Как охлаждать серверные стойки и шкафы

Тепло — это форма «бесполезной» энергии, которая возникает в результате работы оборудования в типичном ИТ-сервере. В серверной комнате или в центре обработки данных управление «нагревом» и поддержание охлаждения серверных стоек является такой же важной проблемой, как и обеспечение защиты серверов от сбоев в электросети. Чрезмерный нагрев может привести к старению компонентов и ранним сбоям системы, неустойчивой работе и представляет потенциальную опасность пожара как внутри серверного шкафа, так и в его локальной среде.

Серверы получают электроэнергию от своих локальных источников питания, будь то блок распределения питания, система ИБП или розетка электросети через внутренние импульсные источники питания. Процессор работает, позволяя электрическим сигналам проходят через его микроскопические транзисторы или путем блокирования их. Когда электрическая энергия (постоянный ток) проходит через ЦП, накапливается тепло. Тепло рассеивается в окружающую среду. Чем мощнее ЦП, тем больше выделяется тепла. Чем больше количество серверов, тем больше тепла рассеивается по мере увеличения использования нагрузки на серверах. В ограниченном пространстве, например в серверном шкафу, нагревание может быть значительным и опасным, если его не контролировать. Более мощные процессоры, используемые для приложений машинного обучения, потребляют больше энергии и выделяют еще больше тепла.

Для серверных комнат и центров обработки данных, количество тепла, генерируемого и рассеиваемого в помещении, редко бывает однородным, и его необходимо направлять и регулировать, чтобы система кондиционирования воздуха или охлаждения работала как можно более эффективно и рационально. Управление охлаждением и влажностью необходимо для защиты критически важных систем и поддержания их эксплуатационной устойчивости.

При принятии решения о том, как лучше охладить окружающую среду, следует учитывать несколько аспектов. Для серверного шкафа наиболее подходящий уровень охлаждения и вентиляции будет зависеть от нескольких факторов:

• Количество серверов, коммутаторов и маршрутизаторов и их тепловая мощность
• Тепловая мощность дополнительных систем внутри шкафа (например, систем ИБП)
• Механическая конструкция шкафа, перфорация, размер и использование пространства
• Тепловые характеристики шкафа с точки зрения вентиляции
• Расположение шкафа в помещении

Таблички с паспортными данными серверов могут ввести в заблуждение при расчете необходимого уровня охлаждения. Цифры обычно показывают максимальную потребляемую мощность в амперах, ваттах или киловаттах. Использование этих чисел может привести к завышению размеров, будь то система охлаждения или источник бесперебойного питания. Таким образом, цифры могут использоваться только в качестве ориентира для определения требуемого уровня охлаждения.

Варианты охлаждения серверного шкафа

Адекватный воздушный поток жизненно важен для обеспечения эксплуатационной надежности критически важных элементов внутри шкафа. Охлаждение и воздушный поток должны быть достаточно хорошими, чтобы предотвратить накопление тепла (горячие точки) и гарантировать, что все компоненты в стойке должным образом охлаждаются независимо от того, где они размещены (внизу, в середине или вверху стойки).

Итак, как обеспечить хороший воздушный поток и что нужно учитывать?

• Передняя и задняя двери шкафа: большинство производителей стоечных шкафов рекомендуют устанавливать переднюю и заднюю двери с потоком открытого воздуха более 60%. Воздух обычно всасывается через переднюю дверь и выходит через заднюю дверь. Поэтому двери следует перфорировать или в экстремальных условиях снимать. Рекомендуется использовать сплошные боковые панели для направления потока воздуха спереди назад и предотвращения теплообмена между соседними шкафами. В серверных комнатах и центрах обработки данных с кондиционированием воздуха соответствующего размера охлаждающих вентиляторов ИТ-серверов и другого оборудования может быть достаточно, чтобы предотвратить накопление тепла и обеспечить надлежащий воздушный поток.
• Использование шкафа: хорошее практическое правило — использовать максимум 80% объема пространства, используемого в серверном шкафу. Если пространство внутри шкафа позволяет, оставьте пространство высотой 1U между полками и рядами систем и не менее 5-10 мм зазора между передней и задней частью шкафов, чтобы обеспечить поток воздуха вокруг оборудования. Спереди следует установить заглушки, чтобы повысить эффективность потока холодного воздуха спереди назад.
• Мониторинг температуры: существует несколько способов мониторинга температуры и выдачи предупреждений и сигналов тревоги в серверном шкафу. Наиболее распространенный способ — использовать термостат или микропроцессорную контрольную панель. Любой подход должен генерировать сигнал тревоги, если температура поднимается выше точки срабатывания, который должен быть звуковым, визуальным или в форме электронного сообщения. Может потребоваться наличие одной или нескольких точек контроля температуры в более крупном шкафу. Многие ИТ-системы имеют внутренние датчики температуры, с которых необходимо фиксировать сигналы тревоги и принимать соответствующие меры.

Когда требуется дополнительное охлаждение, выбор затем сводится к тому, какой метод охлаждения использовать, и они варьируются от естественной до активной конвекции.

Охлаждение естественной конвекцией

Эта форма охлаждения основана на том факте, что тепло переходит из более теплой среды в более прохладную. Если воздух вокруг серверной стойки холоднее внутренней температуры, тепло внутри шкафа будет естественным образом излучаться через боковые стороны и двери, и внутренняя температура соответственно снизится. Хотя это «бесплатная» форма охлаждения, она слабо эффективна, и ее эффективность зависит от внешней температуры воздуха за пределами серверного шкафа. Если дифференциал недостаточно велик, изнутри наружу шкафа будет поступать мало тепла.

Принудительное конвекционное охлаждение

Вентилятор, установленный внутри серверной стойки, может усилить воздушный поток и уменьшить барьер термического сопротивления между шкафом и окружающей средой. Вентиляторы могут быть установлены наверху шкафов или на направляющих 19 дюймов. Самый эффективный способ монтажа, это верхние вентиляторные модули. Внутренние вентиляторы 19" обычно используются для устранения локальных горячих точек. Объем циркуляции можно увеличить, добавив больше вентиляторов, но проблема с этим типом устройства заключается в качестве воздуха и температуре наружного воздуха. Если воздух загрязнен пылью, грязью, маслом или влагой, воздушный поток вентилятора приведет к их скоплению на вентиляторах и внутри узла внутренней стойки. Там, где это проблема, например, некоторых промышленных средах, воздушно-воздушный теплообменник с замкнутым контуром может стать решением.

Активное конвекционное охлаждение - воздушное

Кондиционирование воздуха, это форма активного конвекционного охлаждения, наиболее часто используемая, когда естественное или конвекционное охлаждение оказывается неэффективным. Существует несколько типов кондиционеров для серверных комнат и центров обработки данных, включая настенные и потолочные подвесные, встроенные блоки и кондиционеры для компьютерных залов в сборе, называемые CRAC.

Вместо охлаждения всей комнаты можно также встроить кондиционер в серверный шкаф. Эта конфигурация образует замкнутую систему (с внутренним испарителем) и может быть идеальной для промышленных или экстремальных сред, где существует опасность загрязнения из-за грязи и пыли или влаги, воды и других жидкостей. Такие системы с замкнутым контуром имеют экономическую выгоду, поскольку они более эффективны, так как они ориентированы на охлаждение одного шкафа, а не всего массива. Для этого типа охлаждающей системы жизненно важно, чтобы кондиционер был точно подобран по размеру.

Активное охлаждение - на жидкостной основе

Жидкостное охлаждение — еще одна форма принудительного активного охлаждения. В системах этого типа используется специальная жидкость для охлаждения воздуха внутри шкафа, горячего/холодного коридора или всего объекта обработки данных. Двери с жидкостным охлаждением могут быть установлены в некоторые серверные шкафы, чтобы обеспечить индивидуальное решение. Утечки жидкости стали менее важны для более современных решений благодаря самовосстанавливающимся системам.

Решения для охлаждения естественным воздухом

Естественное воздушное охлаждение, это метод охлаждения больших серверных залов или центров обработки данных, который может быть подходящим решением для объектов с низкой температурой наружного воздуха. Это решение больше подходит для больших помещений, чем для отдельных серверных стоек и шкафов, и может полагаться на адиабатические процессы охлаждения.

Заключение

Существует много вариантов охлаждения серверных шкафов и стоек, а также центров обработки данных. Нет единого решения, подходящего для всех установок. Некоторые системы охлаждения и кондиционеры могут быть установлены относительно легко, а другие требуют более сложную установку и даже нестандартных или изготовленных на заказ элементов.

Если стоит выбор, где купить вентиляторные модули, выбирайте надёжного поставщика. Компания «АнЛан» занимает лидирующие позиции на рынке РФ с 2007 года. Разумная цена и европейское качество — то, что отличает продукцию компании от других организаций.