Az emelt padlózat adatközpont célú alkalmasságának felülvizsgálata 19. tanulmány 0. revízió
Vezetői összefoglaló Áttekintjük azokat a körülményeket, amelyek hatására megkezdődött az emelt padlózatok fejlesztése és adatközpontokban való használata. Az emelt padlózatok alkalmazásának indokai mára részben érvényüket vesztették, és az emelt padlózatokkal kapcsolatos problémák miatt kijelenthetjük, hogy számos területen felesleges vagy kifejezetten előnytelen a használatuk. 2
Bevezetés Az emelt padlózat az adatközpontok elmaradhatatlan kelléke. Sőt, az adatközpont fogalmát gyakran úgy definiálják, hogy emelt padlózaton elhelyezkedő számítógépes helyiség. Az emelt padlózatokkal kapcsolatos elméleti és mérnöki kutatásokat az 1960-as években végezték el, részletes leírásuk az 1983-as kiadású, 94-es számú Federal Information Processing Standard dokumentumban szerepel. Az emelt padlózatok tervezése 40 év alatt gyakorlatilag nem változott. A távközlési iparban az emelt padlózatok használata szinte soha nem terjedt el. A távközlés és az informatika közeledése ugyanakkor felvetette a kérdést: vajon melyik megközelítést érdemes alkalmazni? Az elmúlt időszakban egyre több informatikai adatközpontot terveztek emelt padlózat nélkül. Az emelt padlózatok történetét áttekintve magunk is érzékelhetjük ezt az irányzatot. Az emelt padlózat elemei Az emelt padlózat fejlesztése és kivitelezése során a következő funkciókat ellátó megoldás összeállítására törekednek: Hideg levegő biztosítása hűtési célokra Nyomvonalak, csövezés és támasztékok az adatátviteli kábelek számára Csövezés az elektromos kábelezés számára Réz földelőrácsozat a berendezések földeléséhez Megfelelő hely biztosítása hűtött víz vagy egyéb közművek elvezetésére Ha át akarjuk látni az emelt padlózatok fejlődését, akkor meg kell ismernünk azokat a követelményeket, amelyek kielégítésére eredetileg az emelt padlózat volt a legjobb megoldás. Azt is fontos látni, hogy az eredeti elvárások idővel hogyan módosultak. Az alábbi részben a fent említett funkciókkal kapcsolatos múltbéli és jelenlegi követelményeket hasonlítjuk össze. Hideg levegő biztosítása hűtési célokra A berendezések légbeömlőinél hideg levegőt kell biztosítani. A hűtési követelmények az adatközpont élettartama alatt nem változnak számottevően. A hibatűrés érdekében a rendszert több légkondicionáló berendezéssel kell ellátni. A berendezések légbeömlőinél hideg levegőt kell biztosítani. A hűtési követelmények az adatközpont élettartama alatt a berendezések üzembe helyezésével és eltávolításával párhuzamosan több alkalommal is megváltoznak. A hibatűrés érdekében a rendszert több légkondicionáló berendezéssel kell ellátni. Az emelt padlózat képes volt megfelelni a múltbéli követelményeknek, de a szellőzőlapok áthelyezhetőségének köszönhetően a jelenlegi elvárásoknak is tökéletesen megfelel. 3
Nyomvonalak, csövezés és támasztékok az adatátviteli kábelek számára A szekrények közötti kapcsolatot nagy számú és nagyméretű réz adatkábel biztosítja. A megfelelő működés érdekében a kábeleknek a lehető legrövidebbeknek kell lenniük. A kábeleket el kell rejteni. A kábelezés az adatközpont élettartama alatt nem változik. Vékony üvegszálas és réz alapú hálózati kábelek. A kábelezés az adatközpont élettartama alatt többször is változik. A kábelezéshez könnyű hozzáférést kell biztosítani. A múltbéli elvárásokat kizárólag emelt padlózattal lehetett gyakorlatias módon teljesíteni, ám a kábelek nehéz elérése miatt a jelenlegi körülmények között használata előnytelen, kiépítése szükségtelen. Emiatt napjaink emelt padlózatú adatközpontjaiban a kábelezésnek legalább egy része a padlózat felett fut. Csövezés az elektromos kábelezés számára A számítógépes berendezések dedikált áramkörökkel, fix kábelezéssel rendelkeznek. Az áramkörök az adatközpont élettartama alatt nem módosulnak. A számítógépes berendezések szabványos elektromos aljzatokba csatlakoznak. Adott területre sokkal több különálló készülék jut. A számítógépes eszközök minden 2 évben megváltoznak. A mellékáramkörök az adatközpont élettartama alatt többször is átépítésre kerülnek. Az emelt padlózat teljesíti a múltbéli elvárásokat, ám a jelenlegi körülmények között a kábelezés módosításainak nehézkessége miatt inkább előnytelen az alkalmazása. A padlózat feletti tápellátásnak soha nem volt semmi előnye. Az energiaellátás biztosítása jelenleg is a fő indok az emelt padlózat telepítése mellett. Réz földelőrácsozat a berendezések földeléséhez A közvetlen csatolású adatjelek sértetlensége, a helyes működés és a rongálódások elkerülése érdekében az egymáshoz kapcsolódó berendezéseket 0,1 V-nál kisebb potenciálkülönbségű, közös földeléssel kell ellátni. A réz hálózati kábelek a transzformátoroktól galvanikusan el vannak választva, a földpotenciál eltolódására 1 000 V feszültségig érzéketlenek, és általában 50 méter feletti távolságokon ívelnek át. Az üvegszálas hálózati kábelezés teljesen érzéketlen a földpotenciál eltolódására. A réz földelőrácsozat gyakorlatilag szükségtelenné vált. A szekrények és a mellékáramkörök kapcsolótáblája közötti földkapcsolat a jelenlegi elvárásoknak tökéletesen megfelel. 4
Megfelelő hely biztosítása hűtött víz vagy egyéb közművek elvezetésére A számítástechnikai berendezések egy része hűtési célokra közvetlen hidegvízellátást igényel. A számítástechnikai berendezések nem igényelnek közvetlen hidegvízellátást. A közvetlen hideg vizes vezetékek kiépítésére az emelt padlózat volt az egyetlen megoldás. Ilyen vezetékekre napjainkban rendkívül kevés helyen van szükség, a kisebb rendszerekben alkalmazásuk gyakorlatilag kizárható. Az emelt padlózat használatával kapcsolatos problémák A fenti összehasonlításból kitűnik, hogy az emelt padlózat rendkívül hatékony és gyakorlatias megoldás volt a régi adatközpontokban felmerülő igények kielégítésére. Az is nyilvánvaló, hogy az emelt padlózat használata mellett szóló indokok napjainkra gyakorlatilag eltűntek. Sőt, az adatközpontokkal kapcsolatos elvárások alapvetően megváltoztak. Meg kell tehát vizsgálni mindazon problémákat, amelyek az emelt padlózattal kapcsolatban felmerülhetnek. Földrengés Az emelt padlózat miatt nagyságrendekkel nehezebb biztosítani vagy felmérni az adatközpont földrengésekkel szembeni ellenállóságát. A padló feletti rácsozaton elhelyezett berendezések megfelelő rögzítése rendkívül nehéz feladat. Mivel minden telepítés más és más, földrengésekkel szembeni ellenállóságukat nehéz felmérni. Ez súlyos problémát jelent, ha az adott helyszínen garantálni kell bizonyos fokú földrengéstűrést. A Japánban található Kobe városában az 1995-ös nagy földrengés idején az adatközpontokban hatalmas károk keletkeztek. Az adatközpontok közül sok olyan, amelynek néhány óra vagy nap elteltével már munkába kellett volna állnia, mégis több mint egy hónapig üzemképtelen volt, ugyanis a korábban földrengésbiztosnak vélt emelt padlózatok jelentős része felgyűrődött, a számítógépes berendezések pedig a padlón keresztülzuhanva összetörtek. A megrongálódott készülékeket először ki kellett emelni, majd meg kellett javítani vagy ki kellett cserélni, ami bonyolult és időrabló tevékenység volt. A Világkereskedelmi Központ 2001-es összeomlásakor a közeli adatközpontok egy része amelyeknek át kellett volna vészelniük a tragédiát komolyan megrongálódott és hosszú időre leállt, amikor az épületekre ható lökéshullámok miatt az emelt padlózat felgyűrődött és összeomlott. 5
A Kobe városában tapasztalt átlagosan 5 hetes leállás 50 000 percet jelent, szemben az ötkilences rendelkezésre állás teljesítéséhez szükséges évi legfeljebb 5 perces kieséssel. Ez tízezerszer rosszabb az ötkilences értéknél. Ha a földrengések miatti leállásokat 10 százalékos részesedéssel vesszük figyelembe a rendelkezésre állás számításakor, akkor a Kobe környéki adatközpontok csak akkor érték volna el az ötkilences értéket, ha hasonló erősségű földrengés csak százezer évente fordulna elő a környéken ennek feltételezése teljesen irreális. Olyan területen, ahol bármilyen földmozgásra kell számítani, emelt padlózat használatával gyakorlatilag lehetetlen az ötkilences rendelkezésre állás elérése. Az erre tett kísérletek eredményessége gyakorlatilag ellenőrizhetetlen. Ez az egyik fő oka annak, hogy a telefonközpontokban nem használnak emelt padlózatot, és ez a legkomolyabb érv az emelt padlózat magas rendelkezésre állású adatközpontokban való alkalmazása ellen. Elérhetőség Figyelembe véve, hogy a korszerű adatközpontokban a berendezések két évenként kicserélődnek, vehetjük úgy, hogy az elektromos rendszer folyamatosan változik. Ha a kábelezés az emelt padlózat alatt helyezkedik el, akkor a nehéz elérés miatt a módosítások végrehajtása költségesebb és időben is elhúzódik. A padlózat terhelése Egy átlagos készülékszekrény súlya a 900 kg-ot is elérheti, áthelyezése csak görgőkkel oldható meg. További nehézség, hogy a mozgatáshoz és elhelyezéshez használt eszközöket is be kell vinni az adatközpontba. Emelt padlózat esetén különleges megerősítésekre lehet szükség, ám ez sok esetben csak bizonyos területekre, folyosókra terjed ki. Annak biztosítása, hogy a padló terhelése ne haladja meg az előírtat, komoly költségekkel jár, és gondos tervezést igényel. Az emelt padlózat teljes teherbírása csak az összes lap elhelyezése után alakul ki. A padlózat oldalirányú teherbírása a lapok meglététől függ. A kábelezés átépítése és a karbantartások miatt ugyanakkor akár teljes lapsorok rendszeres eltávolítására is szükség lehet. Emiatt akár az emelt padlózat váratlan összeomlására is sor kerülhet. Belmagasság Az adatközpontok számára kijelölt helyiségekben a belmagasságnak az emelt padlózat miatti csökkenése sok esetben elfogadhatatlan. Emiatt az adatközpont elhelyezésére alkalmas helyiségek köre leszűkül. Japánban megszokott eljárás, hogy két emeletet a födém eltávolításával egybeépítenek, és így biztosítják a szükséges belmagasságot. Védőcsövek Az emelt padlózat alatt futó kábelezésre különleges tűzvédelmi szabályok vonatkoznak. Az emelt padlózatra a szellőzőrendszerekre érvényes előírások érvényesek. A szétágazó légáramok miatt a tűzvédelmi szabályok a szellőzőrendszerekben keletkezett tüzeket különösen veszélyesnek minősítik. Az emelt padlózat alatt futó kábeleket ezért tűzálló védőcsövekben kell elvezetni, amelyek anyaga fém vagy tűzálló polimer lehet. A védőcsövek telepítése költség és bonyolultság tekintetében egyaránt problémás, valamint a működő adatközpontokban tovább nehezíti a módosítások végrehajtását. 6
Biztonság Az emelt padlózat különféle készülékek vagy akár egy ember elrejtésére is alkalmas lehet. Ha az adatközpontot rácsokkal több részre osztják, mert például több vállalkozás eszközeinek elhelyezésére szolgál, akkor az emelt padlózat révén lehetőség nyílhat az elzárt részek elérésére. Ez az oka annak, hogy a több cég által is használt adatközpontokban nincs emelt padlózat. Energiaellátás A korszerű adatközpontokban az egységnyi területre eső mellékáramkörök száma jóval nagyobb, mint az emelt padlózatos megoldások kifejlesztésekor volt. A nagygépek korában egyetlen erősáramú mellékáramkör képes volt kiszolgálni egy 6 padlólapot foglaló, vagyis kb. 2,5 négyzetméteres alapterületű szekrényt. Napjainkban ugyanekkora területen két szekrényt szokás elhelyezni, amelyeknek az A és a B ágon 12 kw teljesítményű 120 V-os feszültségre lehet szüksége, ami összesen 12 mellékáramkört jelent. A mellékáramkörök számának nagyságrendi növekedése miatt a tápkábelek védőcsövei sokkal sűrűbben helyezkednek el, akadályozva a padlózat alatti légáramlást. A szükséges légáram biztosításához a padlózat magasságának el kell érnie az 1,2 métert. A padlózat magasságának növekedésével viszont romlik a szerkezet stabilitása, növekedik kiépítésének költsége, a padlózat terhelése és a földrengésekkel kapcsolatos kockázat. Takarítás Az emelt padlózatot rendkívül nehéz kitakarítani. A por, a különféle szennyeződések és a kisebb-nagyobb tárgyak összegyűlnek az emelt padlózat alatt, és a terület nehéz és kockázatos elérése miatt általában ott is maradnak. Egy-egy padlólap eltávolításával gyökeresen megváltozhat a levegő padló alatti mozgása, ami miatt a szennyeződések a szerelést végző személy szemébe vagy a környező készülékekbe kerülhetnek történtek is ilyen balesetek. Munkavédelem A kiemelt lapok helyén maradó nyílások az adatközpont üzemeltetői és látogatói számára egyaránt veszélyesek. Egy 1,2 méteres vagy nagyobb magasságú padlózattal ellátott adatközpontban egy ilyen nyíláson bezuhanva akár halálos sérülést is lehet szerezni. A jelenlegi adatközpontok élettartama alatt a berendezéseket több alkalommal is áthelyezik, ami a padlózat túlterheléséhez és összeomlásához vezethet. Költségek Az emelt padlózat kiépítése komoly költségvonzattal jár. A padlózat tervezése, anyagköltsége, legyártása, telepítése és bevizsgálása négyzetméterenként akár 46000 forintot is kitehet. Érdemes figyelembe venni azt is, hogy általában az adatközpont teljes területén kiépítik az emelt padlózatot, függetlenül attól, hogy a jelenben vagy a közeljövőben erre a területre ténylegesen szükség van vagy lesz-e. A négyzetméterenkénti 20 dolláros ár nem tartalmazza a táp- és adatkábelek kiépítésével kapcsolatosan jelentkező többletköltségeket ezek is olyan terhek, amelyeket csak a tényleges igény felmerülésekor kellene vállalni. 7
Az emelt padlózat mellett szóló érvek Noha egyre több telepítésnél hagyják el az emelt padlózatot, illetve mellőzésének előnyei vitathatatlanok, az adatközpontok egy részét továbbra is emelt padlózattal tervezik. Az emelt padlózat alkalmazása mellett döntő felhasználók megkérdezésével az APC az alábbi következtetésekre jutott. Megjelenés Az emelt padlózatot sokan a magas rendelkezésre állású adatközpontok egyik alapvető jellemzőjének tartják. Sok vállalatnál a kiemelt ügyfelek számára szervezett üzem- vagy irodalátogatások fontos eleme az adatközpont megtekintése. Ha egy adatközpont nem rendelkezik emelt padlózattal, akkor félkész állapot, hiányos, rossz minőségű kivitelezés benyomását kelti. Az emelt padlózatnak tehát sok esetben arculatjavító hatása van. Előfordul, hogy az emelt padlózatot sem hűtésre, sem kábelezésre, gyakorlatilag semmire nem használják, csupán a kívánt megjelenés biztosítására. Messze ez a legkomolyabb érv az emelt padlózatok elhagyása ellen. Hűtés Az adatközpontok tervezőinek és üzemeltetőinek fontos az emelt padlózat révén a hűtés terén elérhető rugalmasság. Az emelt padlózat a szellőzőlapok áthelyezésének lehetőségével módot biztosít a kívánt hőmérsékleti profil kialakítására. Mennyezeti légvezetékekkel kialakított rendszernél ezt sokkal nehezebb elérni. További fontos tényező, hogy az emelt padlózatú légcsere rendszerek tervezésében sokkal nagyobb tapasztalat gyűlt fel, így a tervezők pontosabban meg tudják becsülni a rendszer teljesítményét. Energiaellátás Mivel napjainkban kis számú nagyméretű berendezés helyett inkább több kisebb készüléket használnak, a korszerű adatközpontokban a mellékáramkörök száma nagyságrendekkel nagyobb, mint az emelt padlózatok kifejlesztésekor volt. Ezeknek az áramköröknek a kábelezését valahol el kell vezetni. Ha nem használunk emelt padlózatot, akkor a mennyezet alá kell elhelyezni az elosztórendszert. A mennyezetre szerelt kábelezés telepítése és karbantartása jóval nehezebb, mint a padlózat alatt futóé. 8
Emelt padlózat nélküli megoldások Az emelt padlózattal kapcsolatos költségek és problémák elkerüléséhez valamilyen praktikus és megvalósítható alternatívát kell felmutatni. Szerencsére több ilyen megoldás is létezik. Ezek kiterjedt tárgyalása túlmutatna jelen tanulmányunk keretein. Az emelt padlózat nélküli hűtési módszerek általában az alábbi táblázatban szereplő három kategória valamelyikébe illeszkednek. 1. táblázat: Emelt padlózat nélküli hűtési módszerek Adatközpont osztályozása Kisméretű adatközpontok / Adatszobák (<100 négyzetméter alatt) Közepes méretű adatközpontok (100 500 négyzetméter) Nagyméretű adatközpontok (>500 négyzetméter) Hűtési módszer Állványra, falra vagy mennyezetre szerelt légkondicionáló készülékek csövezés nélkül. Álló légkondicionáló egységek csövezés nélküli elosztással és álmennyezeti visszavezetéssel. Álló vagy mennyezetre szerelt légkondicionáló egységek, a hideg levegő szétosztása mennyezeti csövezéssel, a visszavezetés pedig nyitott vagy álmennyezeti megoldással. A fenti módszerek mindegyikét használják a gyakorlatban, ám az ilyen jellegű megoldásokhoz a berendezések és a tervezési alapelvek az emelt padlózatos rendszerekhez képest még kevésbé kiforrottak. Az ilyen jellegű rendszerek jelentős része egyedi. Ahhoz, hogy az ilyen típusú rendszerek viselkedését az emelt padlózatú megoldásokéhoz hasonlóan jól ki lehessen előre számítani, a mérnöki és építő vállalatoknak még komoly elméleti kutatásokat és termékfejlesztéseket kell végezniük. A legújabb mennyezeti áramellátó rendszerek már olcsóbbak az emelt padlózat alatti rendszereknél. Az egyre fejlettebb mennyezeti hűtésekkel együtt ezek a rendszerek már képesek a gyakorlati használatban is előnyösebb megoldásokat kínálni az emelt padlózattal szemben. Összegzés Az emelt padlózatok alkalmazását indokló tényezők túlnyomó része már a múlté. A kényszerítő erők megszűnése és az emelt padlózattal kapcsolatos problémák miatt kijelenthetjük, hogy az ilyen rendszerek széles körű használata a legtöbb alkalmazási területen különösen kisebb adatközpontokban gazdaságilag és műszakilag egyaránt előnytelen. A közelmúlt új megoldásai révén az emelt padlózatok elhagyásának műszaki akadályai elhárultak. Az adatközpontokban ugyanakkor a komoly tervezési tudásbázis és a megfoghatatlan arculati tényezők miatt még sokáig láthatunk majd emelt padlózatot. 9