Ako ventilátor s vysokou rýchlosťou prúdenia vzduchu odstraňuje hromadenie horúceho vzduchu vo vnútri serverového racku

Hromadenie horúceho vzduchu v hornej časti zaťaženej skrine tichým spôsobom zhoršuje výkon každého zariadenia namontovaného pod ňou. Správne dimenzovaný ventilátor s vysokou rýchlosťou prúdenia vzduchu mení tento stav tým, že núti smerované, vysokorýchlostné prúdenie vzduchu cez rám tak, aby sa teplý výfukový vzduch nemohol usadiť a znovu vstúpiť do chladnej chodby. Pri intenzívnom chladení serverových rámov je rozdiel medzi stabilnými vstupnými teplotami a postupne sa rozširujúcimi sa horúčavami závislý od toho, či sa vzduch v skrini skutočne vymieňa, alebo sa len premiešava.

Keď sa horúci vzduch hromadí v hornej časti rámu

Horúčava na vrchu rámu u prevádzkovateľa colocation

Regionálny poskytovateľ služieb colocation prevádzkoval štvridsaťdva jednotiek 42U vybavených výpočtovými a úložnými uzlami. Tím pozoroval, že teplotné senzory na vrchu racku hlásili teploty výrazne vyššie ako nastavená hodnota, zatiaľ čo nižšie jednotky zostali v rámci požadovanej teplotnej oblasti. Na začiatku sa domnievali, že problém spôsobujú jednotky CRAC v miestnosti, preto zvýšili tlak dodávanej chladenej vzduchu – to však pridalo len ďalší šum bez vyrovnanie teplotného gradientu.

Začiatkom zmeny bolo namontovanie ventilátora s vysokou rýchlosťou prúdenia vzduchu na zadnej strane kabinetu tak, aby výfukový vzduch stúpal nahor cez vyhradený plenum namiesto toho, aby sa rozptyľoval späť cez hornú hranu. Po tejto zmene sa údaje zo senzorov na vrchu racku vrátili bližšie k základnej teplote miestnosti a teplotný gradient sa vyrovnal. Oficiálne nebol uvádzaný žiadny ukazovateľ účinnosti; získaný efekt sa prejavil ako konvergencia údajov zo senzorov – opatrný a overiteľný priamo na mieste.

Ako recirkulácia zachytáva teplo a spúšťa tepelný závrat

Servery vťahujú chladný vzduch z prednej strany a vyfukujú teplý vzduch z zadnej strany. Ak sa tento zadný výfuk nemá kam dostať, stúpa nahor, stretne sa s hornou doskou a zakrúti sa späť do predných vstupov horných jednotiek. Tento recirkulačný okruh znamená, že každé zariadenie dýcha vlastné odpadové teplo. Ventilátor s vysokou rýchlosťou prúdenia je na tento problém bezužitočný, ak nie je výfuková cesta oddelená od prívodnej cesty, pretože premiešavanie spoločného vzduchu len znovu rozdeľuje teplo.

Vo vnútri kabinetu klesá statický tlak, keď sa prúdenie spomaľuje, a teploty spojov komponentov stúpajú. Keď sa vnútorný ventilátor zrýchli, aby kompenzoval tento jav, pridáva do tohto uzavretého objemu ďalšie teplo. Táto spätná väzba predstavuje samozosilňujúci sa tepelný rozbeh, ktorý žiadny systém na úrovni miestnosti nedokáže z vonku opraviť. Pre zásah do tohto okruhu je potrebné vzduch úplne odviesť z kabinetu, nie len ho lokálne zrýchliť.

Vzduchové cesty na úrovni kabinetu a prečo je dôležitý statický tlak

Čítanie CFM vzhľadom na statický tlak v kabinete

Hodnota CFM voľného vzduchu uvedená v technickej špecifikácii sa meria bez akéhokoľvek prekážania. V rámci stojanu ventilátor tlačí proti filtračným mriežkam na prívode vzduchu, správcov s káblami a perforovaným panelom. Zmysluplnou hodnotou je dodávaný prietok vzduchu pri statickom tlaku systému, nie maximálna hodnota CFM uvedená na štítku. Ventilátor s vysokou rýchlosťou prúdenia vzduchu, ktorý je postavený okolo vonkajšieho rotora bezkeďového motora a impelera z pozinkovanej ocele, udržiava svoju charakteristiku aj za zaťaženia, pretože impeler udržiava tlak tam, kde ľahšie axiálne konštrukcie ustávajú. Pri nákupoch by sa malo požadovať tlakové-prúdové charakteristiky a vybrať prevádzkový bod, nie len hlavné číslo.

Kde horúci vzduch uniká a kde sa vracia

Dve cesty určujú vzduch v rade: prívod z chladného prechodu na predný vstup a výfuk zozadu do návratového priestoru. Teplý vzduch sa vracia, keď je výfuková cesta upchatá alebo kratšia ako prívodná. Medzery okolo uzatváracích panelov, neuzatvorené výrezy pre káble a chýbajúce krytky na streche umožňujú únik teplého vzduchu smerom dopredu. Uzavretie týchto únikov stojí výrazne menej ako pridanie kapacity ventilátorov. Cieľom je čisté oddelenie, aby ventilátor chladenia skrine presúval vzduch iba v jednom smere.

Zhoda s pokynmi ASHRAE pre vstupnú teplotu

Povolené vstupné teploty a náklady spojené s ich prekročením

Technický výbor ASHRAE 9.9 publikuje tepelné pokyny, ktoré definujú odporúčané a prípustné rozsahy teploty vstupného vzduchu pre IT zariadenia, často okolo 27 °C ako odporúčaná teplota s hornou hranicou približne 32 °C pre mnoho kategórií. Prekročenie týchto limitov skracuje životnosť komponentov a spúšťa reguláciu výkonu, ktorá tichým spôsobom zníži kapacitu. Ventilátor s vysokou rýchlosťou prúdenia vzduchu udržiava teplotu vstupného vzduchu v rámci tohto rozsahu tým, že zabraňuje lokálnemu prehrievaniu v hornej časti stojana, čím chráni dostupnosť a životnosť hardvéru bez nadmerného ochladzovania celého priestoru.

Usporiadanie, ktoré zabraňuje recirkulácii

Fyzické usporiadanie je dôležitejšie ako čistá rýchlosť. Výfukové ventilátory umiestnite v hornej zadnej časti, aby sa teplý vzduch, ktorý má tendenciu stúpať, zachytil predtým, než sa vráti späť do chladného prechodu. Vysokorýchlostný ventilátor na pohyb vzduchu v tomto usporiadaní nasáva teplý výfukový vzduch smerom nahor cez krátky potrubný úsek, zatiaľ čo uzatváracie dosky a tesniace gumové vložky udržiavajú chladný tok izolovaný. PWM riadenie moduluje striedavý cyklus podľa skutočne záťaže, čím udržiava stabilnú teplotu na vstupe a šetrí energiu v období nízkeho zaťaženia. Toto usporiadanie je efektívnejšie než jednoduché zvyšovanie prietoku vzduchu len na odstránenie príznaku.

Výber a údržba ventilátora pre vetranie skrine

Čo skontrolovať v technickom liste pred nákupom

Prečítajte si krivku tlaku–prietoku pri očakávanom statickom tlaku a potvrďte stupeň krytia (IP44 alebo IP54 pre prachové miesta). Overte rozsah prevádzkových teplôt – modely s hodnotením od −25 °C do +90 °C vyhovujú väčšine prostredí dátových centier. Skontrolujte typ ložiskov: dovozové presné guľové ložiská predlžujú životnosť pri nepretržitom prevádzkovom cykle. Potvrďte zhodu s normami CE, UKCA alebo IEC/EN a hľadajte čisté meďové vinutia s vnútornou tepelnou ochranou proti preťaženiu ako znaky trvanlivosti. Pred objednávkou overte zhodu napätia a veľkosti rámu s rozvádzačom.

Rozmiestnenie pri inštalácii a intervaly údržby

Namontujte jednotku tak, aby výfuk prechádzal cez krátky potrubný úsek a odvádzal teplo nad vrchol rackingu namiesto voľného výfuku, ktorý teplo znovu rozdeľuje. Udržiavajte sacie filtre prístupné na mesačnú kontrolu v prašných priestoroch a štvrťročnú kontrolu v čistých miestnostiach. Pozorne sledujte šum ložísk a zmenu otáčok (RPM) ako skoré príznaky poruchy. Litinový hliníkový kôrpus vydrží vibrácie, avšak po prvom týždni znovu overte pevnosť upevnenia. Plánujte čistenie impelera každých pol roka a kontrolu aktivácie tepelnej ochrany – trvalé odvádzanie tepla závisí viac od tohto pravidelného úkonu než od maximálnych technických špecifikácií.

Horúce miesta v serverových rámových systémoch sa zriedka odstraňujú chladnejšími miestnosťami; riešia sa presnou kontrolou smeru pohybu vzduchu. Ventilátor s vysokou rýchlosťou prúdenia vzduchu v kombinácii s uzatváracími panelmi, utlmenými otvormi a výfukovou cestou na vrchu a vzadu preruší cyklus recirkulácie, ktorý spôsobuje tepelný závrat. Dodržiavanie pokynov ASHRAE pre vstupný vzduch a výber ventilátora na základe jeho tlakovo-prúdovej krivky namiesto hodnoty CFM pri voľnom prúde zabezpečuje, že zariadenia zostanú v bezpečných teplotných limitoch. Pravidelná kontrola ložísk, filtrov a obežného kolesa udržiava túto výkonnosť na dlhodobé obdobie.

Často kladené otázky

Otázka

Čo spôsobuje hromadenie horúceho vzduchu na vrchu serverového rámu?

Odpoveď: Horúci vzduch sa prirodzene dvíha a ak nemôže výfukový vzduch zozadu uniknúť dostatočne rýchlo, vracia sa nad horný panel späť do vstupov predných častí horných jednotiek. Táto recirkulácia zachytáva teplý vzduch vnútri skrine. Zablokované výfukové cesty, chýbajúce uzatváracie panely a neutlmené káblové otvory problém ešte zhoršujú. Výsledkom je teplotný gradient, pri ktorom sa zariadenia v hornej časti prevádzkujú za vyšších teplôt ako tie v dolnej časti, čo zníži ich dlhodobú spoľahlivosť.

Otázka

Kde by sa mal inštalovať výfukový ventilátor, aby sa zabránilo recirkulácii?

Odpoveď: Ventilátor nainštalujte na hornú zadnú časť skrinky, aby zachytil teplý vzduch s nízkou hustotou, kým sa nezačne šíriť smerom dopredu. Spolu s ním použite uzatváracie panely a tesniace káblové priechodky, aby ste oddelili chladnú a teplú vzduchovú cestu. Krátky zadný výfukový potrubný úsek odvádza výfukový vzduch priamo do miestnosti. Toto usporiadanie zaisťuje jednosmerný prúd vzduchu a bráni vstupu teplého vzduchu späť do chladnej chodby nad stojanom.

Otázka

Ako sa pokyny ASHRAE týkajú chladenia stojanov?

Odpoveď: ASHRAE TC 9.9 definuje odporúčané a povolené rozsahy vstupných teplôt pre IT zariadenia – zvyčajne približne 27 °C ako odporúčaná teplota s vyššími povolenými limitmi. Dodržiavanie týchto rozsahov zabraňuje obmedzovaniu výkonu (throttling) a predlžuje životnosť hardvéru. Ventilátory na úrovni stojanov pomáhajú tým, že udržiavajú teplotu na vstupoch v hornej časti stojanov v rámci stanovenej hranice a zabraňujú vzniku lokálnych teplých miest. Tieto pokyny určujú cieľ; usporiadanie ventilátorov ho zabezpečuje.

Otázka

Prečo je statický tlak dôležitejší ako maximálny prietok vzduchu (CFM)?

Odpoveď: Hodnota CFM voľného vzduchu sa meria bez akéhokoľvek odporu, avšak reálna skriňa pridáva filtre, panely a káble, ktoré spôsobujú protitlak. Užitočným ukazovateľom je dodávaný prietok vzduchu pri statickom tlaku systému. Ventilátory, ktoré udržiavajú svoju tlakovo-prietokovú charakteristiku za zaťaženia, presúvajú skutočný vzduch cez prekážky. Výber len podľa maximálnej hodnoty CFM vedie buď k nadmerne veľkému zariadeniu, alebo k nedostatočnému vetraniu stojanu v najkritickejších momentoch.

Otázka

Kedy sa majú kontrolovať filtre ventilátorov skrine?

Odpoveď: Ventilátor s vysokou rýchlosťou presúvania vzduchu funguje len tak dobre, ako je jeho nasávacia oblasť neobmedzená. V prachových prostrediach sa filtre kontrolujú a čistia mesačne; v čistých dátových centrách stačí kvartálne. Pozorujte posun otáčok (RPM) a šum ložísk ako skoré príznaky poruchy a impeler čistite raz za polrok. Po prvom týždni prevádzky znovu overte pevnosť upevnenia. Pravidelná údržba udržiava požadovaný prietok vzduchu a zabraňuje opätovnému vzniku horúčok na vrchole stojanu.