Ciśnienie jest normalne: dlaczego centrum danych potrzebuje kontroli ciśnienia powietrza? 

Wszystko w człowieku powinno być idealne, a w nowoczesnym centrum danych wszystko powinno działać jak szwajcarski zegarek. Żaden element złożonej architektury systemów inżynieryjnych centrum danych nie powinien pozostać bez uwagi zespołu operacyjnego. To właśnie te rozważania kierowały nami w ośrodku Linxdatacenter w St. Petersburgu, przygotowując się do certyfikacji Uptime Management & Operations w 2018 roku i dostosowując wszystkie systemy centrów danych do najlepszych światowych standardów.  

Dziś opowiem jak i dlaczego wdrożyliśmy system zdalnego sterowania ciśnieniem i „ciśnieniem” powietrza w serwerowniach. Przypomnę, że w procesie przygotowań do audytu Uptime Institute jednym z zadań do rozwiązania była kwestia czystości. Nasz zespół pracował w dwóch kierunkach: sprzątanie (dawniej mój kolega już powiedziane o tym jak walczyliśmy z kurzem w serwerowniach) oraz monitorowanie ciśnienia w serwerowniach. Jako główny inżynier firmy otrzymałem zadanie drugie.
 

O czym to jest

Każda serwerownia posiada system wentylacji ogólnej. Jego konstrukcja jest bardzo prosta: jedna maszyna wentylacyjna pracuje nad nawiewem powietrza, druga pracuje nad jego wywiewem. Obydwa silniki sterowane są za pomocą regulatorów częstotliwości, czyli można zmieniać ich prędkość obrotową i tym samym regulować ilość nawiewanego/wywiewanego powietrza.
 
System ten ma dwa zadania:

• Zapewnij niezbędną wymianę powietrza dla komfortowego przebywania osób w serwerowni (ilość osób ustalana jest na podstawie specyfiki pomieszczenia),
• Zapewnij nadmierne ciśnienie powietrza w serwerowni, aby nie wciągać cząstek kurzu do pomieszczenia przez otwarte drzwi i zachowaj niezbędną czystość.

Urządzenie wentylacji nawiewnej musi dostarczać do serwerowni więcej powietrza, niż jest usuwane przez okap. Zapewnia to nadciśnienie w serwerowni w stosunku do sąsiednich pomieszczeń – tzw. „ciśnienie” powietrza. W takim systemie powietrze dostaje się do serwerowni jedynie przez filtry wentylacji nawiewnej, a przedostawanie się do serwerowni powietrza niefiltrowanego jest wykluczone.

Jeśli nagle wszystko dzieje się na odwrót – wentylacja wywiewna usuwa więcej powietrza niż wentylacja nawiewna – wtedy do serwerowni zaczyna napływać niefiltrowane powietrze z sąsiednich pomieszczeń, co często powoduje zapylenie powierzchni i sprzętu.
 

Bez kontroli 

Wszystko wydaje się proste. Jednak w momencie rozpoczęcia prac nad poprawą jakości sprzątania w data center nie dysponowaliśmy skutecznym narzędziem do monitorowania obecności cofki. Ustawiliśmy częstotliwość zasilania na wyższą niż częstotliwość wydechu, a następnie dokonaliśmy dodatkowych regulacji „na oko”. Drzwi do serwerowni otwierają się z trudem (jakby ktoś je ciągnął do środka) – ciśnienie jest ujemne. Jeżeli wręcz przeciwnie, bliższy nie radzi sobie z zamknięciem, to przeciwciśnienie jest bardzo silne. Czując pewną równowagę pomiędzy tymi dwoma stanami, zatrzymaliśmy się gdzieś pośrodku.

Jednakże takie podejście jest zawodne i uznaliśmy, że nie można na nim dalej polegać. 

Dlaczego? Pracując „na oko” nie sposób uwzględnić wpływu stanu filtrów powietrza na moc wentylacji nawiewnej. Jeśli filtr jest czysty, zobaczymy pewne wskaźniki oporu i objętości nawiewanego powietrza, natomiast jeśli filtr jest zanieczyszczony, wówczas wskaźniki te będą się zauważalnie różnić. Tych niuansów nie da się wyśledzić na podstawie dynamiki otwierania i zamykania drzwi. 

Zazwyczaj do wymiany filtra stosuje się standardowy mechaniczny manometr różnicowy, który wyłącza wentylację w pewnym stopniu zabrudzenia filtra (różnica ciśnień przed i za filtrem nie powinna przekraczać określonej wartości odpowiadającej normie czystości filtra). 

Okazuje się, że żywotność filtra jest długa, podczas gdy stopniowo ulega on zabrudzeniu, a standardowy manometr różnicy ciśnień wentylacji uznaje go za nadający się do pracy. Jednak moc wentylacji, a co za tym idzie, siła nacisku zmieniają się w zależności od stanu filtra.

Standardowy manometr różnicowy wentylacji. 
 
W rezultacie doszliśmy do wniosku, że proces ustawiania i kontrolowania cofki w takim scenariuszu jest zbyt skomplikowany i ponownie nieefektywny dla centrum danych.
 

decyzja 

Aby uzyskać odpowiedź na pytanie „Co powinniśmy zrobić?” Sięgnęliśmy do najlepszych światowych praktyk, w czym pomógł wyjazd do Sztokholmu ze zwiedzaniem lokalnych data center.

W jednym z data center zobaczyliśmy rozwiązanie, którego potrzebowaliśmy - przy wejściu do serwerowni zainstalowano mechaniczny manometr różnicowy, który pokazywał różnicę ciśnień „serwerownia/korytarz”.

Co ciekawe, szwedzcy koledzy stosują manometry różnicowe przy wejściach do serwerowni oraz do monitorowania zanieczyszczenia filtra wentylacyjnego: wymieniają filtry, gdy ciśnienie spada, nie czekając na sygnał ze standardowego manometru różnicowego instalacji wentylacyjnej. Wskazania manometrów są wizualnie monitorowane przez dyżurujących podczas obchodów.

Po powrocie zaczęliśmy szukać podobnego sprzętu w Rosji. Okazało się, że podobne manometry różnicowe stosuje się w naszych tzw. „pomieszczeniach czystych”, czyli salach operacyjnych, laboratoriach itp. Ze względu na szczególny status lokalu ceny za ten sprzęt okazały się wygórowane.

Dodatkowo nie potrzebowaliśmy urządzenia analogowego, lecz cyfrowego, najlepiej z wyjściem 4-20mA, abyśmy mogli podłączyć je do systemu monitoringu centrum danych. Miało to znaczenie przy ustalaniu progów wysyłania alertów oraz zbieraniu i analizowaniu statystyk. 
 

Kto szuka, zawsze znajdzie

Mieliśmy szczęście - wkrótce po rozpoczęciu poszukiwań udało nam się znaleźć potrzebne urządzenie: cyfrowy manometr różnicowy z ekranem i wyjściem do podłączenia do BMS-a o budżecie około 10 000 rubli za sztukę.

Zainstalowaliśmy, skonfigurowaliśmy i dziwimy się tylko jednemu – dlaczego sami na to wcześniej nie wpadliśmy i dlaczego to rozwiązanie nie jest standardem w projektach data center.

To wygląda tak: 

Elektroniczny manometr różnicowy na korytarzu na zewnątrz serwerowni, rurka jednego kanału pomiarowego jest doprowadzona do serwerowni, drugi kanał mierzy ciśnienie w korytarzu.
 
A tak urządzenie prezentuje się w systemie monitorowania centrum danych:

Tak wyglądają statystyki odczytów manometrów w systemie monitorowania:

 
Zgodnie z normą GOST R ISO 14644-4-2002 „Pomieszczenia czyste i związane z nimi kontrolowane środowiska”, którą przyjęliśmy za wytyczną, „w celu płynnego otwierania drzwi i eliminacji niezamierzonego przepływu powietrza z naprzeciwka spowodowanego turbulencjami, z reguły różnica ciśnień pomiędzy pomieszczeniami czystymi lub strefami czystymi o różnych klasach czystości powinna wynosić od 5 do 20 Pa.”

To właśnie ten zakres przyjęliśmy za normę w centrum danych. Gdy tylko pojawi się odchylenie, jest ono natychmiast rejestrowane w systemie – co widać na poniższym wykresie. 

Gwałtowny spadek ciśnienia na wykresie oznacza otwarte drzwi do serwerowni. 

Jeśli odczyty czujnika utrzymują się poniżej wartości zadanej przez ponad 5 minut, oznacza to, że coś jest nie tak z filtrem, wydarzył się jakiś wypadek, jednym słowem coś nienormalnego. Konkretnie na tym wykresie przyczyną jest długotrwałe otwieranie drzwi w celu wniesienia sprzętu do pomieszczenia.

Co dostaliśmy

Po pierwsze, nowy poziom kontroli i przejrzystości systemów inżynieryjnych centrów danych. 

Po drugiekontrola czystości stała się jeszcze skuteczniejsza: system pozwala zapobiec spadkowi ciśnienia i wcześniej wymienić filtry powietrza lub wyeliminować inne przyczyny jego spadku. 

Po trzeciewszystkie te procesy są kontrolowane przez matematycznie precyzyjne instrumenty. Gromadzimy historię obserwacji na przestrzeni czasu i dysponujemy statystykami dotyczącymi rzeczywistej żywotności filtrów powietrza oraz wszystkich sytuacji awaryjnych.

Przeprowadzony audyt Management & Operations oraz nasza niedawna wizyta w europejskich centrach danych pokazały, że jesteśmy pionierami w tym kierunku nie tylko w Rosji, ale także w UE – takie rozwiązania nie spotyka się u każdego lidera rynku data center w Europie.
 
Oczywiście system ten nie jest kluczem do działania systemów inżynieryjnych obiektu. Jednocześnie jest to niezwykle przydatny dodatek dla zespołu operacyjnego i doskonała ilustracja wysokich standardów naszego data center. W naszej branży nie ma małych rzeczy.

Źródło: www.habr.com