Serverová racková klimatizace: metody chlazení, průvodce CFM a osvědčené postupy

Pro administrátory IT je to známá scéna: 42U rack poblíž rohu serverovny běží bez problémů po většinu roku, pak v létě začne házet varování o teplotě. Pokojový termostat říká 22 °C, ale vzduch vstupující do spínačů je nad 30 °C. Problémem není kapacita chlazení místnosti – je to klimatizace na úrovni racku nebo její nedostatek.

Klimatizace serverového stojanu znamená řízení tepla na úrovni skříně: dodávání dostatečného množství chladného vzduchu do přední části stojanu, odstraňování horkého výfuku ze zadní části a výběr hardwaru, který toto proudění vzduchu podporuje. Tato příručka popisuje tepelné zátěže, které můžete očekávat, jak vypočítat požadavky na chlazení a proudění vzduchu a které součásti racku skutečně zlepšují tepelný výkon.

Proč si chlazení na úrovni racku zaslouží více pozornosti

Teplota na vstupu do stojanu není stejná jako teplota v místnosti. Technická komise ASHRAE 9.9 doporučuje udržovat vstupní vzduch do IT zařízení mezi 18 °C a 27°C (64,4-80,6°F). Když stojany postrádají řízení proudění vzduchu, horký výfuk může recirkulovat přes horní část a po stranách skříněk, čímž se teploty nasávání výrazně pohybují nad průměrem místnosti.

Proč na chlazení na úrovni skříně záleží, vysvětlují dvě skutečnosti:

Plně obsazený rack pojme 5-15 kW zařízení a jedno blade šasi může rozptýlit více než 5 kW.
Jako široce používané pravidlo spolehlivosti elektroniky se každých 10 °C zvýšení provozní teploty zkrátí zhruba na polovinu očekávané životnosti součástí.

Takže stojan může vypadat dobře na pokojovém termostatu, zatímco již vytváří hotspoty v horní části skříně. Plánované chlazení na úrovni stojanu je to, co zabraňuje selhání těchto hotspotů.

Kolik chlazení skutečně potřebuje váš serverový rack

Výchozím bodem je tepelná zátěž. Téměř veškerá elektrická energie, kterou server nebo přepínač odebírá, se přeměňuje na teplo, takže tepelný výkon racku můžete odhadnout sečtením spotřeby energie každého nainstalovaného zařízení.

Typický tepelný výkon podle typu zařízení; reprezentativní hodnoty plného zatížení pro běžná racková zařízení.

Jakmile získáte celkový údaj o kilowattech, jsou užitečné dva převody:

Tepelná zátěž v BTU/h = kW × 3413.
Požadavek na průtok vzduchu je zhruba 160 CFM na kW při teplotním rozdílu 11 °C mezi vstupem do stojanu a výfukem.

Požadavek na chlazení při různém zatížení racku, založený na 160 CFM na kW a teplotním rozdílu 11°C.
Zatížení stojanu	Tepelný výkon (BTU/h)	Přibl. potřebný průtok 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

Příklad: rack s osmi 500W servery odebírá 4 kW. To je zhruba 13 650 BTU/h tepla. Při standardních 11°C delta potřebuje rack asi 640 CFM průtoku vzduchu. Pokud zásobování místností poskytuje pouze polovinu této hodnoty, vstupní teploty budou neustále stoupat.

Hodnoty na typovém štítku jsou hodnoty v nejhorším případě a naměřené zatížení je často o 10–30 % nižší. I tak ale dimenzujte proudění vzduchu pro realistické špičkové zatížení, protože problémy s chlazením se objevují vždy, když je zatížení nejvyšší.

Řízení proudění vzduchu je základem rackového chlazení

Před přidáním ventilátorů nebo speciálních chladicích jednotek opravte základy. Téměř všechna zařízení pro montáž do racku jsou navržena pro proudění vzduchu zepředu dozadu: studený vzduch vstupuje zepředu a teplý vystupuje zezadu. Cokoli, co tuto cestu přeruší – skleněné dveře blokující sání, zadní panel u zdi nebo otevřené U-prostory, které umožňují recirkulaci horkého vzduchu – snižuje účinnost chlazení.

Proudění vzduchu zepředu dozadu: přívod chladu vstupuje do perforovaných dveří; výfuk zařízení ústí vzadu.

Praktické kroky, které zlepšují proudění vzduchu na úrovni stojanu:

Uspořádejte stojany tak, aby se nasávací plochy setkávaly ve studených uličkách a výstupní plochy se stýkaly v horkých uličkách.
Před a za každým stojanem udržujte alespoň 60 cm (asi 24 palců) volného prostoru.
Nainstalujte záslepky do každého nevyužitého prostoru U, abyste zastavili horizontální recirkulaci.
Veďte kabely přes vertikální manažery tak, aby neblokovaly přední sání nebo zadní výfuk.
Utěsněte otvory pro kabely ve zdvojených podlahách, aby se studený vzduch dostal k čelům rozvaděče, místo aby unikal do přetlakového prostoru pod podlahou.

Recirkulace je hlavním důvodem, proč teploty na vstupu do stojanu překračují pokojovou teplotu. V místnosti, která ukazuje na termostatu 22 °C, může neřízený stojan natáhnout vzduch o teplotě 28-30 °C do svých horních přihrádek. Špatné míchání proudění vzduchu může promarnit 20–30 % dostupné chladicí kapacity, což je číslo často uváděné v hodnoceních účinnosti datových center. Pro hlubší pohled na to, jak se vzájemně ovlivňují proudění vzduchu a design skříně, viz jak řízení proudění vzduchu v síťových skříních zabraňuje přehřívání IT zařízení .

Přímou roli při chlazení hrají i dvířka skříněk. Masivní přední dvířka s velkou skleněnou tabulí neponechávají téměř žádnou volnou plochu pro vstup vzduchu, takže skříň se stává mrtvou zónou. Perforované dveře nebo dveře navržené speciálně pro ventilaci jsou lepší volbou pro racky nesoucí aktivní přepínače a servery. Dveře s vysokou ventilací udržují bezpečnost, zatímco studený vzduch skutečně proniká k zařízení:

Vented front door for heavy-duty soundproof server cabinet

Odvětrávaná přední dvířka pro robustní zvukotěsnou serverovou skříň Tato odvětrávaná dvířka zajišťují proudění vzduchu při zachování bezpečnosti a řeší potřeby chlazení aktivních přepínačů a serverů. Podporuje zhruba 1000 kg, nabízí volitelné zakřivené rámy a hodí se do standardních 19palcových stojanů. Zobrazit produkt →

Chladicí hardware namontovaný v racku: Ventilátory, dvířka a termostaty

Pro skříně, které sedí na teplých místech nebo pojmou husté vybavení, je racková ventilátorová jednotka levným a efektivním doplňkem. Panel ventilátoru 1U nebo 2U se montuje přímo do stojanu a buď odvádí horký vzduch ze zadní části, nebo tlačí studený vzduch do přední části. Nejužitečnější verze obsahují spínač termostatu, takže ventilátory běží pouze tehdy, když vnitřní teplota překročí nastavenou hodnotu. To šetří energii a snižuje hluk ve srovnání s nepřetržitým provozem ventilátoru.

Thermostat-controlled rack fan unit for server cabinets

Termostatem řízená racková ventilátorová jednotka pro serverové skříně Nízkonákladový doplněk chlazení pro teplé stojany, tento panel ventilátoru se montuje do prostoru 1U nebo 2U a běží pouze tehdy, když vnitřní teplota překročí nastavenou hodnotu, což šetří energii a snižuje hluk. Zobrazit produkt →

Uzavřené skříně a nástěnné skříně mohou potřebovat ještě jednodušší cirkulační pomůcky. Chladicí ventilátor skříně může být namontován na boční nebo horní panely pro zlepšení vnitřního pohybu vzduchu v prostorách, kde je přirozená konvekce slabá. Je to praktická volba pro nástěnné skříně na chodbách, obchodech a malých kancelářích, kde není opodstatněný plně přesný chladicí systém.

Compact intelligent cooling fan for network cabinets

Kompaktní inteligentní chladicí ventilátor pro síťové skříně Tento ventilátor se montuje do bočních nebo horních panelů pro zlepšení cirkulace vzduchu tam, kde je přirozená konvekce slabá. Nastavuje rychlost na základě teploty zařízení, funguje tiše a hodí se do nástěnných skříní. Zobrazit produkt →

V náročnějších případech jsou k dispozici řadové chladiče, výměníky tepla v zadních dveřích a samostatné klimatizované stojany. Ty jsou nezbytné, když jeden stojan dosáhne zhruba 10 kW nebo více a místnost nemůže dodávat dostatek klimatizovaného vzduchu. Pro většinu serveroven a síťových skříní však kombinace čistého proudění vzduchu, odvětrávaných dveří a termostatem řízených ventilátorů zajišťuje spolehlivé chlazení racku za zlomek ceny. Pamatujte, že jakékoli další chladicí zařízení je účinné pouze v případě, že samotná místnost může odmítnout celkovou tepelnou zátěž: stojan závisí na místnosti a místnost závisí na klimatizačním systému.

Sledujte vstupní teploty stojanu a vyhněte se těmto chybám

Nejsmysluplnější údaj pro serverový stojan je vstupní teplota zařízení, nikoli průměr místnosti. Umístěte teplotní senzor na přední část stojanu, přibližně do střední výšky, a zaznamenejte jej na několik týdnů. Uvidíte, jak se teplota mění s pracovní zátěží a cykly chlazení místnosti, a tato data můžete použít k nastavení prahových hodnot ventilátoru.

Relativní četnost poruch se zvyšuje, když teplota na vstupu do stojanu stoupá nad doporučený rozsah.

I malý nárůst vstupní teploty zvyšuje napětí komponent, a proto je udržování stojanů v pásmu doporučeném ASHRAE praktickým plánem spolehlivosti. Časté chyby, kterým je třeba se vyhnout:

Přeplnění stojanu bez zvýšení kapacity proudění vzduchu.
Zablokování zadního výfuku krabicemi, kabely nebo příliš blízko umístěnou stěnou.
Deaktivace stojanových ventilátorů kvůli hluku namísto výběru modelu řízeného termostatem.
Ignorování vlhkosti: Udržujte relativní vlhkost v mírném rozsahu (zhruba 20-80 %), abyste snížili riziko elektrostatického výboje a kondenzace.
Nastavení pokojového termostatu zbytečně nízko, což zvyšuje spotřebu energie bez ochrany stojanu.

Existuje také energetický argument pro provoz stojanů blízko horního konce doporučeného rozsahu. Každý stupeň přechlazení obvykle zvyšuje spotřebu energie na chlazení asi o 2-4 %, protože klimatizační systém pracuje více, aby udržoval prostor chladnější, než je potřeba. Správné postupy ventilace a odvodu tepla doplňují opatření na úrovni stojanu popsaná výše.

Serverové rackové klimatizace – časté dotazy

Jaká je ideální teplota pro serverový rack?

ASHRAE doporučuje udržovat vstupní vzduch do stojanu mezi 18°C a 27°C. Většina IT zařízení funguje v tomto rozsahu spolehlivě; 22-25°C je praktický cíl pro vyvážení bezpečnosti a nákladů na energii.

Jak velký průtok vzduchu potřebuje serverový rack?

Zpravidla asi 160 CFM na kilowatt tepelné zátěže s teplotním rozdílem 11 °C. Rozvaděč o výkonu 4 kW proto potřebuje zhruba 640 CFM přes přední sání.

Co dělá stojanový ventilátor s termostatem?

Jedná se o stojanový ventilátorový panel, který přivádí horký vzduch ven ze skříně nebo do ní studený vzduch. Ovládání termostatem aktivuje ventilátory pouze při překročení nastavené hodnoty teploty, čímž šetří energii a snižuje nepřetržitý hluk ventilátoru.

Je nutné uzavření horké / studené uličky?

Není to povinné pro jeden stojan, ale zarovnání stojanů zepředu dopředu a zezadu dozadu zabraňuje recirkulaci horkých výfukových plynů do sání. Úplná izolace znatelně snižuje spotřebu energie na chlazení ve větších místnostech.

Může okenní klimatizace chladit serverovnu?

Malé skříně se mohou obejít s mini-split nebo přenosnou jednotkou, ale okenní klimatizace postrádají přesné ovládání vlhkosti a teploty a obvykle nedokážou distribuovat vzduch rovnoměrně přes přední části stojanu. Pro nepřetržité zatížení IT se doporučuje vyhrazené chlazení.

Proč jsou záslepky důležité pro chlazení racku?

Zaslepovací panely blokují recirkulaci vzduchu přes prázdné U-prostory. Bez nich studený vzduch obchází přívody zařízení a smyčky horkého vzduchu zpět do stojanu, takže teploty rostou, i když je místnost chladná.