Kako ventilator z visokim pretokom za osno usmerjanje uravna porazdelitev temperature v velikih sobah za strežnike

Sodobne računalniške sobe koncentrirajo računska zmogljivosti na vedno manjšem prostoru in s tem ustvarjajo toploto hitreje, kot starejši sistemi hlajenja lahko odstranijo. Osnovni ventilator z visokim pretokom premika veliko količino zraka pri umernem statičnem tlaku, kar je primerno za odprte, nizko-odporne poti, ki so običajne na tleh večine podatkovnih centrov. Če se tak ventilator namesti premišljeno, izravnava vroče in hladne točke ter zagotovi vsakemu stojalu strežnikov bolj enakomerno oskrbo z hladnim zrakom.

Zakaj se porazdelitev temperature razpade v gosto opremljenih prostorih

Kako naraščajoča gostota toplote prekorači zmogljivost obstoječih sistemov pretoka zraka

Danes lahko ena omara porabi več vatov kot celotna vrsta pred desetimi leti, saj se gostota toplote povečuje. Tradicionalno obrobno hlajenje predpostavlja počasen in enakomeren prirastek toplote, goste omarice pa ustvarjajo lokalizirane toplotne cure, ki se dvigajo navzgor in ponovno cirkulirajo. Visokotlačni osni ventilator, nameščen tako, da prekriža te toplotne cure, odvzame topel zrak, preden se ta znova vpiše v vhod sosednjih naprav. Premikanje zraka vodoravno čez vročo cono namesto proti stropu zmanjšuje stratifikacijo in ohranja porazdelitev temperature blizu ciljev ASHRAE TC9.9.

Odkrivanje skritih temperaturnih gradientov z termičnim kartiranjem

Toplotno kartiranje uporablja senzorje in infrardeče skeniranje za zapis dejanske porazdelitve temperature po stojalih, ploščicah in prostoru nad dvignjeno podlago. Podatki razkrijejo, da je hladna pot hladna na dnu, vendar toplejša pri vrhu, ali da se vroča pot segreje na mestih, kjer kabelski izvrti povzročajo uhajanje zraka. Ti temperaturni gradienti kažejo na slabo upravljanje zraka, ne pa na nedostatek zmogljivosti. Kartiranje pretvori ugibanje v načrt: inženirji vidijo, kje se zračni tokovi za vračanje in dovajanje zastavijo, nato pa dimenzionirajo dodatne enote osnih ventilatorjev z visokim pretokom, da odpravijo šibke točke namesto da preveliko dimenzionirajo.

Zapiranje rež med hladnimi in vročimi potmi

Omejitev je prva obrambna linija, a že majhne reže jo podkopajo. Nezapečen kabelski priključek ali manjkajoča zakrivalna plošča omogočata, da zrak iz hladnega prehoda prekratek potuje v topli prehod in tako zapravlja dovajano hlajenje. Upravljanje pretoka zraka se izboljša, ko so meje med hladnim in toplim prehodom tesno zaprte ter ko dovajani zrak ne tekmuje z recirkulirajočim zrakom. Visokotlačni osni ventilator podpira omejitev tako, da toploto odstrani na izviru in poveča tlakovno razliko, ki ohranja ločenost tokov. Smernice ANSI/ASHRAE obravnavajo omejitev in pretok zraka kot en sistem, zato je odprava uhajanj pogosto učinkovitejša od dodajanja surove hladilne zmogljivosti.

Določanje velikosti in namestitev visokotekločnega pretoka zraka za uravnoteženo hlajenje

Prilagajanje pretoka zraka v kubičnih čevljih na minuto (CFM) izmerjeni hladilni obremenitvi

Ključno vprašanje pri vsaki nadgradnji je, koliko zraka prostor potrebuje. CFM (kubični čevlji na minuto) morajo ustrezati ohladitveni obremenitvi, ne smejo pa biti ugibani. Preprosto pravilo: vsak kilovat toplote zahteva približno 160 CFM pri dvigu temperature od dovoda do vračila za 10 °C. Izmerite gostoto toplote na omaro, seštejte vse stojala in izberite enote, katerih skupni CFM presega skupno potrebo z rezervno zmogljivostjo. Prevelike enote zapravljajo energijo; premajhne pustijo vroče točke. Visokotekločni osni ventilator opravi svojo nalogo, kadar ta izračun pokaže, da je dobava zraka na ravni prostora premajhna, hkrati pa je tlak v kanalih nizek.

Uporaba podstropnega kanalskega prostora kot poti za dostavo zraka

Pri mnogih načrtih podatkovnih centrov se hladen zrak potiska skozi povišano tla in iz perforiranih plošč pod vsakim stojalom strežnika. Povišana tla delujejo kot kanal z nizko hitrostjo, vendar tlak pada z razdaljo od enote za klimatizacijo in hlajenje (CRAC) ter povzroča pomanjkanje zraka pri oddaljenih stojalih. Visokotekoči osni ventilator, nameščen v povišanih tleh ali na plošči, ponovno pospeši tok zraka proti hladnemu prehodu. Natančna namestitev preprečuje pišanje v kablične predale ali ustvarjanje turbulenc, ki motijo hlajenje sosednjih stojal. Prakse ISO 14644 za enakomernost pretoka zraka ponujajo koristno disciplino, tudi kadar prostor ni klasificiran.

Kombinacija hlajenja stojal z zračnim tokom na ravni prostora

Rešitve za posamezne točke in rešitve za prostor niso nasprotniki. Ohlajanje na stojalih obravnava najtoplejše omare, medtem ko visokovolumenski zračni tok na ravni prostora preprečuje nabiranje toplote v hodnikih in nad omarami. Porazdelitev temperature ostane uravnotežena, kadar sodelujeta obe plasti: lokalne enote ujamčejo vrhove temperature, osni ventilator pa odnaša preostalo toploto proti povratnim odprtinam. Ta večplastni pristop sledi načelu, da je upravljanje zračnega toka cenejše kot dodatna zmogljivost kompresorjev.

Ponudnik storitev colocation ponovno uravnoteži obstojno vročo vrsto

Scenarij in težava, s katero so se soočali

Ponudnik storitev colocation, ki upravlja srednje velikostni podatkovni center, je opazil, da je ena vroča vrsta segrela za 7 °C več kot ostale, kljub učinkovitemu sistemu CRAC. Toplotno kartiranje je pokazalo, da se topel zrak ponovno vnaša čez odprte omare in se meša z mrzlim zrakom v sosednji hladni vrsti. Ohladitvena obremenitev je bila ustrezna, vendar je na ravni prostora prišlo do odpovedi upravljanja zračnega toka, zaradi česar so bile vhodne odprtine strežniških omar v tej vrsti toplejše kot je bilo predvideno v načrtu.

Sprejeta rešitev in njen učinek

Inženirji so zaprli zaklepne plošče, popravili puščajoči kabelski priključek in na stropu prehoda namestili enote za osne ventilatorje z visokim pretokom, da bi ujeli vzhajajoče toploto in jo usmerili proti povratni zračni poti. V nekaj dneh je temperatura v vročem prehodu spet padla znotraj meja ASHRAE TC9.9, razporeditev temperatur po vrsti pa se je izravnala na razliko le nekaj stopinj.

Navodila za nabavo, pregled in vzdrževanje

Kaj preveriti pred nakupom

Potrdite nazivni pretok zraka (CFM) pri dejanski sistemski odpornosti, ne pa pri podatkih za prost pretok zraka, ter preverite tip motorja in zaščitno stopnjo. Motorji brez krtač z zunanjo rotorjem, čistimi bakrenimi navitji in natančnimi kroglastimi ležaji ustrezajo neprekinjenemu obratovalnemu režimu, medtem ko so zaščitne stopnje IP44 ali IP54 pomembne v okoljih z prahom ali kapljicami. Dokumentacija CE in UKCA mora biti priložena napravi, operacijska točka na karakteristični krivulji ventilatorja pa mora ležati v učinkovitem območju na zemljevidu pretoka zraka v odvisnosti od tlaka.

Pusčanje v obratovanje in nadaljnje vzdrževanje

Po namestitvi zabeležite vhodne in izhodne temperature v primerjavi z osnovo za toplotno preslikavo. Filtrirni medij pregledujte mesečno na prahu izpostavljenih lokacijah ter preverite, ali se pojavljajo hrupi ali vibracije ležajev, ki kažejo na neravnovesje. Preprost vzdrževalni urnik – čiščenje impelerskih koles, preverjanje pripenjalnih elementov in potrditev nadzora hitrosti – zagotavlja ohranitev zmogljivosti po vzpostavitvi sistema in omogoča, da ostane središče za obdelavo podatkov znotraj predvidenega pasu porazdelitve temperatur.

Ohranjanje uravnotežene porazdelitve temperatur

Uravnoteženo hlajenje ni enkratna rešitev. Po vsaki spremembi razporeditve prostora ponovno izvedite toplotno preslikavo, saj premik strežniškega omrežja spreminja obremenitev hlajenja in lahko znova povzroči obstoječe temperaturne gradiente. Ohranjajte disciplino upravljanja pretoka zraka – tesna vsebinska omejitev, pravilno odpiranje ploščic in dokumentirano namestitev osnih ventilatorjev z visokim pretokom – tako bo porazdelitev temperatur ostala znotraj priporočenega pasu tudi ob razširjanju središča za obdelavo podatkov.

Pogosto zastavljena vprašanja

Vprašanje

Kakšen temperaturni razpon priporoča ASHRAE TC9.9 za središče za obdelavo podatkov?

Odgovor: ASHRAE TC9.9 priporoča priporočeni temperaturni razpon 18–27 °C za vhod hladnega hodnika razreda A1 in A2, pri čemer se dovoljene zgornje meje za nekatere razrede lahko dvignejo višje. Ohranjanje temperature znotraj tega območja zagotavlja zanesljivost komponent in energijsko učinkovitost. Toplotno kartiranje mora potrditi, da dejanska temperatura na vhodu v strežniški omarici ustreza ciljni vrednosti, saj se nastavitve temperature na ravni sobe pogosto razlikujejo od dejanskih pogojev pri omaricah blizu dvignjenega poda.

Vprašanje

Zakaj je upravljanje zraka pomembnejše kot dodajanje hladilne zmogljivosti?

Odgovor: Upravljanje zraka usmerja obstoječ zrak za hlajenje točno tam, kjer se toplota ustvarja, tako da hladilna moč doseže strežniško omarico namesto, da bi jo izognila. Slabo zaprtje omogoča mešanje dovodnega in odvodnega zraka, kar povzroča izgubo zmogljivosti. Odprava uhajanj in uporaba osnih enot z visokim pretokom za zajemanje toplih zračnih tokov je običajno cenejša rešitev kot namestitev večjih kompresorjev. Ustrezno uravnoteženo pretakanje zraka ohranja hladilno obremenitev pod nadzorom in zmanjšuje energijo, porabljeno za premikanje zraka, ki nikoli ne doseže vročih komponent.

Vprašanje

Kako se CFM prilagodi gostoti toplote v sobi?

Odgovor: CFM se določi na podlagi skupne hladilne obremenitve: približno 160 CFM na kilovat pri dvigu temperature med dovodom in vračanjem za 10 °C. Izmerite gostoto toplote na omaro, seštejte obremenitve vseh omarnih vrstic in izberite enote, katerih skupni CFM presega skupno obremenitev z rezervno zmogljivostjo. Toplotno kartiranje razkrije, v katerih hodnikih je potrebno več zraka. Prilagajanje CFM izmerjeni obremenitvi preprečuje preveliko dimenzioniranje (kar povzroča turbulenco) in premajhno dimenzioniranje (kar povzroča tople točke po celotni površini podatkovnega centra.

Vprašanje

Ali se visokotekločni osni ventilator lahko uporabi namesto natančne CRAC-enote?

Odgovor: Osni ventilator podpira, a ne nadomešča CRAC-enote, saj premika zrak brez odvajanja toplote s hladilnim ciklom. Z njegovo pomočjo se uravnoteži porazdelitev temperature tako, da ujame tople zračne pljuske in izboljša upravljanje pretoka zraka proti vračalnim odprtinam. Kombinacija z hlajenjem omarnih vrstic in ustrezno vohjo podaljša koristno zmogljivost obstoječe hladilne napeljave. Če osni ventilator obravnavamo kot dopolnilo h hlajenju, ne pa kot nadomestek, ostane podatkovni center znotraj varnih obratovalnih mej.

Vprašanje

Kje naj bodo enote z visoko prostornino nameščene, da delujejo najučinkoviteje?

Odgovor: Enote naj bodo nameščene tako, da zaznajo vzhajajoč zrak s temperaturo na vrhu vroče poti in blizu poti za vračanje zraka ali pa znotraj podplata z dvignjeno talno oblogo, da ponovno aktivirajo oddaljene ploščice. Izogibajte se izpuščanju zraka v kabelske kanale ali ustvarjanju turbulenc, ki motijo hlajenje sosednjih omarič. Pravilna namestitev, potrjena z termičnim kartiranjem po vzpostavitvi sistema, obnovi enakomerno porazdelitev zraka in ohrani uravnoteženo porazdelitev temperature, ko se obremenitev strežniške sobe s časom spreminja.