Serverová racková klimatizácia: metódy chladenia, príručka CFM a osvedčené postupy

Je to známa scéna pre IT administrátorov: 42U rack blízko rohu serverovej miestnosti beží v poriadku väčšinu roka, potom začne v lete vydávať varovania o teplote. Izbový termostat hovorí o 22 °C, ale vzduch vstupujúci do spínačov je nad 30 °C. Problémom nie je kapacita chladenia miestnosti – je to racková klimatizácia alebo jej nedostatok.

Klimatizácia serverového stojana znamená riadenie tepla na úrovni skrine: dodávanie dostatočného množstva chladného vzduchu do prednej časti stojana, odstraňovanie horúceho výfukového plynu zo zadnej časti a výber hardvéru, ktorý toto prúdenie vzduchu podporuje. Táto príručka obsahuje informácie o tepelnej záťaži, ktorú môžete očakávať, o tom, ako vypočítať požiadavky na chladenie a prietok vzduchu a ktoré komponenty racku skutočne zlepšujú tepelný výkon.

Prečo si chladenie na úrovni racku zaslúži viac pozornosti

Vstupná teplota stojana nie je rovnaká ako teplota v miestnosti. Technická komisia ASHRAE 9.9 odporúča udržiavať vstupný vzduch do IT zariadení medzi 18 °C a 27 °C (64,4-80,6 °F). Keď stojany nemajú riadenie prúdenia vzduchu, horúce výfukové plyny môžu recirkulovať cez hornú časť a po stranách skriniek, čím sa teploty nasávania dostanú vysoko nad priemer miestnosti.

Dva fakty vysvetľujú, prečo je chladenie na úrovni skrine dôležité:

Plne obsadený stojan môže pojať 5-15 kW zariadení a šasi s jednou lopatkou môže rozptýliť viac ako 5 kW.
Ako všeobecne používané pravidlo spoľahlivosti elektroniky, každé zvýšenie prevádzkovej teploty o 10 °C skracuje očakávanú životnosť komponentov zhruba na polovicu.

Takže stojan môže vyzerať dobre na izbovom termostate, zatiaľ čo už vytvára aktívne body v hornej časti skrinky. Plánované chladenie na úrovni stojana je to, čo zabraňuje poruchám týchto hotspotov.

Koľko chladenia skutočne potrebuje váš serverový stojan

Východiskovým bodom je tepelná záťaž. Takmer všetka elektrická energia odoberaná serverom alebo prepínačom sa premieňa na teplo, takže tepelný výkon racku môžete odhadnúť súčtom spotreby energie každého nainštalovaného zariadenia.

Typický tepelný výkon podľa typu zariadenia; reprezentatívne hodnoty plného zaťaženia pre bežné rackové zariadenia.

Keď získate celkový údaj o kilowattoch, sú užitočné dva prevody:

Tepelná záťaž v BTU/h = kW × 3413.
Požiadavka na prietok vzduchu je približne 160 CFM na kW pri teplotnom rozdiele 11 °C medzi vstupom do stojana a výfukom.

Požiadavka na chladenie pri rôznych zaťaženiach racku, na základe 160 CFM na kW a teplotného rozdielu 11°C.
Zaťaženie stojana	Tepelný výkon (BTU/h)	Pribl. potrebný prietok vzduchu (CFM)
2 kW	6,826	320
4 kW	13,652	640
6 kW	20,478	960
8 kW	27,304	1 280
10 kW	34 130	1 600

Príklad: rack s ôsmimi 500 W servermi odoberá 4 kW. To je zhruba 13 650 BTU/h tepla. Pri štandardnej delte 11°C potrebuje stojan prúdenie vzduchu okolo 640 CFM. Ak zásobovanie miestnosti poskytuje len polovicu tohto množstva, vstupné teploty budú neustále stúpať.

Hodnoty na typovom štítku sú najhoršie hodnoty a namerané zaťaženie je často o 10 – 30 % nižšie. Aj napriek tomu veľkosť prúdenia vzduchu pre realistické špičkové zaťaženie, pretože problémy s chladením sa objavia vždy, keď je zaťaženie najvyššie.

Riadenie prúdenia vzduchu je základom chladenia racku

Pred pridaním ventilátorov alebo špeciálnych chladiacich jednotiek opravte základy. Takmer všetky zariadenia na montáž do racku sú navrhnuté na prúdenie vzduchu spredu dozadu: studený vzduch vstupuje spredu a teplý vychádza zozadu. Čokoľvek, čo prelomí túto cestu – sklenené dvierka blokujúce nasávanie, zadný panel pri stene alebo otvorené priestory tvaru U, ktoré umožňujú recirkuláciu horúceho vzduchu – znižuje účinnosť chladenia.

Prúdenie vzduchu spredu dozadu: prívod chladu vstupuje do perforovaných dverí; výfuk zariadenia vyúsťuje smerom dozadu.

Praktické kroky, ktoré zlepšujú prúdenie vzduchu na úrovni stojana:

Usporiadajte stojany tak, aby sa nasávacie plochy stretávali v studených uličkách a výstupné plochy sa stretávali v horúcich uličkách.
Pred a za každým stojanom ponechajte aspoň 60 cm (asi 24 palcov) voľného priestoru.
Nainštalujte záslepky do každého nepoužívaného priestoru U, aby ste zastavili horizontálnu recirkuláciu.
Káble veďte cez vertikálne vedenia tak, aby neblokovali predné nasávanie ani zadný výfuk.
Utesnite káblové otvory v zdvojených podlahách, aby sa studený vzduch dostal k čelám stojana, namiesto toho, aby unikal do pretlakového priestoru pod podlahou.

Recirkulácia je hlavným dôvodom, prečo teploty na vstupe do stojana prekračujú izbovú teplotu. V miestnosti, ktorá ukazuje na termostate 22 °C, môže neriadený stojan natiahnuť vzduch s teplotou 28-30 °C do svojich horných priehradiek. Zlé miešanie prúdu vzduchu môže premrhať 20 – 30 % dostupnej chladiacej kapacity, čo je číslo často uvádzané v hodnoteniach účinnosti dátových centier. Podrobnejší pohľad na interakciu prúdenia vzduchu a dizajnu skrinky nájdete v časti ako manažment prúdenia vzduchu v sieťových skriniach zabraňuje prehrievaniu IT zariadení .

Pri chladení hrajú prím aj dvierka skriniek. Pevné predné dvierka s veľkou sklenenou tabuľou neponechávajú takmer žiadnu voľnú plochu pre vstup vzduchu, takže skriňa sa stáva mŕtvou zónou. Perforované dvere alebo dvere navrhnuté špeciálne na vetranie sú lepšou voľbou pre stojany s aktívnymi prepínačmi a servermi. Dvere s vysokou ventiláciou udržujú bezpečnosť, zatiaľ čo studený vzduch skutočne preniká k zariadeniu:

Vented front door for heavy-duty soundproof server cabinet

Odvetrávané predné dvierka pre vysokovýkonnú odhlučnenú serverovú skriňu Tieto odvetrávané dvierka poskytujú prúdenie vzduchu pri zachovaní bezpečnosti, čím riešia potreby chladenia aktívnych prepínačov a serverov. Podporuje približne 1000 kg, ponúka voliteľné zakrivené rámy a hodí sa do štandardných 19-palcových stojanov. Zobraziť produkt →

Chladiaci hardvér namontovaný v stojane: ventilátory, dvere a termostaty

V prípade skríň, ktoré sú umiestnené na teplých miestach alebo obsahujú husté vybavenie, je jednotka ventilátora stojana lacným a efektívnym doplnkom. 1U alebo 2U panel ventilátora sa montuje priamo do stojana a buď odvádza horúci vzduch zo zadnej časti, alebo tlačí studený vzduch do prednej časti. Najužitočnejšie verzie obsahujú spínač termostatu, takže ventilátory bežia len vtedy, keď vnútorná teplota prekročí nastavenú hodnotu. To šetrí energiu a znižuje hluk v porovnaní s nepretržitou prevádzkou ventilátora.

Thermostat-controlled rack fan unit for server cabinets

Termostatom riadená stojanová ventilátorová jednotka pre serverové skrine Tento ventilátorový panel je lacný doplnok chladenia pre teplé stojany, ktorý sa montuje do priestoru 1U alebo 2U a beží iba vtedy, keď vnútorná teplota prekročí nastavenú hodnotu, čím šetrí energiu a znižuje hluk. Zobraziť produkt →

Uzavreté skrinky a nástenné skrinky môžu potrebovať ešte jednoduchšie pomôcky na cirkuláciu. Chladiaci ventilátor skrine môže byť namontovaný na bočné alebo horné panely, aby sa zlepšil vnútorný pohyb vzduchu v priestoroch, kde je prirodzená konvekcia slabá. Je to praktická možnosť pre nástenné skrine v chodbách, obchodoch a malých kanceláriách, kde nie je opodstatnený úplne presný chladiaci systém.

Compact intelligent cooling fan for network cabinets

Kompaktný inteligentný chladiaci ventilátor pre sieťové skrine Tento ventilátor sa montuje do bočných alebo horných panelov na zlepšenie cirkulácie vzduchu tam, kde je prirodzená konvekcia slabá. Prispôsobuje rýchlosť na základe teploty zariadenia, funguje ticho a hodí sa do nástenných skríň. Zobraziť produkt →

V náročnejších prípadoch sú k dispozícii radové chladiče, výmenníky tepla v zadných dverách a samostatné klimatizované stojany. Tie sa stávajú nevyhnutnými, keď jeden stojan dosiahne približne 10 kW alebo viac a miestnosť nemôže dodávať dostatok klimatizovaného vzduchu. Pre väčšinu serverových miestností a sieťových skríň však kombinácia čistého prúdenia vzduchu, vetracích dvierok a ventilátorov ovládaných termostatom poskytuje spoľahlivé chladenie racku za zlomok nákladov. Pamätajte si, že akýkoľvek dodatočný chladiaci hardvér je účinný iba vtedy, ak samotná miestnosť dokáže odmietnuť celkové tepelné zaťaženie: stojan závisí od miestnosti a miestnosť závisí od klimatizačného systému.

Monitorujte vstupné teploty stojana a vyhnite sa týmto chybám

Najdôležitejším údajom pre serverový stojan je vstupná teplota zariadenia, nie priemerná teplota miestnosti. Umiestnite teplotný senzor na prednú časť stojana, približne do strednej výšky, a zaznamenajte ho na niekoľko týždňov. Uvidíte, ako sa teplota mení s pracovným zaťažením a cyklom chladenia miestnosti, a tieto údaje môžete použiť na nastavenie prahových hodnôt ventilátora.

Relatívna poruchovosť stúpa, keď teplota na vstupe stojana stúpa nad odporúčaný rozsah.

Dokonca aj malé zvýšenie vstupnej teploty zvyšuje napätie komponentov, a preto je udržanie stojanov v pásme odporúčanom ASHRAE praktickým plánom spoľahlivosti. Časté chyby, ktorým sa treba vyhnúť:

Preplnenie stojana bez pridania kapacity prúdenia vzduchu.
Blokovanie zadného výfuku krabicami, káblami alebo stenou umiestnenou príliš blízko.
Vypnutie stojanových ventilátorov z dôvodu hluku namiesto výberu modelu riadeného termostatom.
Ignorovanie vlhkosti: udržiavajte relatívnu vlhkosť v miernom rozsahu (približne 20 – 80 %), aby ste znížili riziko elektrostatického výboja a kondenzácie.
Nastavenie izbového termostatu zbytočne nízko, čo zvyšuje spotrebu energie bez ochrany stojana.

Existuje aj energetický argument pre prevádzkovanie stojanov blízko hornej hranice odporúčaného rozsahu. Každý stupeň prechladenia zvyčajne zvyšuje spotrebu chladiacej energie o približne 2-4 %, pretože klimatizačný systém pracuje ťažšie, aby udržal priestor chladnejší, ako je potrebné. Správne postupy vetrania a odvodu tepla dopĺňajú opatrenia na úrovni stojanov opísané vyššie.

Často kladené otázky o klimatizácii servera

Aká je ideálna teplota pre serverový rack?

ASHRAE odporúča udržiavať vstupný vzduch do stojana medzi 18 °C a 27 °C. Väčšina IT zariadení funguje spoľahlivo v tomto rozsahu; 22-25°C je praktický cieľ na vyváženie bezpečnosti a nákladov na energiu.

Aký prietok vzduchu potrebuje serverový stojan?

Spravidla asi 160 CFM na kilowatt tepelného zaťaženia s teplotným rozdielom 11 °C. Stojan s výkonom 4 kW preto potrebuje približne 640 CFM cez predné nasávanie.

Čo robí stojanový ventilátor s termostatom?

Ide o stojanový ventilátorový panel, ktorý posúva horúci vzduch von zo skrine alebo do nej chladný vzduch. Termostatické ovládanie aktivuje ventilátory iba pri prekročení nastavenej teploty, čím šetrí energiu a znižuje nepretržitý hluk ventilátora.

Je potrebná izolácia teplej/studenej uličky?

Nie je to povinné pre jeden stojan, ale zarovnanie stojanov spredu a zozadu zabraňuje recirkulácii horúcich výfukových plynov do nasávania. Úplná izolácia výrazne znižuje chladiacu energiu vo väčších miestnostiach.

Môže okenná klimatizácia ochladiť serverovňu?

Malé skrine sa môžu dostať preč s mini-split alebo prenosnou jednotkou, ale okenné klimatizácie nemajú presné ovládanie vlhkosti a teploty a zvyčajne nedokážu distribuovať vzduch rovnomerne cez predné časti stojanov. Pre nepretržitú IT záťaž sa odporúča vyhradené chladenie.

Prečo sú záslepky dôležité pre chladenie racku?

Krycie panely blokujú recirkuláciu vzduchu cez prázdne U-priestory. Bez nich studený vzduch obchádza prívody zariadení a horúce vzduchové slučky späť do stojana, takže teploty stúpajú, aj keď je miestnosť chladná.