Tietokeskuksen kostutusta koskevat ohjeet

Tietokeskuksen kostutus

Ilmankostuttimien käyttö tietokeskuksissa on muuttunut huomattavasti viime vuosina. Alkuperäisissä tietokoneissa käytettiin reikäkortteja, joiden fysikaalisten ominaisuuksien säilyttämiseksi tarvittiin kostutusta, ja magneettinauhojen tietojen tallennuksessa tarvittiin tiettyä kosteustasoa, jotta pöly ja roskat eivät tarttuneet keloihin.

Teknologian kehittyessä myös datakeskusten kostutustarve on muuttunut. Tärkein syy datakeskusten kostuttamiseen on ollut herkkiä elektroniikkalaitteita vahingoittavien staattisten sähköpurkausten (ESD) torjuminen. Nykyään palvelimet on kuitenkin kehitetty siten, että ESD:n aiheuttaman vahingon riski on minimoitu, mikä on vähentänyt datakeskusten kostutustarvetta.

Tämä sai ASHRAE:n (American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers) muuttamaan vuonna 2008 suosituksiaan tietokeskuksissa sallitusta alimmasta kosteustasosta. Aiemmin suositeltu kosteustaso oli vähintään 40 % RH (suhteellinen kosteus), mutta sitä alennettiin, ja nykyään sitä mitataan kastepisteenä suhteellisen kosteuden sijaan, sillä tutkimukset viittaavat siihen, että absoluuttisella kosteudella on suurempi vaikutus ESD:hen. Uusi suositeltu alaraja on alue, joka ulottuu 18 °C:n kuivalämpötilasta ja 5,5 °C:n kastepisteestä 27 °C:n kuivalämpötilaan ja 5,5 °C:n kastepisteeseen. Tällä kuivalämpötila-alueella ja 5,5 °C:n kastepisteessä suositeltu suhteellinen kosteus vaihtelee noin 25 %:sta 45 %:iin.

Suositellun vähimmäiskosteustason lasku on johtanut siihen, että ESD:n torjumiseksi tarvittavan kostutuksen (ja siihen liittyvän energiankulutuksen) tarve on vähentynyt vuosittain. Kostutusta tarvitaan kuitenkin edelleen talvikuukausina, jolloin kylmät ulkolämpötilat aiheuttavat erittäin alhaisen sisäilman kosteuden ja lisäävät ESD:n aiheuttamia potentiaalisia riskejä.

Perinteisesti tietokeskuksissa on käytetty ESD:n torjumiseen CRAC-yksiköihin (Computer Room Air Conditioning) integroituja elektrodikäyttöisiä höyrykostutimia. Tällaisilla kostuttimilla on kuitenkin suuri energiankulutus ja huoltotarve, mikä nostaa niiden kokonaiskäyttökustannuksia. Viime aikoina innovatiivisissa energiansäästöstrategioissa on käytetty vähän energiaa kuluttavia kylmävesikostuttimia.

Esimerkiksi vuonna 2008 Pohjois-Lontoossa sijaitsevassa Fujitsun datakeskuksessa käytettiin sumutuskostuttimia ESD:n ehkäisemiseksi esilämmittämällä kylmä, kyllästynyt raitisilma 30 °C:een datahalleista talteenotetulla lämmöllä. Tulevan ilman lämmittäminen mahdollisti sen, että ilma pystyi imemään enemmän kosteutta, ja kun ilma oli kostutettu vähäenergiaisella JetSpray-kostuttimella, se palautettiin huoneen syöttölämpötilaan 17 °C optimaalisella suhteellisella kosteudella 50 % ±10 %. JetSpray-kostuttimen ja lämmöntalteenoton yhdistelmän avulla saavutettu energiakustannussäästö höyrykostutimeen verrattuna oli noin 35 000 puntaa vuodessa.

ASHRAE:n ympäristöolosuhteiden hallintaa koskevien ohjeiden muutokset sisälsivät suositellun lämpötila-alueen laajentamisen 20–25 °C:sta 18–27 °C:seen sekä suurimman suhteellisen kosteuden nostamisen 55 %:sta 69 %:iin ja kastepisteen nostamisen 15 °C:seen. Ohjeiden höllentäminen teki vähäenergiaisten ”vapaailmajäähdytysjärjestelmien” käytöstä käytännöllisempää datakeskusympäristöissä. Jäähdytykseen käytetään ulkoa tuotua raitista ilmaa kompressorikäyttöisten CRAC-yksiköiden sijaan. Ison-Britannian ilmasto-olosuhteissa tämäntyyppinen jäähdytys pystyy ylläpitämään datakeskuksen ympäristön suositelluilla tasoilla noin 70 % vuodesta.

Vapaailmajäähdytysjärjestelmien käytön ohella ilmankostutuksella tuli uusi rooli datakeskuksen ympäristössä. Kylmävesikostutin tuottaa noin 680 W jäähdytystehoa jokaista haihduttamaansa kosteuskilogrammaa kohti ja voi toimia jopa vain 550 W:n teholla tuottaen samalla jopa 840 kg/h. Täydentämällä ulkoilmajäähdytysjärjestelmiä kylmävesikostuttimien haihdutusjäähdytyksellä ulkoilmajäähdytysjärjestelmien käyttöaikaa voidaan pidentää 70 prosentista vuodesta 95 prosenttiin, jolloin riippuvuus kompressorikäyttöisestä jäähdytyksestä vähenee vain 5 prosenttiin vuodesta – eli kaikkein kuumimpiin päiviin.

Kylmävesikostuttimia käyttävää haihdutusjäähdytystä on kahta tyyppiä – suora ja epäsuora. Suorassa haihdutusjäähdytyksessä kostutin lisää kosteutta tuloilmaan, mikä nostaa sen kosteuspitoisuutta ja laskee sen lämpötilaa. Epäsuorassa haihdutusjäähdytyksessä kostutin toimii poistoilman kanssa. Ennen poistoa ilma kostutetaan ja jäähdytetään, minkä jälkeen se johdetaan lämmöntalteenottoyksikön läpi, jotta viileä lämpöenergia siirtyy sisään tulevaan ilmaan. Tämä jäähdyttää sisään tulevaa ilmaa lisäämättä siihen ylimääräistä kosteutta.

Pakettityyppisiä lämmöntalteenottoilmanvaihtokoneita (AHU) aletaan valmistaa tämän tyyppisellä innovatiivisella epäsuoralla haihdutusjäähdytysteknologialla varustettuina. Ilmanvaihtokone johtaa paluuilman haihdutuskostuttimen läpi, jolloin ilma kostutetaan ja jäähdytetään useita asteita. Ilmanvaihtokoneen lämmöntalteenottoyksikkö siirtää sitten osan tästä lämpötilan laskusta tulevalle raikkaalle ilmalle, mikä vähentää energiaa kuluttavien jäähdytyskoneiden kuormitusta. Muut pakettityyppiset ilmanvaihtokoneet, joissa käytetään haihdutuskostuttimia suorassa haihdutusjäähdytyksessä, ovat pystyneet saavuttamaan jopa 12 °C:n jäähdytyksen kostuttimesta, kun niitä on käytetty kuumassa ilmastossa sijaitsevissa datakeskuksissa.

Tietokeskuksen tehokkuutta mitataan niin sanotulla sähkönkäytön tehokkuusindeksillä (PUE), joka on palvelimien kuluttaman energian suhde muiden palveluiden, kuten valaistuksen ja jäähdytyslaitteiden, energiankulutukseen. Jos tietokeskuksen PUE-arvo on 2,0, palvelimien kuluttamaa kilowattia kohti kulutetaan yksi kilowatti muissa tietokeskuksen palveluissa. Ihannetapauksessa PUE-arvon tulisi olla mahdollisimman lähellä 1,0:aa. ASHRAE:n päivitetyt ohjeet ja niiden seurauksena yleistynyt ulkoilman jäähdytys ovat johtaneet siihen, että monet nykyaikaiset datakeskukset rakennetaan huomattavasti alhaisemmalla PUE-arvolla.

Vaikka päivitetyt ohjeet ovat vähentäneet kostutustarvetta sähköstaattisen purkauksen (ESD) torjumiseksi, kostuttimien käyttö datakeskuksissa on itse asiassa lisääntynyt tämän seurauksena. Energiatehokkaat kylmävesikostuttimet tarjoavat paitsi energiatehokasta kostutusta kylminä talvikuukausina, myös auttavat pienentämään PUE-arvoa lämpiminä kuukausina, jolloin ilmanvaihtojäähdytys yksinään ei riitä kattamaan jäähdytystarvetta.