Weryfikacja przydatności podłóg podniesionych w centrach danych

Weryfikacja
przydatności
podłóg
podniesionych w
centrach danych
White Paper 19
Wersja 0
Streszczenie
Niniejszy dokument zawiera analizę okoliczności, które przyczyniły się do opracowania i stosowania
podłóg podniesionych w centrach danych. Wiele przyczyn stosowania podłóg podniesionych już nie
istnieje, zaś problemy związane z podłogami podniesionymi świadczą, że ich szerokie
wykorzystanie jest trudne do uzasadnienia i niepożądane w wielu zastosowaniach.
2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być używana, powielana, kopiowana, przesyłana
ani przechowywana w jakiegokolwiek rodzaju systemie udostępniania informacji bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com
2
Wstęp
Podłoga podniesiona to wszechobecna cecha każdego centrum danych. W rzeczywistości jedna z bardziej znanych
definicji centrum danych mówi, że jest to miejsce przetwarzania danych z podłogą podniesioną.
Podstawową wiedzę na temat podłóg podniesionych oraz ich projektowanie w pełni rozwinięto w latach 60. XX wieku,
zaś szczegółowo opisano w 1983 r. w dokumencie Federal Information Processing Standard 94. Podstawowa
konstrukcja podłóg podniesionych pozostaje względnie niezmienna od 40 lat.
W branży telekomunikacyjnej stosowanie podłóg podniesionych nigdy nie było powszechne. Konwergencja systemów
telekomunikacyjnych i informatycznych przyczyniła się do powstania sytuacji, w której należało zdecydować o
wybraniu odpowiedniego podejścia. Ostatnio coraz więcej centrów danych jest budowanych bez podłogi podniesionej.
Przegląd historii podłogi podniesionej pozwala przyjrzeć się temu trendowi.
Elementy podłogi podniesionej
Podłogę podniesioną wynaleziono i stosowano jako system, który miał zapewnić następujące funkcje:
•
System dystrybucji powietrza chłodzącego
•
Ścieżki, kanały lub podpory dla kabli do transmisji danych
•
Kanały dla kabli zasilających
•
Miedziana krata uziemiająca wyposażenie
•
Instalacja przepływu schłodzonej wody lub inna instalacja rurowa
Aby zrozumieć proces ewolucji podłogi podniesionej, należy przeanalizować każdą z tych funkcji oraz początkowe
wymagania, które uczyniły podłogę podniesioną odpowiednim rozwiązaniem. Dodatkowo, warto przyjrzeć się, jak te
początkowe wymagania zmieniały się wraz z upływem czasu. W poniższych częściach tego dokumentu porównano
początkowe i bieżące wymagania związane z powyższymi funkcjami podłogi podniesionej.
System dystrybucji powietrza chłodzącego
Początkowe wymagania
Bieżące wymagania
Chłodne powietrze jest potrzebne przy wlotach
powietrza do wyposażenia.
Chłodne powietrze jest wymagane przy wlotach
powietrza do wyposażenia.
Wymagania dotyczące chłodzenia nie zmieniają się
znacząco podczas użytkowania centrum danych.
Wymagania dotyczące chłodzenia zmieniają się
wielokrotnie podczas użytkowania centrum danych na
skutek wymiany wyposażenia.
System może być zasilany przez kilka zasilaczy prądu
przemiennego, zwiększając jego odporność na awarię.
System może być zasilany przez kilka zasilaczy prądu
przemiennego, zwiększając jego odporność na awarię.
2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być używana, powielana, kopiowana, przesyłana
ani przechowywana w jakiegokolwiek rodzaju systemie udostępniania informacji bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com
3
Podłoga podniesiona spełnia początkowe wymagania, zaś dzięki możliwości zmiany i przenoszenia płytek
odpowietrzających podłoga podniesiona odpowiada także bieżącym wymaganiom.
Ścieżki, kanały lub podpory dla kabli do transmisji danych
Początkowe wymagania
Masywne, wielożyłowe miedziane kable do transmisji
danych łączą ze sobą szafy.
Kable muszą być możliwie najkrótsze, aby zapewnić
prawidłowe działanie.
Bieżące wymagania
Cienkie światłowodowe i miedziane kable sieciowe.
Kable są wielokrotnie wymieniane podczas użytkowania
centrum danych.
Wymagany jest łatwy dostęp do kabli.
Kable muszą być niewidoczne.
Kable nie są wymieniane podczas użytkowania centrum
danych.
Podłoga podniesiona była jedynym praktycznym sposobem na spełnienie początkowych wymagań, ale nie jest już
niezbędna oraz niezbyt dobrze odpowiada bieżącym wymaganiom z powodu trudnego dostępu do kabli do transmisji
danych. Dlatego też obecnie w większości centrów danych, w których zastosowano podłogę podniesioną, część lub
wszystkie kable do transmisji danych są prowadzone górą.
Kanały dla kabli zasilających
Początkowe wymagania
Sprzęt IT jest na stałe podłączony do dedykowanych
obwodów.
Obwody nie są wymieniane podczas użytkowania
centrum danych.
Bieżące wymagania
Sprzęt IT jest podłączany do standardowych gniazd.
Znacznie większa liczba różnego sprzętu IT na metr
kwadratowy.
Sprzęt IT jest zmieniany co 2 lata.
Obwody zasilające są wielokrotnie wymieniane podczas
użytkowania centrum danych.
Podłoga podniesiona spełnia zarówno początkowe, jak i bieżące wymagania, lecz na jej niekorzyść przemawia dostęp
do okablowania w przypadku jego zmiany. Dystrybucja zasilania poprowadzona górą nie miała w przeszłości żadnych
zalet. Dystrybucja zasilania nadal stanowi główną przyczynę stosowania podłogi podniesionej.
2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być używana, powielana, kopiowana, przesyłana
ani przechowywana w jakiegokolwiek rodzaju systemie udostępniania informacji bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com
4
Miedziana krata uziemiająca wyposażenie
Początkowe wymagania
Aby zapewnić prawidłowe działanie i uniknąć
uszkodzeń, bezpośredni sprzężony sygnał danych
wymaga wspólnego stałego uziemienia o różnicy
potencjałów mniejszej niż 0,1 V.
Bieżące wymagania
Miedziane okablowanie sieciowe jest galwanicznie
izolowane za pomocą transformatora i jest odporny na
zakłócenia powodowane przez zmianę uziemienia do
1000 V, a jego długość wynosi przeważnie 50 m.
Światłowodowe okablowanie sieciowe jest całkowicie
odporne na zmiany uziemienia.
Konieczność stosowania miedzianej kraty uziemiającej została prawie całkowicie wyeliminowana. Połączenie
uziemienia między szafami i panelami obwodów spełnia bieżące wymagania.
Instalacja przepływu schłodzonej wody lub inna instalacja rurowa
Początkowe wymagania
Część sprzętu IT wymaga bezpośredniego podłączenia
do instalacji rurowej ze schłodzoną wodą w celu
zapewnienia chłodzenia.
Bieżące wymagania
Sprzęt IT nie wymaga bezpośredniego podłączenia do
instalacji rurowej ze schłodzoną wodą w celu
zapewnienia chłodzenia.
Podłoga podniesiona była jedynym praktycznym sposobem na podłączenie sprzętu IT do instalacji wodnej. Jednakże
ten wymóg jest ograniczony do bardzo małego obszaru lub już nie obowiązuje w większości instalacji, szczególnie
tych mniejszych.
Problemy związane z używaniem podłogi podniesionej
Powyższa analiza wskazuje, że podłoga podniesiona była bardzo efektywnym i praktycznym sposobem na spełnienie
początkowych wymagań wczesnych centrów danych. Widać jednak wyraźnie, że wiele z początkowych wymagań,
które wymusiły stosowanie podłóg podniesionych, obecnie już nie obowiązuje. W rzeczywistości wymagania związane
z centrami danych znacząco się zmieniły i rozwinęły. Dlatego też ważne wydaje się omówienie problemów, które
stwarza podłoga podniesiona.
Odporność sejsmiczna
Podłoga podniesiona w dużym stopniu utrudnia zapewnienie lub określenie nominalnej odporności sejsmicznej dla
centrum danych lub jej określenie dla centrum danych. Wyposażenie pomocnicze znajdujące się nad podłogą na
kracie w znacznym stopniu ogranicza możliwość umocowania sprzętu. Ponieważ każda instalacja jest inna, prawie
niemożliwe jest przetestowanie lub sprawdzenie odporności sejsmicznej danej instalacji. Jest to bardzo poważny
problem w przypadku, gdy określono wytrzymałość sejsmiczną.
2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być używana, powielana, kopiowana, przesyłana
ani przechowywana w jakiegokolwiek rodzaju systemie udostępniania informacji bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com
5
W 1995 r. podczas wielkiego trzęsienia ziemi centra danych w japońskim mieście Kobe i jego okolicach zostały
poważnie uszkodzone. Liczne centra danych, które powinny zostać ponownie uruchomione w ciągu kilku godzin lub
dni, nie działały przez ponad miesiąc, gdyż wiele rzekomo odpornych na trzęsienie ziemi systemów podłóg
podniesionych zostało powykrzywianych, na skutek czego sprzęt IT pospadał i uległ zniszczeniu. W efekcie należało
określić, który sprzęt został uszkodzony, a następnie go naprawić lub wymienić.
Podczas zawalenia się budynków World Trade Center w 2001 r. okoliczne centra danych, które powinny były
przetrwać to tragiczne zdarzenie, zostały poważnie uszkodzone i na dłuższy czas wyłączone z eksploatacji, gdyż
uderzenia w budynki spowodowały wykrzywienie i zawalenie się systemów podłóg podniesionych.
Czas przestoju po trzęsieniu ziemi w okolicach Kobe wynosił do 5 tygodni.
Stosując podłogi podniesione na obszarach zagrożenia sejsmicznego, nie można oczekiwać uzyskania dostępności
na poziomie pięciu dziewiątek. Nawet próba podjęcia takiego działania byłaby w rzeczywistości niemożliwa do
zweryfikowania. Z tego też powodu w pomieszczeniach central telefonicznych nie stosuje się podłóg podniesionych.
Jest to także najdobitniejszy powód świadczący przeciwko stosowaniu podłóg podniesionych w centrach danych o
dużej dostępności.
Dostęp
Wymienianie średnio co dwa lata sprzętu w nowoczesnych centrach danych powoduje, że kable zasilające i kable do
transmisji danych podlegają ciągłym zmianom. Trudność z uzyskaniem dostępu do okablowania w przypadku jego
umieszczenia pod podłogą podniesioną powoduje opóźnienia i koszty związane ze zmieniającymi się potrzebami.
Obciążenie podłogi
Typowe szafy z wmontowanymi urządzeniami mogą ważyć nawet 1000 kilogramów, zaś zawsze może wystąpić
potrzeba ich przetoczenia i ustawienia w innym miejscu. Dodatkowo urządzenia stosowane do przemieszczania i
ustawiania urządzeń wymagają dostępu do centrum danych. W tym wypadku podłoga podniesiona może wymagać
specjalnych wzmocnień, zaś w niektórych przypadkach ta możliwość jest ograniczona do wybranych przejść.
Zapewnienie, że dopuszczalne obciążenie podłogi nie zostanie przekroczone, wymaga znacznych nakładów
finansowych i odpowiedniego projektowania.
Pełną wartość dopuszczalnego obciążenia podłogi podniesionej można uzyskać jedynie wtedy, gdy wszystkie płytki
znajdują się na swoim miejscu. Odporność podłogi na wykrzywienie (wytrzymałość poprzeczna) jest zależna od
obecności płytek. Jednakże płytki, a nawet całe ich rzędy, są rutynowo zdejmowane w centrach danych na czas
często wymaganej zmiany okablowania lub prac konserwacyjnych. Taka sytuacja może być przyczyną
nieoczekiwanego, niebezpiecznego zawalenia się podłogi podniesionej.
Prześwit
W niektórych potencjalnych lokalizacjach centrum danych zmniejszenie kubatury pomieszczenia wynikające z
zainstalowania podłogi podniesionej jest nie do przyjęcia. Fakt ten może ograniczyć liczbę możliwych lokalizacji
centrum danych. W Japonii często wycina się podłogę następnego piętra budynku w celu uzyskania wymaganego
2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być używana, powielana, kopiowana, przesyłana
ani przechowywana w jakiegokolwiek rodzaju systemie udostępniania informacji bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com
6
prześwitu.
Kanał
Gdy okablowanie przebiega pod podłogą podniesioną, musi ono być zgodne ze specjalnymi przepisami
przeciwpożarowymi. Zgodnie z przepisami podłoga podniesiona jest traktowana jako „komora powietrza”. W związku z
przemieszczaniem i rozchodzeniem się powietrza przepisy przeciwpożarowe uważają pożar w komorze powietrza za
szczególne niebezpieczny. Z tego powodu okablowanie w podłogach podniesionych musi być zamknięte w
ognioodpornych kanałach wykonanych z metalu lub ze specjalnych ognioodpornych polimerów. Wynikiem tego jest
znaczący koszt i złożoność instalacji takich kanałów, zaś wyjątkowo trudnym problemem staje się wymagana zmiana
kanałów w działającym centrum danych
Bezpieczeństwo
Podłoga podniesiona to przestrzeń, w której mogą znajdować się urządzenia lub osoby. W przypadku centrów danych
podzielonych klatkami, takich jak przylegające obiekty, podłoga podniesiona umożliwia uzyskanie dostępu do
obszarów znajdujących się w klatkach. Z tego powodu w wielu przylegających do siebie obiektach nie stosuję się
systemów podłóg podniesionych.
Dystrybucja zasilania
Liczba obwodów na metr kwadratowy w nowoczesnym centrum danych jest znacznie większa niż w okresie
powstawania architektury podłóg podniesionych. W erze komputerów typu mainframe pojedynczy zainstalowany na
stałe obwód prądu o wysokim natężeniu mógł obsłużyć szafę zajmującą 6 płytek podłogowych lub 2,2 metra
kwadratowego. Dziś, na tej samej powierzchni można zmieścić dwie szafy, z których każda może wymagać 12 kW z
obwodów 230 V; w przypadku dwóch torów zasilających A i B podwaja to jeszcze liczbę obwodów. Gęstość kanałów
wynikająca z tak poważnego wzrostu liczby obwodów stanowi poważną przeszkodę dla przepływu powietrza pod
podłogą. Zapewnienie odpowiedniego przepływu powietrza może wymagać podłogi podniesionej o wysokości 120 cm.
Zwiększanie wysokości podłogi podniesionej pogarsza strukturalną integralność, zwiększa koszt elementów,
zmniejsza obciążenie oraz odporność na trzęsienia ziemi.
Czyszczenie
Podłoga podniesiona to obszar, który nie jest zbyt wygodny do czyszczenia. Pod podłogą podniesioną zazwyczaj
gromadzi się pył, piasek i różne przedmioty; są one tam zostawiane, gdyż trudność i niebezpieczeństwo wypadku
związane z wyczyszczeniem tego obszaru są uważane za poważne przeszkody. Usunięcie płytki podłogowej może
spowodować poważną zmianę ruchu powietrza pod podłogą, co często powoduje, że piasek, a nawet przedmioty
zostają wyrzucone podmuchem powietrza i dostają się do urządzeń lub do oczu pracowników.
Bezpieczeństwo
Niezałożona płytka podłogowa stanowi poważne i nieoczekiwane niebezpieczeństwo dla operatorów i gości
poruszających się po centrum danych. W centrach danych, gdzie wysokość podłogi podniesionej wynosi 120 cm lub
więcej, znacznie wzrasta niebezpieczeństwo wypadku na skutek wpadnięcia w otwór po niezałożonej płytce. W
2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być używana, powielana, kopiowana, przesyłana
ani przechowywana w jakiegokolwiek rodzaju systemie udostępniania informacji bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com
7
okresie użytkowania współczesnych centów danych często dochodzi do przenoszenia wyposażenia, co stwarza
niebezpieczeństwo przekroczenia dopuszczalnego obciążenia podłogi prowadzącego do jej zawalenia.
Koszt
Podłoga podniesiona jest bardzo kosztowna. Typowy koszt podłogi podniesionej, wliczając projektowanie, koszt
materiałów, produkcję, instalację i kontrolę sięga 200 USD na metr kwadratowy. Co więcej, podłoga podniesiona
pokrywa zazwyczaj maksymalną przestrzeń, która może zostać wykorzystana jako centrum danych bez względu na
to, czy w wymaganiach obecnych, wymaganiach dotyczących najbliższej przyszłości lub nawet rzeczywistych
wymaganiach zdefiniowano wykorzystanie tego obszaru. Koszt wynoszący 200 USD na metr kwadratowy nie
obejmuje dodatkowych kosztów związanych z kablami zasilającymi i kablami do transmisji danych. Stanowi to
poważny koszt, który należy ponieść jedynie wtedy, gdy jest to rzeczywiście konieczne.
Bariery w wyeliminowaniu podłogi podniesionej
Chociaż w coraz większej liczbie instalacji wyeliminowano podłogę podniesioną, a korzyści z tego płynące są
poważne, niektóre centra danych wciąż projektuje się z zastosowaniem podłogi podniesionej. Na podstawie rozmów
przeprowadzonych z użytkownikami podłóg podniesionych firma APC zidentyfikowała następujące bariery:
Postrzeganie
Podłoga podniesiona stanowi symbol centrum danych o dużej dostępności w przedsiębiorstwie. Dla wielu firm
prezentacja centrum danych jest ważną częścią zwiedzania obiektu przez kluczowych klientów. Centra danych, które
nie posiadają połogi podniesionej, są postrzegane jako niekompletne, wadliwe lub nienajlepszej jakości. W wyniku
tego podłoga podniesiona jest instalowana w ramach tworzenia wizerunku firmy. W niektórych wypadkach
zainstalowano podłogi podniesione, które nie są wykorzystywane do chłodzenia, prowadzenia kabli i w gruncie rzeczy
nie pełnią żadnej innej funkcji poza tworzeniem pożądanego wizerunku. Ta kwestia to z pewnością największa bariera
w wyeliminowaniu podłogi podniesionej.
Konstrukcja układu chłodzenia
Projektanci i operatorzy centrów danych cenią elastyczność zapewnianą przez konstrukcje umożliwiające chłodzenie
stosowane w podłodze podniesionej. Podłoga podniesiona pozwala na pewne przemieszczanie płytek
odpowietrzających w celu uzyskania żądanego profilu temperaturowego. Jest to trudniejsze do zrealizowania w
systemie przewodowym, w którym zastosowano biegnące górą rury z powietrzem. Dodatkowo, doświadczenie w
projektowaniu systemów dystrybucji powietrza w podłodze poniesionej jest dużo większe, z tego też powodu
projektanci potrafią lepiej przewidzieć wydajność systemu.
Dystrybucja zasilania
Z powodu przejścia z małej liczby większych urządzeń informatycznych do stosunkowo dużo większej liczby
mniejszych urządzeń, liczba obwodów na metr kwadratowy w nowoczesnym centrum danych jest dużo wyższa niż w
okresie powstawania architektury podłogi podniesionej. Potrzebne jest miejsce, w którym te obwody będą przebiegać.
2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być używana, powielana, kopiowana, przesyłana
ani przechowywana w jakiegokolwiek rodzaju systemie udostępniania informacji bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com
8
Jeśli nie stosuje się podłogi podniesionej, obwody takie należy poprowadzić górą. Instalowanie i konserwowanie
obwodów montowanych pod sufitem może okazać się trudniejsze niż zarządzanie obwodami biegnącymi pod podłogą.
Projektowanie bez podłogi podniesionej
Koszty i problemy związane z podłogą podniesioną można wyeliminować jedynie w przypadku znalezienia praktycznej
i dostępnej alternatywy. Na szczęście istnieje pewna liczba rozwiązań konstrukcyjnych, które to umożliwiają. Pełne
omówienie wspomnianych rozwiązań alternatywnych nie leży w zakresie niniejszego dokumentu white paper. Ogólnie
rzecz biorąc, metody chłodzenia bez stosowania podłogi podniesionej można podzielić na trzy kategorie, które
podsumowano w poniższej tabeli.
Tabela 1 – Metody chłodzenia bez podłogi podniesionej
Wielkość centrum danych
Metoda chłodzenia
Małe centra danych
(<100 metrów kwadratowych)
Jednostki chłodzące zamontowane w szafach, ścianach lub w
suficie działające bez przewodów.
Średnie centra danych
(100–500 metrów kwadratowych)
Stojące na podłodze urządzenia CRAC z bezprzewodowym
systemem dystrybucji i z komorą zwrotną o obniżonym suficie.
Duże centra danych
(>500 metrów kwadratowych)
Stojące na podłodze urządzenia CRAC lub jednostki do
montażu na dachu z prowadzonymi górą przewodami systemu
dystrybucji zimnego powietrza połączonymi komorą zwrotną o
otwartym lub obniżonym suficie.
Te metody zostały już wykorzystane, ale wskazówki dotyczące wyposażenia i projektowania dla tego typu instalacji nie
są jeszcze w pełni dopracowane w porównaniu z projektami wykorzystującymi podłogi podniesione. Z tego powodu
wiele systemów tego typu ma unikalny charakter. Firmy projektowe oraz dostawcy muszą powiększyć swe bazy
produktów i wiedzy zanim instalacje tego typu będzie można stosować z przewidywalnością oferowaną przez
rozwiązania z podłogą podniesioną.
Ostatnie innowacje w zakresie dystrybucji zasilania szaf, która została poprowadzona górą, stanowią tańszą opcję w
porównaniu do systemów dystrybucji zasilania poprowadzonych pod podłogą. W połączeniu z pojawiającymi się
metodami chłodzenia prowadzonego górą, tworzą one praktyczną alternatywę. która nie ma wad podłóg
podniesionych.
2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być używana, powielana, kopiowana, przesyłana
ani przechowywana w jakiegokolwiek rodzaju systemie udostępniania informacji bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com
9
Wniosek
Wiele z powodów, które doprowadziły do stosowania podłóg podniesionych obecnie już nie istnieje. Brak istotnej
przyczyny technicznej wymuszającej stosowanie podłóg podniesionych w połączeniu z problemami, które są z nimi
związane, zdają się świadczyć o tym, że ich szerokie wykorzystanie nie ma już ani ekonomicznego ani technicznego
uzasadnienia w większości zastosowań, a szczególnie w przypadku mniejszych centrów danych. Ostatnio
wprowadzone rozwiązania likwidują ograniczenia techniczne, które uniemożliwiały wyeliminowanie podłogi
podniesionej. Mimo to, w centrach danych najprawdopodobniej jeszcze przez pewien czas podłogi podniesione będą
stosowane z powodu dużego doświadczenia w zakresie ich projektowania oraz z powodu nieuchwytnych kwestii
postrzegania i wizerunku.
2003 American Power Conversion. Wszelkie prawa zastrzeżone. Żadna część tej publikacji nie może być używana, powielana, kopiowana, przesyłana
ani przechowywana w jakiegokolwiek rodzaju systemie udostępniania informacji bez pisemnej zgody właściciela praw autorskich. www.apc.com
10