Aký je vzorec na výpočet objemového prietoku vzduchu pre konfiguráciu ventilátorov v serverových rackoch

Prečo tepelné zaťaženie rámu určuje požadovaný prietok vzduchu ventilátora

Ventilačný ventilátor pre serverový rám sa nepreberá na základe odhadu. Prietok vzduchu, ktorý musí presunúť, je daný jediným číslom: teplom, ktoré rám vyrába. Každý watt IT zaťaženia sa mení na teplo, ktoré musí odviesť pohybujúci sa vzduch. Ak je prietok vzduchu nedostatočný, teploty komponentov stúpajú, kým zariadenie nezačne spomaľovať alebo sa nevypne.

Čítanie skutočného odboru elektrickej energie pred určením veľkosti ventilačného ventilátora

Východiskovým bodom je menovitý alebo nameraný výkon všetkého, čo je namontované v skrini: prepínače, výpočtové uzly, úložiská a straty vo výkonových zdrojoch. Polovične vyplnená 42U skriňa môže stále odberať niekoľko kilowattov, ak sa zohľadnia aj vyrovnávacie kondenzátory a záložné výkonové zdroje. Ventilačný ventil serverovej skrine musí presunúť dostatok vzduchu, aby sa udržal teplotný rozdiel medzi vstupom a výstupom v bezpečnom rozsahu, nie len ochladiť hlavné zariadenia namontované na prednej strane.

Modernizácia kolokačnej skrine, ktorá odhalila riziko

Jeden prevádzkovateľ upravil 15 kW kolokačný kabinet, ktorý pôvodne využíval dva bežné ventilátory vybrané podľa pravidla založeného na odhadoch dodávateľa – tzv. „na jeden stojan“. V lete sa teplota okolitého prostredia zvýšila tak, že teplota vzduchu na vstupe prekročila pohodlný rozsah a zariadenia v hornej časti začali znížiť výkon kvôli prehriatiu. Po meraní skutočnej záťaže a aplikovaní výpočtu tepelnej bilancie tím nahradil pôvodné usporiadanie ventilátorov na vetranie serverového stojana axiálnymi ventilátormi s vyšším prietokom vzduchu (CFM) a nastaviteľným tlakovým rozdielom. Teplota vzduchu na výstupe z kabinetu klesla približne o 9 °C a udalosti zníženia výkonu sa zastavili. Ponaučenie bolo jednoduché: výpočty vykonávať na základe skutočných wattov, nie na základe všeobecných predpokladov.

Vzorec na výpočet objemu vzduchu použitý pri výbere ventilátorov

Fyzikálny základ tvorí tepelná bilancia. Vzduch odvádza výkon P pri teplotnom náraste ΔT. Hustota vzduchu ρ a špecifická tepelná kapacita Cp určujú, koľko energie môže každý kubický meter vzduchu preniesť, preto rovnaký prietok ochladzuje rôznym spôsobom v závislosti od aktuálnych podmienok.

Rozbor vzorca Q = P ÷ (ρ × Cp × ΔT)

Základný vzťah je Q = P ÷ (ρ × Cp × ΔT). Pri vzduchu s hustotou približne 1,2 kg/m³ a tepelnej kapacite Cp približne 1005 J/(kg·K) sa súčin ρ × Cp blíži hodnote 1206. Po úprave pre objemový prietok sa Q v m³/s rovná P delené 1206 × ΔT. Povolená hodnota ΔT je návrhový nárast teploty medzi vstupom a výstupom stojanu, čo je bežne 10 °C až 15 °C pre vetraný kabinet. Menšia hodnota ΔT vyžaduje väčší prietok vzduchu, preto voľba ΔT priamo ovplyvňuje kompromis medzi veľkosťou ventilátora, spotrebou energie a hlučnosťou.

Prevod wattov na CFM a m³/h

Vynásobenie výsledku v m³/s hodnotou 3600 poskytuje m³/h a vynásobenie hodnotou 0,589 poskytuje CFM. Často používaný praktický odhad je CFM ≈ 3,16 × P(W) ÷ ΔT(°F), čo je rovnaký vzťah vyjadrený v imperiálnych jednotkách. Pre stojan s výkonom 15 kW a nárastom teploty 15 °C (27 °F) sa požadovaný prietok pohybuje približne okolo 1760 m³/h, čo zodpovedá približne 1035 CFM. Výsledok zaokrúhlite nahor s ohľadom na zaťaženie filtra a rezervu pri čiastkovom zaťažení, potom vyberte ventilátor tak, aby jeho charakteristika zodpovedala tomuto prevádzkovému bodu, nie podmienkam voľného prúdenia.

Inžinierske kontrolné kroky, ktoré zabezpečujú presnosť výpočtu

Samotné množstvo prietoku vzduchu nestačí na špecifikáciu ventilátora pre vetranie serverového racku. Ventilátor musí toto množstvo prietoku zabezpečiť aj proti odporu, ktorý skriňa skutočne predstavuje – v reálnej skrini je tento odpor zvyčajne iný ako nula.

Statický tlak, impedancia systému a charakteristika ventilátora

Filtračné systémy skrine, perforované panely, káblové prehrady a ohnuté potrubia všetky prispievajú k odporu. Impedancia systému rastie úmerné druhej mocnine prietoku, takže ventilátor, ktorý vyzerá dostatočný pri voľnom prietoku (CFM), sa po inštalácii môže „zrútiť“. Nakreslite charakteristiku ventilátora pre vetranie serverového racku do grafu spolu s charakteristikou impedance skrine; ich priesečník udáva skutočný prevádzkový prietok vzduchu. Špecifikujte jednotku, ktorá zabezpečí požadované množstvo prietoku pri očakávanom statickom tlaku – nie len pri nulovom zaťažení, kde vyzerá každý ventilátor silný.

Tam, kde platia odkazy na ASHRAE, ISO a NFPA

Termické pokyny ASHRAE TC9.9 uvádzajú odporúčané vstupné podmienky pre IT zariadenia približne v rozsahu 18 °C až 27 °C, čo určuje povolený rozdiel teplôt (ΔT). ISO 5801 definuje spôsob testovania výkonu ventilátorov, takže uvádzané hodnoty prietoku vzduchu (CFM) sú medzi dodávateľmi porovnateľné. NFPA 75 sa týka ochrany elektronických zariadení a ovplyvňuje usporiadanie chladenia a káblovania z hľadiska požiarnej bezpečnosti. Elektrické normy ANSI stanovujú tolerancie napájania, ktoré musí elektromotor ventilátora akceptovať. Tieto referencie premieňajú odhadovanú hodnotu na papieri na zdôvodniteľnú technickú špecifikáciu.

Pokyny pre nákup, kontrolu a údržbu

Určenie veľkosti je len polovicou práce. Zakúpené hardvérové komponenty musia zachovať svoju funkčnosť po roky nepretržitej prevádzky, čo závisí od rozhodnutí prijatých pred objednávkou a návykov udržiavaných po inštalácii.

Výber vhodného typu a konfigurácie ventilátora

Pre väčšinu vetraných stojanov je preferovaným ventilátorom pre vetranie serverového stojana jednotka EC s axiálnym prúdením, zatiaľ čo odstredivé alebo filter-ventilátory sú vhodné pre skrine s vysokým vonkajším odporom. Zvoľte redundanciu N+1, aby jedna porucha nezastavila celé prúdenie vzduchu. Prispôsobte veľkosť rámu veľkosti vyrezu na paneli a pred nákupom potvrďte smer otáčania a smer prúdenia vzduchu. EC a AC axiálne rady spoločnosti Lobisong, navrhnuté na chladenie skríní a obalov, pokrývajú bežné rozsahy napätia 115 V až 400 V používané v priemyselných dátových prostrediach.

Inšpekcia a údržba, ktoré chránia dostupnosť

Filterové mriežky sa upchávajú a tichým spôsobom znížia prúdenie vzduchu, preto plánujte vizuálne kontroly a kontroly rozdielu tlakov v pravidelných intervaloch. Uistite sa, že bafly a uzatváracie panely zostávajú na svojom mieste, pretože okružné prúdenie vzduchu plýtvá výkonom ventilátorov. Pozorujte šum ložísk a sledujte odoberaný prúd, pretože jeho odchýlka signalizuje opotrebovanie. Krátka štvrťročná kontrola udržiava vypočítané prúdenie vzduchu blízko skutočnému prúdeniu, čo je to, čo v skutočnosti chráni zariadenie.

Správna konfigurácia ventilátorov na chladenie serverových rámov začína a končí vyvážením tepla. Odmerajte skutočný výkon vo wattoch, použite vzorec Q = P ÷ (ρ × Cp × ΔT), preveďte výsledok na CFM alebo m³/h a potom overte výsledok vzhľadom na statický tlak a požiadavky na redundanciu. Tento disciplinovaný postup zabezpečuje, že teplota v škatuli ostane v rozsahu, ktorý vybavenie očakáva.

Často kladené otázky

Aký vzorec vypočíta prietok vzduchu ventilátora na chladenie rámu?

Vzorec pre vyváženie tepla je Q = P ÷ (ρ × Cp × ΔT), kde P je výkon rámu vo wattoch, ρ je hustota vzduchu približne 1,2 kg/m³, Cp je približne 1005 J/(kg·K) a ΔT je povolený nárast teploty medzi vstupom a výstupom. Výsledok v m³/s preveďte na m³/h vynásobením hodnotou 3600, alebo použite CFM ≈ 3,16 × P(W) ÷ ΔT(°F). Ventilátorovú charakteristiku prispôsobte požadovanému statickému tlaku.

Prečo je statický tlak dôležitý pri výbere ventilátorov pre rámy?

Filter, dosky a potrubia v kabinetoch spôsobujú odpor, ktorý rastie úmerné druhej mocnine prietoku. Ventilátor s udávaným výkonom voľného vzduchu (CFM) môže po inštalácii dodávať výrazne menej. Grafické znázornenie krivky ventilátora pre vetranie serverového kabinetu v porovnaní s impedanciou kabinetu ukazuje skutočný prevádzkový bod. Špecifikovanie prietoku pri očakávanej statickej tlakovej strate zabraňuje tichému nedostatočnému chladeniu, ktoré spúšťa tepelné obmedzovanie a skracuje životnosť hardvéru.

Ako často by sa mali kontrolovať ventilátory na chladenie kabinetov?

Sieťové filtre a bafly je potrebné kontrolovať minimálne štvrťročne, v prípade prašných prostredí alebo miest s vysokou zaťaženosťou častejšie. Skontrolujte zanesenie, šum ložísk a odchýlku prúdu, ktoré signalizujú opotrebovanie. Ponechanie uzatváracích panelov na mieste zachováva vypočítaný prietok vzduchu. Krátka rutinná kontrola chráni dostupnosť systému výrazne lepšie než čakanie na aktiváciu tepelnej poplachovej signalizácie.

Ktoré normy upravujú špecifikáciu ventilátorov na vetranie kabinetov?

ASHRAE TC9.9 stanovuje odporúčané vstupné teploty pre IT zariadenia, ktoré určujú povolený rozdiel teplôt (ΔT). ISO 5801 definuje porovnateľné metódy testovania výkonu ventilátorov a NFPA 75 sa zaoberá ochranou elektronických zariadení, čo ovplyvňuje usporiadanie a návrh chladenia. Elektrické normy ANSI pokrývajú tolerancie napájania, ktoré musia ventilátory akceptovať. Spoločne tieto normy umožňujú definovať špecifikáciu prietoku vzduchu presne, nie približne.

Môže jeden ventilátor bezpečne chladiť vysokohustotnú stojanovú skriňu?

Jeden ventilátor predstavuje jediný bod zlyhania a zvyčajne nespĺňa požiadavky na prietok vzduchu aj tlak v hustých stojanových skrinkách. Redundancia typu N+1 zabezpečuje nepretržité chladenie v prípade výpadku jednej jednotky. EC axiálne ventilátory sú vhodné pre väčšinu vetraných skríň, zatiaľ čo odstredivé ventilátory sa hodnia pre skrine s vysokým odporom. Veľkosť vyberte na základe nameranej spotreby v wattoch a potom pred uvedením do prevádzky overte konfiguráciu za reálnych prevádzkových podmienok.