ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeration and Air-conditioning Engineers) og innflytelse på
Updated: Aug 12, 2022
Kjøling av maskinrom startet på midten av 50-tallet når IBM publiserte sin første håndbok for første generasjon av kommersielle stormaskiner. Selv om prosessoren i seg selv ble vannkjølt (et A & B redundant system med fleksible slanger og hurtigkoblingssystem) så satte de strenge grenser for temperaturer og fuktighet i omgivelsene.
Grensene var på 21⁰C ± 1⁰K og 50% RH ± 5%, med begrensninger på endringsraten over tid. Fortsatt i disse dager vil man se at «legacy»-status blir spesifisert av noen brukere. Dette er bemerkelsesverdig fordi temperaturgrensen refererer til magnetbåndenes lese/skrive-hoder og fuktighetsgrensen ble innført på grunnlag av at sorteringsmaskiner for stemplingskort verken tålte at luften var for tørr (statisk ladning) eller for fuktig (stopp i systemet). Dette forble den ubestridelige «standarden» i 50 år, helt til ASHRAE publiserte sine termiske retningslinjer i 2004 som raskt (gjennom revisjoner) utvidet settpunktvinduet for temperaturer og fuktighet.
Kanskje enda viktigere er at ASHRAE spesifisert «hvor» sett-punkter skal gjelde. Tidligere sa ikke IBM-kravene noe om akkurat hvor luften måtte være innenfor disse grensene. Ettersom luften som kommer ut av maskinene har forskjellig temperatur (stiger i forhold til lasten) og en relativ fuktighet i inngående luft, så har maskinoperatører på grunn av frykt for overoppheting (spesielt dette) valgt å sette grenser for inntaket av returluft fra luftkjølingssystemet. Dermed ble «det kalde datasenter» konseptet til: Hvis du ønsket 21⁰C returluft, med alt av luftblanding og luft fra «last-bypass», så ville klimaanlegget bli satt til å presse inn 9-12⁰C kald luft under det hevede datagulvet. Dette bidro til å sette den typiske temperatur for kaldtvannskjølingen til å være 6/12⁰C (tilflytende/retur) og gjorde at potensielle mulighetene for «ekstra kjøling» ved bruk av de ytre omgivelsene snarere enn en kompressor for kjøling var minimal. ASHRAE endret alt dette ved å diktere at serverinnløpet skulle være kontrollpunktet og datasenteret har, potensielt sett, blitt et mye varmere miljø.
Fordelene som oppnås ved at ASHRAE definerer «hvor» den bearbeidede luften kontrolleres kan ikke overvurderes:
Med et legacy-system, bestående av dårlig lufthåndtering (ikke avlukket) og kontrollere den varme returluften til 21⁰C, kan en ikke oppnå noe frikjøling med mindre den eksterne temperaturen har falt til under 10⁰C og ingen «pay-back» er forsvarlig, med mindre omgivelsene er på under 5⁰C. I Storbritannia resulterte dette i <15% frikjøling per år.
Med god lufthåndtering vil en innløpsluft på 27⁰C komme ut som varmluft på omtrent 35⁰C. I Storbritannia kan dette resultere i >98% av frikjølingen per år eller 100% hvis du bruker en fordamping eller adiabatisk ekstern coil. Med andre ord er det ingen begrunnelse for kompressorkjølesystem i Storbritannia dersom hele spekteret av «ASHRAE TC9.9 Class 1 Allowable» (les nedenfor) benyttes fullt ut.
Så, hva er ASHRAE? ASHRAE er USAs bransjeorganisasjonen for HVAC industrien. Det er en uavhengig kommersiell organisasjon hvor medlemmer må betale for å være med og produserer i henhold til ANSI-standarder (American National Standards Institution), dokumenter for best praksis og et bredt spekter av tekniske håndbøker. Innenfor ASHRAE finner du tekniske komiteer (TCS) som går sammen for å sette nye standarder og retningslinjer som oppfyller konsensusen for hele industrien (i USA).
TC9.9 er komiteen ansvarlig for de IKT-termiske retningslinjene og består av mange interessenter, men viktigst av dem er IKT OEM-ene i seg selv. I denne sammenheng er det viktig å forstå den unike og sterke posisjonen som TC9.9 har i datasenterverden. Fra et europeisk perspektiv har vi ingen IKT-industri, relaterte designere, OEM eller produsenter, så alt utstyr vi kjøper og installerer i våre datasentre er omfattet av kravene satt ned av IKT OEM-ene, via regien til ASHRAE.
Heldigvis for oss bruker ASHRAE sin innflytelse på en endeløs jakt etter enda lavere energibruk for kjøling. For hver revisjon (2004, 2011 og 2016) har de utvidet temperaturgrensene og i den siste revisjonen har de nesten helt fjernet eventuelle behov for fuktighetskontroll. Dette vil ikke si at varmere og fuktige miljøer med dårlig luftkvalitet er risikofritt. Tvert imot så sier ASHRAE sine dokumenter klart og tydelig fra om potensielt kortere levetid ved å gå for varmere innløpsluft eller tidlig risiko for svikt grunnet korrosjon forårsaket av en blanding av temperatur, fuktighet, klorider og sulfider osv. Det er et faktum at å drive elektronikk i kalde temperaturer vil forlenge levetiden, men hvor mye endringen fra 21⁰C til 32⁰C vil være på er diskutabelt.
ASHRAE (dvs. server-OEM’ene) har også definert fire klasser av maskinvare, A1 til A4, i tråd med miljøer for kritiske klimaanlegg. Når man beveger deg fra A1 og oppover vil vinduet for temperatur og luftfuktighet utvide seg helt opp til maskinvare av klassen A4. Denne klassen kan akseptere en innløpstemperatur på 45⁰C fra omgivelses, selv om det er noe diskutert om den sanne tilgjengeligheten av A3- og A4-utstyr ville være egnet for lasten i et datasenter. De fleste (om ikke alle) brukere/operatører holder seg til klasse A1-maskinvare for datasentrenes servere og lagringsprodukter.
I hver klasse av utstyr er det et «Anbefalt» -spekter med temperaturer/fuktighet og et «Tillatt» -spekter. Det anbefalt nivået, den laveste fellesnevneren som alle OEM’er vil godta, er:
Gjeldende for alt utstyr som allerede er i bruk og nyinnkjøpt
Det, som i teorien, ikke vil bryte med noen garantier som kan støttes av IKT-salgskanaler
Når dette er sagt så er «Tillatt» -spekteret der for å brukes, men de fullstendige termiske retningslinjer fra ASHRAE går i detalj på hvorfor du ikke burde ønske å gå over disse temperaturene, grunnet økte feilrater på server-maskinvare. Nøkkelen her er å gå inn i «Tillatt» -spekteret i korte perioder for å spare energi og samtidig minimere risiko. Siden de høyeste sommertemperaturer i Norden gjelder bare for noen få timer per år vil det å kjøre i «Tillatt» -spekteret i opp mot 100 timer/år gi mening ut ifra et teknisk og kommersielt standpunkt.
På en annen side så kan vi ikke ignorere den konservative holdningen til mesteparten av datasenter-brukerene. Denne konservative tilnærmingen resulterer i en tidsforsinkelse mellom hva ASHRAE publisere og hva som regnes som «normal praksis». For eksempel viser de siste retningslinjene (2015) at fukting ikke er nødvendig i mesteparten av Europa), men de fleste brukere/operatører betrakter fortsatt 2011-utgaven som «siste nytt».
Det er også praktiske grenser for å øke innløpstemperatur på maskinvare over den gjeldende «anbefalte 27⁰C» pga. kjølevifter med variabel hastighet i selve maskinvaren:
Over 30-32⁰C vil serverviftene øke hastigheten betraktelig for å opprettholde kjøling og energien som eventuelt spares ved å tilføre varmere (mindre kjølt) luft blir motvirket av den økende energiforbruk fra serverviftene fordi strømmen som brukes av en vifte er en funksjon av kube-strømmen (n³) i forhold til viftehastigheten
Over 27⁰C øker viftestøyen raskt fordi lydtrykknivået er en funksjon av femtestrømmen (n⁵) til viftehastigheten. Når hundrevis av servere er innenfor en liten radius vil den kombinerte viftestøyen ofte overskride HMS-lovgivning og området skal klassifiseres som farlig og hørselsvern blir obligatorisk
I tillegg er det ikke et uvanlig å heve temperaturen for å øke tilgjengelig reaksjonstid om kjølesystemet svikter eller generatoren har startproblemer ved strømbrudd. Dette er i økende grad «sant» når strømtettheten øker ...
Alt i alt så har ASHRAE TC9.9 forbedret energieffektiviteten dramatisk og de (server-OEM’ene) vil fortsette å gjøre det. Dette er balansert av den konservative holdningen mange brukere/operatører har og som anser IKT-servicefag om viktig, i motsetning til å ta risiko (enten reell eller oppfattet).
