Вентиляция серверной и ЦОД: требования, расчет и выбор оборудования

Вентиляция серверной и центра обработки данных должна удалять тепло, поддерживать допустимые параметры воздуха и обеспечивать надежную работу оборудования. Основную нагрузку создают серверы, системы хранения, источники бесперебойного питания и сетевые устройства: почти вся потребляемая ими электрическая мощность превращается в тепло.

Воздухообмен серверной рассчитывают прежде всего по тепловыделениям, а не по универсальной кратности. Вентиляция подает наружный воздух и поддерживает давление, а основное круглогодичное охлаждение чаще выполняет отдельная система кондиционирования.

Расчетные температура и влажность назначаются по требованиям производителей ИТ-оборудования, категории надежности, технологическому заданию и действующим нормам. Важно оценивать параметры на входе воздуха в стойки, а не только по настенному датчику в свободной части комнаты.

Опасны как перегрев, так и чрезмерное охлаждение. Слишком низкая температура увеличивает энергопотребление и при определенных условиях создает риск конденсации. Недостаточная влажность способствует электростатическим разрядам, а повышенная — коррозии и выпадению влаги.

Тепловую нагрузку определяют по фактической или проектной электрической мощности серверов, сетевого оборудования, ИБП, освещения и людей. Приближенно электрическая мощность ИТ-оборудования переходит в сопоставимое количество тепла, но для рабочего проекта используют данные производителей и коэффициенты загрузки.

Требуемый воздушный расход зависит от тепловой мощности, теплоемкости воздуха и допустимой разницы температур между подачей и удалением. Чем меньше допустимый нагрев воздуха, тем больший объем необходимо перемещать. Расчет проверяют для максимальной нагрузки, частичной загрузки и перспективного расширения.

Одна кратность воздухообмена не учитывает плотность размещения стоек. Два помещения одинакового объема могут требовать совершенно разной холодопроизводительности.

Сплит- и мультисплит-системы

Применяются в небольших серверных. Для круглогодичной работы выбирают оборудование, рассчитанное на охлаждение при низкой наружной температуре. Бытовая модель без соответствующей подготовки может быть ненадежна.

Прецизионные кондиционеры

Предназначены для длительной непрерывной работы и точного поддержания параметров. Они бывают с непосредственным испарением или водяным охлаждением от чиллера. Прецизионные установки удобны для средних и крупных серверных и ЦОД.

Система чиллер — фанкойл

Холодная вода поступает к шкафным кондиционерам или фанкойлам. Схема масштабируется и позволяет резервировать источники холода и насосы, но требует защиты от протечек и контроля качества теплоносителя.

Фрикулинг

В холодный период наружная среда используется для отвода тепла с уменьшенной работой компрессоров. Фрикулинг бывает прямым, когда подготовленный наружный воздух подается в машинный зал, и косвенным — через теплообменник или водяной контур.

Стойки размещают рядами так, чтобы их фронтальные стороны забирали холодный воздух из холодного коридора, а горячий выброс направлялся в горячий. Изоляция коридоров уменьшает смешение потоков и позволяет подводить охлаждение к оборудованию более эффективно.

Негерметичные кабельные проходки, пустые места в стойках и неправильное направление вентиляторов создают байпасные потоки. Холодный воздух возвращается к кондиционеру, не охлаждая серверы, а горячий снова попадает на вход оборудования.

Допустимость остановки определяет категорию надежности. Для ответственных объектов применяют схемы N+1, 2N или другие варианты резервирования. Резервировать нужно не только кондиционер, но и электропитание, насосы, автоматику, связь датчиков и путь отвода тепла.

Автоматическая ротация обеспечивает равномерную наработку. При аварии или превышении температуры резервный агрегат должен запускаться без ручного вмешательства, а сообщение поступать диспетчеру.

Датчики температуры устанавливают на входе воздуха в стойки в нескольких характерных точках. Дополнительно контролируют влажность, протечки, задымление, состояние фильтров, работу вентиляторов и электропитание.

Система диспетчеризации сохраняет графики, формирует предупреждения и позволяет увидеть постепенное ухудшение режима. Уставки сигнализации задают так, чтобы персонал успел принять меры до достижения критических значений.

Общеобменная вентиляция взаимодействует с пожарной сигнализацией и системами газового или другого пожаротушения. При пожаре установки и клапаны переходят в предусмотренное проектом положение, чтобы не распространять дым и не нарушать концентрацию огнетушащего вещества.

Все проходки воздуховодов и кабелей через ограждения выполняют с требуемой огнестойкостью. Алгоритмы должны быть согласованы между разделами вентиляции, автоматики, электроснабжения и пожарной безопасности.

• собирают данные о мощности, стойках и перспективах роста;
• определяют расчетные параметры воздуха;
• моделируют подачу и возврат, исключая смешение потоков;
• выбирают основное и резервное оборудование;
• рассчитывают вентиляцию, охлаждение, электропитание и дренаж;
• предусматривают защиту от протечек и аварийную сигнализацию;
• согласуют алгоритмы с пожарными системами;
• проверяют ремонтопригодность без остановки критической нагрузки.

После монтажа проверяют герметичность фреоновых и гидравлических контуров, расходы воздуха, дренаж и электропитание. Затем имитируют отказ основного кондиционера, потерю связи, превышение температуры и срабатывание датчика протечки.

Тепловые испытания желательно проводить при нагрузке, близкой к расчетной. Только так можно обнаружить локальные горячие зоны и проверить резервирование.

Климат серверной рассчитывают по тепловыделениям, схеме движения воздуха и требованиям надежности. Вентиляция обеспечивает воздухообмен, а кондиционирование непрерывно отводит основную тепловую нагрузку.

Надежная система включает резервирование, корректное разделение горячих и холодных потоков, распределенный контроль и испытание аварийных сценариев. Для ЦОД особенно важен не отдельный кондиционер, а согласованная работа всего инженерного комплекса.