølingen af serverne kan føre til katastrofale tab af data eller i værste fald ødelagt IT-udstyr. Sikkerheden for data og IT udstyr og den stabile funktion er Ole Kjærgaards primære mission, men TCO – Total Cost of Ownership – har også en stigende betydning. Det gælder ikke mindst i forhold til driften, hvor energiforbruget til køling af serverne er én af de faktorer, der kan tælle positivt på såvel økonomi- som miljøkontoen.

Tidligere var serverrummene kølet ned til under 20 grader året rundt, og rackskabene stod hvor der lige var plads uden hensyn til hvor den varme luft fra serverne blev blæst ud. Men den filosofi har naturligvis ændret sig – både i forhold til mængden af datakapacitet, der er blevet klemt ind i bygningen, men også i forhold til den samlede økonomi. Det kræver så en præcis styring af køleluften og koblingen mellem luft, vand og luft i overgangene mellem bygningens luft-flow og lufttemperaturen udenfor, fortæller Ole Kjærgaard.

Frem for at køle hele bygningen – trods den tidligere inerte sikkerhed, der ligger i at have en kølig bygningsmasse som back-up i tilfælde af udfald af kølesystemet – så giver det bedre mening at arbejde med zoner, der adskiller koldt og varmt rundt om de enkelte serverracks. Det har ført til etablering af en række ”kuber” i hvert af bygning 304’s fire serverrum. Kuberne muliggør en præcis styring af lufttemperaturen og luft-flow til serverne. På den måde kan man også maksimere brugen af den såkaldte ”frikøling”, som oversat er det antal dage, hvor luften udenfor er så kold, at man kan bruge den til køling af serverne frem for at bruge de mere forslugne kompressorer, som trækker temperaturen i det cirkulerende kølevand ned til rundt regnet 15°C.

Mulig styring af mange parametre

Det afkølede vand fra kompressorerne trækkes ned i et antal kølemaskiner i hvert af de fire serverrum. Datacenteret har for nyligt investeret i en række Vertiv kølemaskiner, som Wexøe A/S for nyligt har leveret til i2/DeiC/DTU. Vertiv kølemaskinerne består af en køleflade – i praksis et ”omvendt” varmeapparat – og kraftige ventilatorer, som sender luften igennem serverracks i kuberne i serverrummene. Vertivs kølemaskiner er processorstyrede og giver dermed Ole Kjærgaard mulighed for at arbejde med en lang række parametre til optimering af kølingen med en samtidig minimering af forbruget. Serverne arbejder inden for ganske smalle rammer af ”sweet-spots” temperaturmæssigt.

Kunsten ligger i arbejde med så lavt et lufttryk som muligt og ganske store køleflader. I praksis vil en velfungerende køling betyde, at et serverrack kan arbejde med mere end 10kW effekt frem for det halve. Udfordringen ligger i at holde forbruget til køling i skak. Vi mærker konsekvenserne af den globale opvarmning i forhold til 80’erne, som bygningen stammer fra. Men målet er uagtet at opnå flest mulige frikølingsdage, og det hjælper Vertiv kølemaskinerne i kombination med kuberne til, forklarer Ole Kjærgaard.

Det handler om at opnå den størst mulige temperaturforskel mellem den kolde og den varme zone i serverrummet. Hver grad celsius, man kan øge lufttemperaturen svarer faktisk til 20 ekstra frikølingsdage. Det siger sig selv, at det er noget af en opgave at optimere luft-flow, temperatur og interfacing mellem kølefladerne – med respekt for den dynamiske effekt af serverne i takt med, at de arbejder. Vertivs processorstyring baseret på sensor-input fra de enkelte kuber automatiserer en række indstillinger. Det fører igen til en netværksbaseret – og igen dynamisk – lastfordeling af køling af de enkelte serverracks, så effektiviteten løbende bliver optimeret. Der er på nuværende tidspunkt installeret fem plus fire Vertiv-kølemaskiner i to af de i alt fire serverrum.

Vertivs kølemaskiner arbejder efter virksomhedens patenterede SmartAisle princip, hvor downflow-kølemaskinerne er sensorstyrede. Det er måske ikke markedets billigste køleløsninger, men vi er nødt til at tænke i TCO. Effektive kølemaskiner kan i større datacentre reducere elforbruget med op til 40 procent. Wexøe har i den sammenhæng genereret TCO-kalkuler, der beskriver forholdet mellem maskininvestering og drift for henholdsvis to og fem års tidshorisont. Den gode samlede økonomi kombineret med pålideligt udstyr fra en anerkendt producent giver et godt helhedsbillede, hvor sikkerheden skal være i top – og udgifterne holdes i skarp fokus, slutter Ole Kjærgaard.

Wexøes salg af køleløsninger til datacentre fra Vertiv er i 2020 fordoblet i forhold til 2019.

Vertiv Liebert PDX

Princippet i Vertivs kølemaskiner. I praksis er det ”omvendte varmeapparater”, der veksler køleluften i serverrummene med kølevand fra fri luft eller kompressorer udenfor.