Кондиционирование серверной комнаты (серверных помещений)

Кондиционирование серверной – это процесс организации инженерной системы для поддержание оптимальных условий окружающей среды в помещении, где размещено профессиональное специализированное серверное оборудование. Целью является обеспечение стабильной температуры, влажности и циркуляции воздуха для эффективной и безопасной работы серверов.

Компьютерное оборудование в процессе работы выделяет большое количество тепла и чувствительно к перегреву. В помещениях центров обработки данных, где установлено много серверов, необходима эффективная система кондиционирования воздуха. Она поддерживает температуру на нужном уровне и препятствует поломке электроники.

Сети вентиляции и охлаждения на таких объектах отличаются от систем, которые используют в жилых и общественных зданиях. Для бесперебойной работы инженеры предусматривают резервные модули. Также они планируют работу устройств так, чтобы они эффективно отводили излишки тепла с меньшими энергозатратами.

Сертифицированная инженерная компания Qwent занимается подготовкой проектов и монтажом сетей вентиляции и кондиционирования в дата-центрах и серверных. Мы возьмем на себя работу «под ключ» или выполним любой этап строительства по техническому заданию заказчика.

Характеристики кондиционера для помещения с серверным оборудованием

Кондиционеры в помещении с серверами должны работать в режиме 24/7 без остановок на регламентное обслуживание и ремонт, при температуре от – 30°С до + 45°С. Кондиционер должен поддерживать температурный режим в пределах рекомендованного для серверов, например, от 18°C до 27°C. Рекомендуемый диапазон относительной влажности обычно составляет 40-60%. Шум может быть проблемой в серверных помещениях, важно выбирать тихие модели. Спроектировать и построить такую систему могут только инженеры, которые занимаются монтажом сетей контроля микроклимата в различных зданиях.

Часто при строительстве систем охлаждения владельцы небольших серверных полагаются на знания IT-специалистов. Результатом такого подхода будет неэффективная работа оборудования, перегрев серверов, большие затраты на электроэнергию и частые поломки. Не повторяйте подобных ошибок.

Особенности серверных помещений

Для помещения с серверами характерно большое выделение тепла в процессе работы специализированного профессионального оборудования. При подготовке проекта необходимо выбрать устройства, которые могут отвести его от работающих устройств с учетом плотности их расположения и особенностей залов.

Схема воздухообмена в серверной

Согласно СП 512-78 в помещении с серверами воздушный обмен организовывают по таким схемам:

1. При тепловой нагрузке более 400 Вт на 1 кв. метр площади свежий воздух подается снизу и поднимается к потолку. В этом случае можно удалить перегретые воздушные потоки и заменить их охлажденными, создать оптимальные условия для работы компьютеров.
2. При меньшей тепловой нагрузке (до 400 Вт/м2) допускается схема сверху вверх.

Вентиляцию проектируют с 50% запасом по кратности воздухообмена. Причем в случае выхода части оборудования из строя ее мощность не должна падать. Для этого часто делают 2 автономные системы с независимой подачей электроэнергии.

Кондиционирование серверной – требования и нормы

Проект сети кондиционирования серверных помещений составляют на основе СН 512–78 и СНиП 41-01-2003. В этих документах закреплены такие требования:

• температура воздуха составляет от + 17°С до + 24°С с колебаниями не более 2°С в меньшую или большую сторону в течение часа;
• атмосферное давление от 85 до 105 кПа, причем оно должно быть избыточным для защиты от случайного притока из соседних комнат;
• скорость движения воздуха не более 0,3 м/с (до 0,5 м/с летом);
• запыленность не более 0,75 мг/м3, а максимальный размер частиц не более 3 мкм.
• влажность от 45 до 55% с колебаниями не более 6% в течение часа.

Необходимо резервное оборудование, которое запускают в случае выхода из строя основного.

Расчет мощности кондиционера для серверной – пример

Для определения мощности кондиционеров для ЦОД инженеры используют программное обеспечение и данные о тепловыделении, указанные в технической документации к серверам.

Итак, давайте рассмотрим пример того, как рассчитать мощность кондиционера для серверной.

Предположим, у вас есть 10 серверов каждый с мощностью 500 Вт. Общая тепловая нагрузка от серверов:

• 10 серверов * 500 Вт/сервер = 5000 Вт или 5 кВт.

Учтите тепловую нагрузку от коммутационного оборудования, источников освещения и других электронных устройств в помещении. Предположим, это еще 2 кВт. Общая тепловая нагрузка в помещении:

• 5 кВт (от серверов) + 2 кВт (другие источники) = 7 кВт.

Добавьте коэффициент безопасности, учитывающий возможные дополнительные нагрузки и изменения. Обычно используется коэффициент в диапазоне 10-20%. Давайте возьмем 15%.

• получаем общую тепловую нагрузку с учетом коэффициента безопасности: 7 кВт * 1,15 = 8,05 кВт.

Во время составления ПД сотрудники закладывают не менее 10% «про запас». Согласно общему правилу мощности охлаждающего устройства в 50–70 Вт хватает на 1 м3 помещения. Но на практике процесс расчета намного сложнее и найти нужные значения самостоятельно крайне сложно.

Нельзя использовать недорогие бытовые устройства в серверных, так как они не могут поддерживать нужную чистоту, влажность и скорость воздушных потоков. Экономия на монтаже в этом случае приведет к большим потерям при поломках.

Рекомендации по выбору типа кондиционера

В помещениях для серверов популярны такие типы охлаждающих аппаратов:

1. Настенные сплит-системы – недорогой и компактный вариант с низкой производительностью и короткой магистралью для хладагента;
2. Кондиционеры с потолочными блоками – более мощные модели, которые создают направленный поток. Длина магистрали до 50 м.
3. Сплит-системы шкафного типа с осушителем и фильтрами, которые поддерживают микроклимат в серверной в соответствии с внесенными настройками.

Типы кондиционеров в серверных

Для охлаждения воздуха в помещениях центров обработки данных используют разные типы климатического оборудования. Выбор устройств зависит от объема комнаты и количества выделяемого тепла.

Сплит-системы настенные (бытовые) от 1,8 кВт - до 12,5 кВт

Маломощные бытовые кондиционеры с выносным блоком применяют в небольших комнатах с малым количеством серверов. Покупка оборудования не потребует больших затрат, а их функций достаточно для снижения температуры воздуха до нужного уровня.

Инженеры подбирают инверторные модели, которые могут плавно регулировать степень охлаждения в помещении в зависимости от тепловыделения компьютеров. Они потребляют меньше электроэнергии и не перегружают сеть в момент пуска компрессора. Они создают равномерный поток холодного воздуха, который распространяется по всей серверной.

Мульти сплит-системы настенные (бытовые) от 2,2 кВт - до 18,5 кВт

Более мощные устройства оборудованы одним внешним блоком и несколькими внутренними (они могут иметь одинаковую или разную мощность). Такое решение имеет несколько особенностей:

1. Один внешний модуль легче установить на стене здания и не испортить вид фасада.
2. При поломке наружного блока перестанут работать все внутренние.
3. Стоимость системы кондиционирования с разными сплит-системами и одной «мульти» будет сопоставима из-за сложности монтажа.

Такие решения применяют редко, так как инженерам тяжело выполнить требования по резервированию оборудования.

Канальные сплит-системы настенные от 3,4 кВт - до 24 кВт

Устройства канального типа охлаждают воздух в помещении, нормализуют уровень влажности и очищают его от пыли. Они могут подмешивать свежий воздух с улицы, что позволяет использовать их в качестве вентиляции.

В канальных сплит-системах применяют внутренние блоки для подвесного потолка. Они оснащены системами самодиагностики, более эффективными фильтрами. Для управления используют настенные или инфракрасные пульты с ЖК-дисплеями для отображения выбранных режимов работы, кодов ошибок и другой информации.

Подпотолочные кондиционеры

Такие системы способны быстро снизить температуру воздуха, формируют направленную струю в нужную часть комнаты. Благодаря этому потоки распределяются более равномерно. Кроме того, длина магистрали для хладагента от внешнего блока к внутреннему может быть до 50 м.

Претензионные кондиционеры для серверной

Эффективный способ охлаждения серверных в центрах обработки данных. Они дороже бытовых и промышленных сплит-систем, но поддерживают температуру с точностью до 1°С и влажность с погрешностью не более 2%.

Они предназначены для интенсивной и долгой эксплуатации, сохраняют работоспособность при – 35°С и совместимы с различными устройствами диспетчеризации и контроля микроклимата в здании.

Жидкостное кондиционирование (чиллеры)

Чиллеры представляют собой альтернативный способ охлаждения воздуха в помещениях. Вместо традиционного фреона в качестве теплоносителя в них используется вода или антифриз. Отвод тепла происходит во внешнем модуле, который располагают на крыше или рядом со зданием. Воздушные потоки распределяются по залам с помощью вентиляционных каналов.

Фрикулинг

Наименее эффективный способ отвода тепла за счет циркуляции окружающего воздуха. Этот вариант работает только в районах с холодным климатом. В этом случае невозможно контролировать влажность и чистоту воздушных потоков, а также охлаждать компьютерное оборудование весной и летом.

Кондиционер для серверной комнаты с зимним комплектом

Кондиционер или сплит-система обычно рассчитаны на эксплуатацию при температуре до – 5°С. Зимний комплект позволяет использовать его в диапазоне от – 30°С до + 45°С.

Для защиты устройств от поломки в сильный мороз используют несколько опциональных деталей:

1. Нагреватель картера, который предотвращает замерзание масла в охлаждающем устройстве.
2. Регулятор интенсивности обдува, он изменяет частоту вращения лопастей в зависимости от температуры воздуха на улице.
3. Обогреватель дренажной трубки, он не дает конденсату замерзнуть при отводе от внутреннего блока на улицу.

Установка такого комплекта необходима в серверных помещениях в регионах с умеренным и холодным климатом.

Система резервирования кондиционеров в серверной

В случае поломки оборудования воздух в помещении быстро нагревается, из-за чего компьютеры выходят из строя. Для бесперебойной работы инженерной сети в этом случае используют резервирование и ротацию кондиционеров. Только такую систему считают надежной и устанавливают в центрах обработки данных.

Что такое ротация кондиционеров?

Для резервирования применяют схемы N+1 или 2N, где N означает количество необходимого для охлаждения оборудования:

• N+1 предусматривает установку одного дополнительного кондиционера. Его включают в том случае, если основная инженерная сеть вышла из строя. Если установлена одна сплит-система, резервирование составит 100%;
• 2N подразумевает дублирование всех устройств независимо от числа внешних и внутренних блоков. Если какой-либо компонент системы охлаждения сломается, ему на замену всегда найдется запасной.

Преимущества ротационного блока

Блок ротации кондиционеров для серверных помещений обычно представляет собой систему управления, которая умеет переключать работу между несколькими устройствами.

Для обеих схем (N+1 или 2N) инженеры могут подключить систему ротации, которое позволит распределять нагрузку между всеми устройствами и избежать их быстрого выхода из строя. Электронный контроллер будет попеременно включать основной и резервный прибор по заданном алгоритму.

Преимущества ротации и резервирования:

• увеличение надежности системы охлаждения;
• равномерный износ оборудования;
• простота монтажа и настройки;
• защита серверов от поломки из-за перегрева.

Способы кондиционирования серверной

Для охлаждения воздуха в серверной используют несколько схем.

Схема охлаждение зала

Наиболее распространённая схема охлаждения серверной включает в себя использование системы принудительной циркуляции воздуха.

Для снижения температуры во всем помещении делают вентиляционные отверстия, через которые подают холодный воздух. Из-за неравномерного распределения и смешивания воздушных потоков инженерам сложно контролировать температуру. Это не самый эффективный способ, его используют только для небольших залов.

Схема охлаждение отдельных рядов

Такая схема подходит для больших залов с серверными шкафами. В этом случае разделяют подающий и отводящий (холодный и теплый) потоки. Для каждого сегмента серверной устанавливают свое оборудование. Инженеры не устанавливают мощные вентиляторы, что снижает затраты на контроль микроклимата.

Схема кондиционирования отдельных серверных стоек

Самый эффективный и дорогой способ. Его используют в дата-центрах, где серверы выделяют большое количество тепла. Например, в профессиональных майнинговых фермах. Подача холодного воздуха и отвод тепла происходит для каждого сервера отдельно. Внутри шкафов или стоек создают каналы для них.

Как выбрать кондиционера для серверной

При выборе устройств учитывают указанные выше факторы, а также несколько дополнительных критериев.

Фильтрация воздуха

Компьютерную технику нужно защитить от накопления пыли внутри. Микроскопические частицы оседают на оборудовании и приводят к нарушению теплообмена и коротким замыканиям.

В системах вентиляции и кондиционирования устанавливают фильтры, которые улавливают пыль. Согласно СНиП нужны приспособления с классом от F5. Для увеличения их ресурса дополнительно ставят фильтрующие элементы грубой очистки.

Тип охлаждения

Кондиционеры прецизионного типа, которые чаще всего используют для охлаждения ЦОД, могут иметь водяное или воздушное охлаждение. Второй вариант менее эффективен, но более мобилен и имеет небольшие размеры.

Важные моменты, на которые стоит обратить внимание

1. Важна высокая энергоэффективность (высокий коэффициент EER или SEER), чтобы минимизировать энергопотребление и эксплуатационные расходы.
2. Наличие встроенной функции контроля влажности, особенно если требуется поддерживать низкий уровень влажности в комнатах.
3. Возможность удаленного мониторинга и управления.

Тип управления системой кондиционирования

Для снижения затрат электричества и улучшения охлаждения во время подготовки проекта инженеры предусматривают разные способы управления.

По питанию

Для включения и выключения устройств специалисты подключают или отключают подачу электрического тока. ДЛя этого в инженерную сеть включают ротационный блок.

Этот вариант прост в проектировании, строительстве и эксплуатации, не требует больших затрат. Из минусов – постоянный рестарт оборудования и прокладка дополнительного кабеля. Для мощных кондиционеров нужны реле.

По инфракрасному каналу

Для регулировки используют управляющее устройство, которое подключают ко всем совместимым кондиционерам с помощью инфракрасного луча. Это универсальный вариант, он позволяет регулировать работу приборов без прерывания питания.

Недостаток – высокая чувствительность к помехам и прерывание сигнала из-за перекрытия ИК-луча.

С помощью блоков адаптации

Кондиционерами управляет адаптационный модуль, который выбирает режимы работы оборудования в зависимости от информации от внешних сенсоров. При выборе этого способа можно сократить износ устройств и расход электроэнергии. Минус – высокая стоимость электроники и большие затраты на монтаж.

Увлажнение воздуха

Важным параметров микроклимата для серверных помещений является влажность воздуха. Во избежание замыканий в электрических цепях она должна быть от 45 до 55%. Оборудование для контроля микроклимата подбирают так, чтобы устройства могли понижать или повышать ее при необходимости.

Схемы организации воздухообмена

Циркуляция холодных и теплых, влажных и сухих, загрязненных и чистых воздушных потоков зависит от конфигурации помещения. Ее закладывают в проекте при его составлении.

1. Расположение стоек с серверами в параллельных рядах, создавая холодные и горячие проходы между ними. Холодный проход направляет воздух к впускам серверов, а горячий – отводит нагретый воздух. Это повышает эффективность охлаждения и снижает мешающее воздействие горячего воздуха на оборудование.
2. Размещение стоек в холодных проходах и установка холодильных щитов сверху или с боку для направления холодного воздуха точно к серверам. Это предотвращает смешивание горячего и холодного воздуха, улучшая эффективность охлаждения.
3. Использование тепловых завес над или между рядами со стойками для уменьшения перемешивания воздуха. Тепловые завесы создают барьер между холодными и горячими зонами, предотвращая перенос тепла.
4. Установка поднятых полов для воздуховодов и подачи холодного воздуха под напольные плиты. Это позволяет эффективно поставлять холодный воздух.
5. Установка специальных панелей в полу и потолке для эффективного воздуховодения. Эти панели могут быть регулируемыми, что обеспечивает более точное управление воздухообменом. Подробнее о таком решении – вентиляция серверной.
6. Развертывание интеллектуальных систем управления, которые мониторят условия в помещении и регулируют работу кондиционеров и вентиляционной системы в реальном времени.
7. Внедрение систем рекуперации тепла для использования тепла, выделяемого серверами, в других частях здания, что может повысить энергоэффективность и оптимизировать расходы на отепление в других частях здания.

Обустройство и обслуживание

Монтажом оборудования для охлаждения и увлажнения воздуха занимаются специалисты инженерных компаний. Самостоятельная установка и регламентные работы могут вывести из строя инженерную сеть и привести к перегреву серверов.

Примеры кондиционирования серверных помещений – решения по типам объектов

Рассмотрим пример технического решения для трех серверных помещений площадью от 12 до 19 кв. метров. Согласно ТЗ в нем необходимо поддерживать температуру в диапазоне от + 20°С до + 25°С при условии, что на улице может быть мороз до – 30°С и жара до + 35°С. Тепловыделение всего оборудования 7, 26 и 40 кВт в трех комнатах с компьютерами.

Для поддержания нужного микроклимата подойдут сплит-системы, способные работать при – 5°С. После установки «зимнего» комплекта нижняя граница диапазона составит – 30°с.

Решения для каждой комнаты:

1. Для первого помещения подойдет настенная сплит-система мощностью 7,1 кВт с резервированием N+1. Наружные блоки с низкотемпературным комплектом ставят на стене рядом с серверной.
2. Для второго помещения нужен комплект из кондиционеров мощностью по 13,4 кВт с резервированием N+1. Каждый из них имеет основной и резервный блоки. Их устанавливают на бетонном козырьке здания.
3. Для третьей серверной количество кондиционеров увеличивается до 4 с сохранением мощности и схемы резервирования. Их ставят на плоской кровле здания и комплектуют низкотемпературным комплектом.

Для управления работой оборудования используют ИК-пульты, которые могут регулировать температуру и скорость вращения вентиляторов, а также показывают текущие режимы на ЖК-экране.

Проектирование системы кондиционирования серверной

Подготовкой проекта системы охлаждения помещений с серверным оборудованием занимаются компании с допуском СРО на этот вид работ. Составлять ПД могут инженеры с профильным образованием и опытом строительства охлаждающих систем для центров обработки данных.

Работу специалисты начинают с изучения характеристик помещения. Для этого они используют ПД, рабочую и исполнительную документацию. Также учитывают размер и форму помещения, естественный приток и отведение воздуха, схему установки серверных шкафов. Важным параметром будет тепловыделение устройств, которое указано в инструкциях производителя.

Энергоэффективность

При подготовке проекта сотрудники учитывают потребление кондиционерами электрической энергии. Инженеры выбирают такие решения, которые потребуют меньших энергозатрат. В этом случае можно сократить затраты компании на обслуживание серверов и уменьшить стоимость бизнес-процессов. Кроме того, энергоэффективные решения снижают негативное влияние ЦОД на окружающую среду.

Монтаж кондиционеров

Установку климатического оборудования для охлаждения воздуха выполняют только компании с опытом работы в этой сфере. Поломки в 85% случаев возникают из-за нарушения правил монтажа, обусловленных низкой квалификацией монтажников.

Этапы работы:

1. Монтаж внутренних и внешних блоков кондиционеров.
2. Сверление отверстий для каналов под хладагент.
3. Монтаж трубопроводов для фреона и отвода конденсата.
4. Прокладка и подключение электрических кабелей.
5. Вакуумирование контуров циркуляции хладагента.
6. Тестовый пуск и настройка приборов.

Наши сертификаты, лицензии и допуски СРО

Деятельность проектно-монтажной компании Qwent лицензирована. В наличии все необходимые сертификаты и допуски СРО, включая лицензию МЧС.

Лицензия – допуск СРО (страница 1)

Лицензия – допуск СРО (страница 2)

Рекомендации по обслуживанию климатического оборудования

В процессе эксплуатации климатической техники необходимо следить за состоянием оборудования и вовремя выполнять регламентные работы, предусмотренные производителем. Особенно важно контролировать работу устройств в серверных, так как от их исправности зависит работоспособность дата-центра.

Климатические установки чистят от накопленной пыли не реже 1 раза в год. В процессе удаления загрязнений промывают испаритель, вентилятор и барабан, поверхности обрабатывают дезинфицирующим раствором. Фильтры в серверных моют не реже 1 раза в неделю.

Вывод

Серверы генерируют значительное количество тепла в процессе своей работы, поэтому поддержание оптимальных температур является критически важным для предотвращения перегрева и повышения надежности работы оборудования. Нарушение оптимальных условий окружающей среды может привести к сбоям и повреждению оборудования.

Необходимые элементы могут включать в себя кондиционеры, системы вентиляции, холодильные щиты, системы управления температурой и влажностью, а также другие технологии для эффективного управления тепловой нагрузкой.

Если вам необходимо спроектировать и построить систему кондиционирования серверной, обращайтесь в инженерную компанию Qwent. Сотрудники нашей организации подготовят проект, составят спецификацию на устройства и установят их согласно СНиП, СП, ГОСТ и другим нормативам.

Литература

1. Мальцева М. С. Кондиционирование серверных помещений //Современные проблемы и перспективные направления. – 2022. – С. 29.
   
2. Гын С. К., Толстой М. Ю. Стабилизация хладагента как энергоэффективное решение поддержания параметров микроклимата серверных помещений //Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. – 2020. – Т. 10. – №. 2 (33). – С. 212-219.
   
3. Жаров А. А. и др. Энергоэффективная система кондиционирования воздуха центра обработки данных //Refrigeration Technology. – 2021. – Т. 110. – С. 2.