Расчет тепловыделения в серверной: формула для определения показателя, организация комнаты

формула для определения показателя, организация комнаты

Специальное серверное и телекоммуникационное оборудование располагают в отдельных помещениях, называемых серверными. К их обустройству предъявляются особенные требования. Если грамотно рассчитать тепловыделение для серверной, находящиеся в ней устройства и аппараты будут работать с максимальной эффективностью, а энергозатраты будут минимальными.

Содержание

1. Организация серверной комнаты
2. Категория пожароопасности
3. Необходимая аппаратура
4. Расчёт тепловыделения
5. Дополнительные источники тепла

Организация серверной комнаты

Серверные помещения оборудуют в зданиях, где функционирует большое количество техники (например, в офисных центрах). В них устанавливают такие приборы, как элементы бесперебойного питания, распределительные пункты, кроссы, патч-панели, коммуникационные стойки и многое другое. Исходя из количества необходимого оборудования рассчитываются размеры серверной комнаты. Минимально допустимой считается площадь 14 кв. м. В некоторых случаях может использоваться несколько таких комнат.

Требования к оборудованию специального помещения перечислены в стандарте TIA 569. Согласно этому документу, высота потолка в серверной должна достигать 2,5 м. Такая величина обусловлена тем, что большинство стоек для крепления аппаратов имеют высоту 2 м. Для обеспечения эффективного отвода тепла расстояние от их верхней точки до потолка должно быть минимум 0,5 м.

Для обустройства серверной следует выбирать комнаты без окон. Иначе через них в летнее время будет попадать большое количество солнечного тепла, негативно влияющего на работу современной техники.

Множество различных установок, собранных в одном месте, имеют внушительный вес. Поэтому для обеспечения безопасности пол должен выдерживать большую нагрузку (минимум 1200 кг на 1 кв. м.). Чтобы оборудование не вышло из строя из-за действия влаги, потолок требуется покрыть слоем гидроизоляционного материала. Температурный режим следует постоянно поддерживать в диапазоне 18−24 градуса, влажность — на уровне 30−50%

Источники электрических помех необходимо удалить от серверного помещения. Максимальная напряжённость в нём может составлять не более 3 В на 1 м.

В комнате обязательно наличие телекоммуникационной шины, выполняющей роль основного заземлителя. К ней присоединяют заземляющие проводники металлических кабелей, приборов и прочих конструкций. Освещение запитывают от разных распределительных электрощитов, световые приборы размещают на потолке, выключатели для них монтируют на высоте 1,5 м от пола.

Обязательным требованием к серверной является постоянное поддержание чистоты и отсутствие пожароопасных предметов. Доступ в неё должен быть строго ограничен, двери — закрыты на замок, ключи от которого может иметь собственник здания и лицо, ответственное за обслуживание помещения.

Категория пожароопасности

Сосредоточение большого числа аппаратуры в комнате увеличивает риск возникновения короткого замыкания, которое может спровоцировать пожар. Чтобы предотвратить эту ситуацию, необходимо правильно рассчитать категорию пожароопасности помещения. При расчётах следует учитывать особенности материалов, используемых в комнате, её площадь, высоту потолка, состояние вентиляционной системы и наличие полок, стеллажей.

На основании этих факторов выделяют несколько разновидностей помещений. Они имеют разную степень пожароопасности.

Повышенная взрывопожароопасность (категория А) присваивается помещениям, где находятся горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки менее 28 градусов. Из-за большой концентрации таких веществ могут образовываться взрывоопасные смеси. При их возгорании расчётное избыточное давление взрыва поднимается выше 5 кПа.

В категорию Б попадают комнаты с горючими волокнами и жидкостями, температура воспламенения которых превышает 28 градусов. Их использование приводит к образованию взрывоопасных паров и пылевоздушных смесей. Если такие смеси загорятся, давление взрыва превысит 5 кПа.

К группе В относят помещения, в которых имеются горючие и трудногорючие жидкости, твёрдые воспламеняющиеся составы. При взаимодействии друг с другом, при соединении с водой или кислородом такие вещества не взрываются, а только горят.

Эта категория делится на 4 подгруппы. Для каждой из них определён диапазон удельной пожарной нагрузки:

• В1 — более 2200 МДж/м2.
• В2 — 1401 — 2200 МДж/м2.
• В3 — 181 — 1400 МДж/м2.
• В4 — 1 до 180 МДж/м2.

В комнатах группы В может быть несколько участков, на которых пожарная нагрузка не превышает установленных значений. Подгруппа В4 предусматривает, что расстояние между этими участками не должно превосходить предельно-допустимых значений.

Группа Г подразумевает умеренную пожароопасность и присваивается помещениям с негорючими материалами. При их раскалении и расплавлении выделяется лучистое тепло, искры и пламя. Жидкости и твёрдые компоненты, образующиеся в этом случае, сжигаются или утилизируются как топливо.

Если в комнате используются негорючие вещества в холодном состоянии, ей присваивается категория Д. Она характеризуется максимально низким уровнем пожароопасности.

Необходимая аппаратура

Для серверных комнат выбирают современное оборудование, изготовленное из устойчивых к воспламенению пожаробезопасных деталей. Устанавливают такое оборудование на специальных стойках, имеющих стандартную ширину 19 дюймов, глубину 600, 800 или 900 мм. В дополнение к ней прилагается специальный корпус, для фиксации которого стойка оснащается отверстиями. Промежуток между ними составляет 44,5 мм и называется юнитом. Высота стойки обозначается юнитами.

Телекоммуникационная стойка бывает обычной или со стеклянной дверью. Второй вариант более эстетичен и удобен, т. к. позволяет дополнительно защитить закреплённую технику. Более современные модели комплектуются охлаждающими системами (от обычных кондиционеров до автономных сплит-систем), необходимыми для обеспечения оптимального режима температуры. Также в них предусмотрены индикаторы. Стойки, оснащённые всеми необходимыми элементами, называют серверными шкафами.

Залогом эффективной работы техники является защита от перепадов напряжения в сети. Она создаётся с помощью источника бесперебойного питания (ИБП). Существуют разные типы таких устройств:

• Резервного типа. Содержит автоматический коммутатор, который обеспечивает работу прибора от электросети и аккумуляторных батарей. Такой ИБП прост в эксплуатации, имеет небольшую мощность, стоит недорого.
• Линейно-интерактивный. Помимо коммутатора, включает в себя дополнительный автоматический регулятор напряжения. Гарантирует достаточное питание нагрузки при нестабильном сетевом напряжении. Благодаря этому продлевается срок службы независимых аккумуляторов.
• С двойным преобразованием напряжения (On-Line). Его схема обеспечивает оптимальное выходное напряжение независимо от неполадок в сети. ИБП имеет нулевое время переключения из стандартного режима в автономный и обратно без переходных процессов. Стоит такой прибор достаточно дорого, требует дополнительных энергозатрат для преобразования напряжения.

Для серверных комнат лучше всего подходят источники бесперебойного питания On-Line, но из-за дороговизны их часто заменяют на ИБП линейно-интерактивного типа. Мощность такого устройства должна составлять 5−6 кВА.

Расчёт тепловыделения

Укомплектовав помещение необходимым оборудованием, следует провести расчёт тепловыделения по потребляемой мощности. Тепловую мощность измеряют в БТЕ (Британская термическая единица). 1 Вт составляет 3.412 БТЕ/час. К примеру, тепловыделение компьютера для кондиционирования мощностью 400 Вт будет равно 1364,8 БТЕ/час.

Посчитать суммарное тепловыделение серверного оборудования можно несколькими способами. Первый — сложение показателей тепловыделения каждого прибора — является не самым точным.

При втором варианте подсчётов во внимание берут не только количество тепла, выделяемого оборудованием, но и количество персонала, находящегося в серверной, и количество тепла, проходящего через стены, потолок. Чтобы узнать, сколько тепловой энергии пропускают ограждающие строительные конструкции, требуется воспользоваться формулой Q = S х h х q / 1000, в которой:

• s — площадь серверной комнаты.
• h — высота потолков.
• q — поправочный коэффициент. Величина является табличной и измеряется в Вт/м3. Считается, что удельный коэффициент для серверной комнаты такой же, как для помещения без окон (30 Вт/м3).

В серверной обязательно должна быть налажена вентиляция. Поскольку в ней отсутствуют окна, организовать эффективный естественный приток воздуха невозможно. Помещение приходится оснащать климатическими системами. Именно они выделяют в атмосферу значительные объёмы тепла, вырабатываемого компрессорами и вентиляторами. Чтобы уменьшить тепловую нагрузку на помещение, нужно обеспечить отвод этого тепла наружу.

Кондиционер в комнате должен не только хорошо охлаждать воздушные потоки, но и увлажнять их. В серверной влажность должна находиться в диапазоне 30−50% и меняться со скоростью 6% в час. Конденсация влаги не допускается.

В небольших комнатах и серверных шкафах во время работы кондиционера не происходит смешивание холодного и горячего воздуха, поэтому влага не конденсируется.

Чтобы преодолеть рециркуляцию обратного воздуха из прибора в крупных помещениях, система кондиционирования должна быть настроена на подачу воздуха более низкой температуры. Если холодный поток попадаёт напрямую в кондиционер, влажность в атмосфере резко снизится, потребуется организовать дополнительное увлажнение.

Дополнительные источники тепла

Принимаясь за расчёт тепловыделения серверной, следует учитывать, что, кроме основных источников тепла: телекоммуникационных устройств, источников бесперебойного питания и системы кондиционирования, в комнате имеются дополнительные источники тепловой энергии.

К ним относятся осветительные приборы. Подходящими считаются лампы накаливания и галогенные светильники, не дающие электромагнитных помех. Их число должно быть таким, чтобы уровень освещённости достигал минимум 500 люкс.

Нельзя забывать, что люди, обеспечивающие работу серверных приборов, также выделяют тепло. Известно, что один человек при движении выделяет около 350 Вт энергии. Её нужно учитывать при подсчёте общего тепловыделения.

Расчёт тепловых режимов работы серверных помещений в Autodesk CFD

• Пресс-центр
/
• Блог

Autodesk CFD относится к классу CAE-программ, которые предназначены для проведения разного вида расчётов. Расчёт в Autodesk CFD проводится методом конечных элементов.

Поскольку Autodesk CFD предназначена исключительно для выполнения расчётов, в программе нет возможности создания геометрии. Предполагается, что создание геометрии проводится в CAD-приложениях – Autodesk Inventor, Autodesk Revit и других, – из которых позже она экспортируется в Autodesk CFD.

Autodesk CFD следует общей концепции графических интерфейсов компании Autodesk. Ниже представлено окно программы и её рабочее пространство.

Пример расчёта будет выполнен на основе модели серверного помещения, которая состоит из следующих элементов:

• объем воздуха в пространстве под потолком;
• объем воздуха в самом помещении;
• объём воздуха под полом;
• перекрытия потолка;
• решётка, через которую поступает горячий воздух под потолок;
• два шкафа с кондиционерами;
• два ряда серверных стоек, в каждом ряду восемь серверов;
• в полу расположены две решётки, через которые подаётся холодный воздух к кондиционерам.

Перед расчётом всем геометрическим объемам и телам назначаются материалы и их свойства. Чтобы вызвать диалоговое окно свойств тел и объемов, нужно выбрать редактируемую часть модели, кликнуть по ней правой кнопкой мыши и в появившемся списке выбрать команду Edit. В окне свойств можно редактировать и назначать свойства материалов: библиотека материалов, типы материалов, механические свойства для жидкостей, газов и твёрдых материалов.

Ознакомьтесь со свойствами каждой составляющей модели:

1. Объемы воздуха в помещении, под потолком и полом:

2. Перекрытия потолка и пола, шкафы с кондиционерами:

3. Рештки в полу и потолке:

   Решётки моделируются с помощью материала Resistance, и для этого материала задаётся отношение свободной части площади к общей площади решётки. Материал назначается не для объёмного тела, а для отдельных поверхностей, через которые проходит воздух.

   В свойствах материала указывается коэффициент проницаемости Free Area Ratio. Для решёток в полу этот коэффициент имеет значение 0,4, для решёток в потолке – 0,8.

    

4. Корпус серверных стоек:

5. Серверы:

   Серверы пропускают через себя воздух, соответственно, помимо параметров материала необходимо задать направление и постоянное значение воздуха, который циркулирует через серверы. Для этого в окне свойств кликните кнопку Edit и в появившемся окне Material Editor на первой вкладке обратите внимание на параметр Flow, значение которого нужно установить. Два других параметра – Rotational Speed и Slip factor – позволяют смоделировать поток, выходящий из реального вентилятора, в котором воздух приобретает не только осевой компонент скорости, но и вращательный, так как поток воздуха в вентиляторах закручивается. Но в данном примере нет необходимости учитывать эти два параметра, а устанавливается только производительность, с которой сервер пропускает через себя воздух.

   Забор воздуха серверами осуществляется с их наружной стороны и выводится в пространство между стойками. Соответственно, для одного ряда серверов движение воздуха осуществляется по оси X, для другого – против.

    

6. Кондиционеры:

   Для кондиционеров, как и для серверов, задаются дополнительные характеристики – для этого обратитесь к окну Material Editor.

   Характеристика потока в данном примере является постоянным значением. Кроме того, для кондиционеров может быть задана кривая вентилятора, то есть зависимость потока, создаваемого вентиляторами, от давления на выходе.

   Далее выбирается тепловая модель кондиционера. Существует несколько моделей тепловых устройств, в данном примере используется Air Conditioner – кондиционер воздуха. Он обладает одним параметром – температура воздуха на выходе из кондиционера.

   Не забудьте задать поверхности, через которые воздух попадает в кондиционер и выходит из него.

   После назначения всех материалов моделей и их свойств назначаются граничные условия. Это делается на вкладке Setup в разделе Boundary Condition. В качестве граничных условий указываются параметры тепловыделения серверных стоек. Выберите все стойки, затем в настройках параметров выберите тип граничных условий Total Heat Generation, укажите единицы измерения и значение условия.

   Следующий шаг – определение параметров сетки. Сетки назначаются в разделе Mesh Sizing. В примере параметры сетки определяются вручную, но Autodesk CFD может сделать это автоматически. Элементы, в которых ожидаются наиболее высокие температуры и неравномерность потока, имеют меньшие размеры сеток. В других элементах возможно понизить плотность сетки, тем самым сократив вычислительные ресурсы и время расчёта модели.

   После назначения сетки задаются параметры вычислений (решателя). Кликните на панели инструментов кнопку Solve, которая вызовет окно для настройки.  На вкладке Physics поставьте маркер в поле Heat transfer и укажите направление вектора ускорения свободного падения – в примере он направлен против оси Z. Вернитесь обратно на вкладку Control, чтобы указать количество итераций для решения. Решение ищется итеративным путём и предполагается, что оно будет найдено за сто итераций, как в примере. Далее запускается процесс вычисления кнопкой Solve.

 

Результаты расчётов

После завершения вычислительного процесса программа сама переключится в режим работы Results, в котором представлен набор инструментов для анализа полученных результатов.

На вкладке Global показывается распределение температур. Объемы воздуха можно скрыть и обратить внимание на то, как распределяется температура на серверах.  

Инструмент Planes позволяет анализировать характеристики потока. Он создаёт секущую плоскость, которая рассекает расчётную область и позволяет увидеть, как распределяются характеристики по сечению.

Пользователь может выбрать конкретную характеристику, которую нужно вывести на экран, например, векторное направление потоков воздуха. Это можно сделать в правой верхней области панели инструментов, выбрав из списков интересующие параметры.

Создание изоповерхностей

Изоповерхность – это поверхность одного уровня, на которой выбранный параметр принимает одно и то же значение. Изоповерхность можно создать одноимённым инструментом Iso Surface, кликнув в правой верхней области кнопку Add и выбрав определённые параметры.

При анализе результатов существует возможность рассчитать усреднённые характеристики потоков для отдельных деталей инструментом Parts. Выберите интересующие детали и в окне инструмента кликните Calculate – программа произведёт расчёт и выведет данные в окне Output.

Важным результатом расчёта является энергетический параметр работы кондиционеров. Доступ к параметру пользователь может получить на вкладке Review, кликнув на раздел Summary File. В появившемся окне Summary содержатся общие сведения о результатах расчёта, в разделе Data for heat exchanger devices пользователь может найти характеристики кондиционеров.

В этой статье на примере расчёта тепловых режимов работы серверных помещений были рассмотрены основные возможности и принцип работы Autodesk CFD. Попробуйте произвести подобный расчёт на основе других моделей.

 

Опубликовано 08 Сентября 2020

Как рассчитать тепловую нагрузку и требования к охлаждению серверной комнаты

Очень часто ИТ-комнаты, компьютерные и серверные комнаты не учитываются, когда речь идет об охлаждении и мониторинге окружающей среды, и тем не менее они могут быстро нагреваться. Одна из самых больших проблем заключается в том, чтобы решить, как рассчитать фактические потребности в охлаждении, а затем как лучше всего обеспечить их в относительно небольших и ограниченных пространствах.

Рекомендуемая температура и влажность в серверной комнате

Большинство электронных устройств могут работать при температуре до 30–40 °C, и в брошюрах и спецификациях серверов может быть указано, что их устройства могут работать в этом диапазоне температур без снижения номинальных характеристик, но на самом деле тепло убивает электроника.

В верхней части своего температурного диапазона охлаждающие вентиляторы должны работать намного быстрее, чтобы обдувать центральный процессор и связанную с ним электронику. Вентиляторы представляют собой механические устройства с подшипниками, которые изнашиваются и требуют замены. Срок службы электронных компонентов также снижается при более высоких температурах.

Для большинства людей любая температура выше 27˚C становится некомфортной для работы. Рекомендуемый диапазон температур для компьютерной или серверной комнаты или центра обработки данных составляет 18-27˚, а в идеале 18-25˚. Этот нижний предел рекомендуется для любых систем ИБП, используемых в вычислительной среде со свинцово-кислотными батареями с регулируемым клапаном (VRLA). Рекомендуемый диапазон температур для системы ИБП с батареями VRLA составляет 20–25°C.

Рекомендуемая относительная влажность 45-50%. Это гарантирует, что помещение не будет слишком сухим, что может привести к накоплению статического электричества, и не будет слишком влажным, что может привести к образованию конденсата на более холодных пластиковых и металлических поверхностях.

ASHRAE, Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха, является ведущей организацией, когда речь идет об уровнях охлаждения и влажности в критически важных объектах и ​​центрах обработки данных. Организация предложила расширить диапазон температур окружающей среды до 30°C, чтобы повысить энергоэффективность.

Дополнительную информацию см. по адресу: https://tc0909.ashraetcs.org/documents/ASHRAE%20Networking%20Thermal%20Guidelines.pdf. подходит только для больших серверных и центров обработки данных, которые могут включать холодные и/или горячие коридоры. Для небольших компьютерных и серверных помещений это нерентабельно, и единственным решением является установка какого-либо кондиционера.

Кондиционеры для компьютерных и компьютерных помещений

Как охлаждать серверы в ближайших компьютерных, компьютерных или серверных помещениях, зависит от их расположения и формата установки. Большинство серверов устанавливаются в серверную стойку или размещаются в виде напольных башен. В среде такого типа серверы имеют воздушное охлаждение и снабжены охлаждающими вентиляторами, которые пропускают холодный воздух через блоки через решетки на передней панели и выводят горячий воздух через выпускные отверстия на задней панели.

Можно установить несколько серверов вместе с устройствами хранения, сетевыми коммутаторами и маршрутизаторами. Все эти элементы будут генерировать тепловую мощность, которая должна учитываться при расчете потребности в охлаждении.

Независимо от того, установлены ли серверы на полу или в стойке, им потребуется достаточный поток воздуха вокруг них и источник холодного воздуха. Наиболее распространенный подход – установка кондиционера. Доступны решения для жидкостного охлаждения, но они чаще используются в высокопроизводительных вычислительных средах и центрах обработки данных.

Кондиционер может быть установлен на стене или потолке и будет таким же, как обычно используемый в офисе. Эти типы кондиционеров известны как «сплит-системы».

Сплит-системы кондиционирования воздуха — очень эффективный способ охлаждения помещения. Они состоят из внутреннего блока, соединенного медными трубами с наружным блоком или теплообменником и компрессором. Блоки переменного тока снабжены охлажденным хладагентом, а внутренние вентиляторы нагнетают воздух через змеевики испарителя в помещение.

Тепло поднимается вверх, поэтому кондиционер внутри помещения либо подвешивается к потолку, либо крепится к стене. Однако этот блок будет только «выталкивать» холодный воздух в комнату. Внутри серверной стойки может происходить накопление тепла, называемое «горячими точками». Поток воздуха внутри шкафа сервера можно улучшить, используя панели-заглушки и предоставив достаточное пространство вокруг отдельных ИТ-компонентов для потока воздуха. Также можно установить дополнительные кассеты вентиляторов для подачи воздуха через серверный шкаф.

Из-за возможности быстрых скачков температуры в ограниченном пространстве, таком как серверная стойка или компьютерный зал, важно установить мониторинг окружающей среды. Помимо температуры и влажности, система мониторинга окружающей среды также может обнаруживать проблемы с дымом, огнем и водой, если она оснащена соответствующими дополнительными датчиками. Чтобы система мониторинга окружающей среды работала эффективно, датчики должны быть соответствующим образом расположены внутри установки с подходящим потоком воздуха для отбора проб. В серверной стойке это может означать до 3 пар датчиков (спереди и сзади), расположенных снизу, посередине и вверху серверной стойки.

Использование внешнего теплообменника и компрессора предотвращает образование конденсата внутри внутреннего блока кондиционера. Это одна из проблем портативных блоков переменного тока, которые будут иметь лоток для хранения влаги, удаленной из воздуха по мере его охлаждения. Лоток конденсатора необходимо регулярно опорожнять, чтобы портативный блок переменного тока продолжал работать. В качестве альтернативы переносные блоки переменного тока могут также иметь выхлопную трубу, которую необходимо вывести наружу через дверной проем или окно; оба из них обеспечивают плохую изоляцию от окружающей среды и, следовательно, низкую эффективность охлаждения.

Расчет потребности в охлаждении

Быстрое эмпирическое правило расчета кондиционера для помещения состоит в том, чтобы определить площадь помещения с точки зрения ширины на глубину в метрах и умножить это на 20, чтобы получить британскую тепловую единицу ( БТЕ) за место.

Если пространство 10 на 20 метров, площадь пола = 10 × 20 = 200 м²

БТЕ равно 200 × 20 = 4000 БТЕ или 4000 БТЕ в час

Что касается кондиционера, нам необходимо учитывать БТЕ /час требуется при 1кВт = 3412 БТЕ/час. Таким образом, киловатты равны:

4000 / 3412 = 1,17 кВт необходимого охлаждения

Таким образом, для этого приложения мы рассмотрим блок переменного тока ближайшего размера, который может быть системой мощностью 3 или 5 кВт.

Расчет тепловых нагрузок

Теплоприток относится к передаче тепла в среде, и существует несколько источников теплопритока в вычислительной среде, для которых необходимо произвести расчет. Они должны быть учтены при более точном расчете и включают:

• Площадь пола: как указано выше 10 × 20 метров
• Окна: небольшие компьютерные комнаты, как правило, имеют окна, которые увеличивают приток тепла
• Количество людей в комнате: количество людей в комнате в любой момент времени
• Тепло, выделяемое оборудованием: для серверов мощность = тепловыделение
• Электрическое освещение, тепло: независимо от того, генерирует ли освещение светодиодное или люминесцентное тепло

Взяв остальные элементы для расчета после площади пола имеем:

Окна

Если в ИТ-комнате, компьютерной или серверной комнате нет окон, то эту часть расчета можно проигнорировать. Если есть окна, то они должны учитываться в зависимости от того, выходят ли окна на юг или на север.

• Южное окно BTU = Ширина окна x Глубина (м) x 870, затем x 1,5 (если нет жалюзи)
• Северное окно BTU = Ширина окна x Глубина (м) x 165, затем x 1,5 (если нет жалюзи)

Общее окно БТЕ = Южное окно БТЕ + Северное окно (БТЕ) ​​

Люди (жители и посетители)

Обычно допускается 400 БТЕ на человека. Тогда вычисляется:

Общее количество БТЕ = количество людей в помещении x 400

ИТ-оборудование и другие устройства

Для серверов мощность, потребляемая оборудованием, преобразуется в тепло центральным процессором (ЦП). . Следовательно, сервер мощностью 900 Вт будет генерировать 900 Вт тепла. Для этого расчета важно перечислить все ИТ-устройства, включая коммутаторы, маршрутизаторы и устройства хранения, а также серверы. Общая мощность, необходимая, скажем, для системы ИБП, может быть принята для охлаждающей нагрузки в ваттах или киловаттах. В целях безопасности добавьте к расчету коэффициент 1,5, чтобы учесть возможность расширения в будущем.

ИТ-оборудование, БТЕ = общая мощность x 1,5

Другие более крупные электрические системы в помещении также увеличивают нагрузку в БТЕ. Например, источник бесперебойного питания. Чем больше ИБП по номинальной мощности кВА/кВт, тем выше тепловая мощность. Это также зависит от нагрузки ИБП и состояния заряда батареи.

Электрическое освещение

Тот же процесс для ИТ-оборудования можно повторить для освещения. Окончательная цифра умножается на 4,25, чтобы получить БТЕ освещения, но она может быть уменьшена на одну треть, если вместо флуоресцентного освещения используется светодиодное освещение.

БТЕ освещения = Общая мощность для всего освещения x 4,25

Расчет общего охлаждения

Тогда общая холодильная нагрузка представляет собой сумму отдельных расчетов следующим образом:

Площадь пола + Окно + Люди + ИТ-оборудование + Освещение = Общее охлаждение Требуется БТЕ

, и чтобы получить кВт, разделите БТЕ полного охлаждения на 3412

Необходимое БТЕ полного охлаждения / 3412 = Требуемое общее количество кВт охлаждения

подход и опять-таки может использоваться только в качестве ориентира. Для более точного и полного расчета рекомендуется провести обследование площадки, чтобы учесть другие характеристики и требования, характерные для данной площадки, и убедиться, что выбрана наиболее подходящая технология охлаждения и кондиционер правильного размера.

Резюме

Изменение климата продолжает подталкивать спрос на кондиционирование воздуха, особенно в компьютерных и серверных помещениях, которые, возможно, уже находятся на границе диапазона температур окружающей среды. Улучшить поток охлаждающего воздуха в помещениях такого типа относительно легко, если имеется существующий кондиционер, который необходимо модернизировать. Для ИТ-объектов без существующего блока переменного тока необходимо рассчитать требования к охлаждению серверной комнаты.

Несмотря на то, что можно сделать быстрый расчет, важно, чтобы участок был осмотрен инженером ОВКВ и специалистом по охлаждению с соответствующей квалификацией. Наряду с любой установленной ИТ-сетью или решением для охлаждения компьютерного зала также важно учитывать мониторинг окружающей среды, чтобы гарантировать, что внезапные скачки тепла и скачки температуры вызовут аварийное состояние, на которое можно быстро отреагировать, чтобы обеспечить бесперебойную работу сервера и непрерывность бизнеса.

Как рассчитать потребности в охлаждении центра обработки данных

Последнее обновление: 20 января 2023 г., Джош Махан

Когда дело доходит до работы электрического оборудования, особенно очень сложного и мощного оборудования, используемого в центрах обработки данных, выделение тепла является нормальной стороной -эффект, который необходимо обрабатывать быстро и надлежащим образом, чтобы предотвратить сбои в работе системы и значительный ущерб серверам. Оборудование может внезапно выйти из строя, и его срок службы может сократиться, если температура будет слишком высокой.

Тем не менее, влажность является еще одной серьезной проблемой, на которую следует обращать внимание центрам обработки данных. Слишком низкая влажность может вызвать вспышку электростатического разряда, а слишком высокая влажность может привести к конденсации на оборудовании и возможной коррозии. Чтобы предотвратить эти критические проблемы, центры обработки данных должны использовать мощные и эффективные системы охлаждения, такие как те, которые предоставляются техническими экспертами по телефону C&C Technology .

Связанный: Охлаждение ЦОД 101: От начала до конца

Содержание

Основные рекомендации по температуре, которым необходимо следовать

Рекомендации по температуре для эффективной работы центров обработки данных неоднократно устанавливались Американским обществом инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха , также называемому ASHRAE. Согласно их последним рекомендациям, оборудование информационных технологий (ИТ) в центрах обработки данных должно храниться при температуре от 64 до 81 градуса по Фаренгейту (°F) или от 18 до 27 градусов по Цельсию (°C) при относительной влажности (RH). ) примерно 60%, а точка росы (DP) между -9от ˚C ТР до 15˚C ТР.

В документе также содержится список более подробной информации, основанной на требованиях различных классов ИТ-оборудования центров обработки данных, от классов A1 до A4, а также классов B и C. скорректировали свои предложения в последние годы, потому что центры обработки данных начали отдавать приоритет методам энергосбережения. Тем не менее, центры обработки данных, в которых используется ряд нового и старого оборудования, могут столкнуться с рядом проблем, поэтому им необходимо убедиться, что они находят правильные диапазоны влажности и температуры, которые работают для каждой единицы оборудования.

Внимательно ознакомьтесь с этим документом, чтобы узнать больше о конкретных рекомендациях, предоставленных ASHRAE для , чтобы обеспечить работу оборудования вашего центра обработки данных в наиболее оптимальных условиях для эффективной работы.

Как рассчитать общие потребности в охлаждении центров обработки данных

После того, как центр обработки данных определил оптимальный диапазон температур для своего оборудования, ему необходимо будет тщательно рассчитать общую тепловую мощность своих систем, чтобы определить требуемую мощность охлаждения. Этот процесс потребует общей оценки тепловыделения всего ИТ-оборудования в центре обработки данных наряду с другими потенциальными источниками тепла, что, в свою очередь, покажет, какая мощность охлаждения должна потребоваться центру обработки данных. Эти оценки требований к охлаждению можно определить, тщательно выполнив шесть шагов, описанных ниже.

Связанный: Центры обработки данных: что они делают и почему [2021]

Шаг 1: Измерение тепловой мощности отдельных блоков

Первый шаг определения требований центра обработки данных к охлаждению его оборудования включает измерение общей тепловой мощности указанного оборудования. Однако этот процесс может быть сложным, так как тепло (форма энергии) часто выражается с использованием ряда измерений, включая калории, тонны в день, джоули в секунду и британских тепловых единиц (БТЕ) ​​в час . Тот факт, что эти измерения часто используются вместе, только делает процесс еще более запутанным.

В настоящее время наблюдается тенденция к стандартизации измерения тепловой мощности в ваттах, поскольку БТЕ и тонны постепенно выводятся из употребления. Тем не менее, у вас все еще могут быть данные, основанные на других измерениях. В этом случае вам нужно будет тщательно вычислить их в общепринятом формате, например, в ваттах или в любом другом формате, который чаще всего используется в ваших данных, используя следующие вычисления :

• Тонны в ватты: умножьте на 3530
• BTU в час в ватт: умножить на 0,293
• Ватт в тонны: умножить на 0,000283
• Ватт в BTU в час: умножить на 3,41

Поскольку мощность, потребляемая блоками переменного тока, почти полностью преобразуется в тепло, а мощность, передаваемая по линиям передачи данных, достаточно мала, чтобы ею можно было пренебречь, тепловая мощность оборудования в ваттах должна равняться общей потребляемой мощности блока. Однако одним исключением из этого правила являются маршрутизаторы с передачей голоса по интернет-протоколу (VoIP), которые, как правило, выделяют меньше тепла, чем их энергопотребление. Разница не должна быть достаточной, чтобы оказать существенное влияние на ваши расчеты. Тем не менее, было бы полезно, если бы вы подумали о включении этого фактора в r 9.0135 каждый результат как можно точнее.

Шаг 2: Измерение тепловой мощности всей системы

Чтобы рассчитать общую тепловую мощность, необходимо определить тепловую мощность всего оборудования, работающего как часть этой системы, путем сложения их всех вместе. В центрах обработки данных это тепловыделение от ИТ-оборудования, кондиционеров, систем отключения электроэнергии, систем бесперебойного питания (ИБП) и других. Тепловая мощность освещения и людей также должна быть определена, хотя можно использовать и общие значения.

Общая тепловая мощность систем распределения электроэнергии и ИБП включает фиксированные потери, пропорциональные рабочей мощности системы. Эти потери должны быть относительно постоянными для различных марок и моделей оборудования. Вам также потребуется рассчитать общую охлаждающую нагрузку площади центра обработки данных в квадратных футах, а также номинальную мощность электрической системы. Несмотря на то, что кондиционеры и вентиляторы выделяют большое количество тепла, тепло направляется наружу, и его не нужно добавлять к тепловой нагрузке оборудования центра обработки данных.

Важно понимать, что вы можете положиться на быстрые и простые оценки этих данных, чтобы определить требования к охлаждению для центра обработки данных и его различных серверных комнат, что является большим преимуществом. Тем не менее, вы также можете потратить время на расчет прямой суммы, используя следующие расчеты:

1. Суммируйте мощность нагрузки всего ИТ-оборудования, которая должна быть равна тепловой мощности указанного оборудования.
2. Используйте формулу: (0,04 x номинальная мощность энергосистемы) + (0,05 x общая мощность ИТ-нагрузки) для определения выходной мощности систем ИБП с батареями. Если в вашем центре используется резервная система, вам не следует включать их мощность.
3. Используйте формулу: 2,0 x площадь пола в квадратных футах или 21,53 x площадь пола в квадратных метрах, чтобы рассчитать тепловую мощность освещения центра обработки данных.
4. Умножьте максимальное количество людей, находящихся в центре обработки данных в данный момент времени, на 100, чтобы рассчитать тепло, которое они производят.
5. Наконец, сложите суммы каждого из приведенных выше уравнений, чтобы определить общую мощность источника тепла объекта.

Этап 3: Другие основные источники тепла, на которые следует обратить внимание

Некоторым небольшим центрам обработки данных может потребоваться определить влияние тепла, поступающего в здание через окна, или другого тепла, отводимого наружу. Если в вашем центре обработки данных имеется большое количество окон или воздействие внешних источников тепла, свяжитесь с консультантом по HVAC, чтобы он помог вам определить максимально возможную тепловую нагрузку помещений или объекта в целом. Добавьте это количество к общей тепловой мощности, рассчитанной на шаге 2.

Вы ищете профессиональную службу, которая предоставит вашему центру обработки данных ряд высококачественных решений для охлаждения, чтобы ваше оборудование работало с максимальной эффективностью? Свяжитесь с экспертами C&C Technology сегодня, чтобы узнать больше о том, что они могут сделать для вас.

Шаг 4. Определение влияния увлажнения

Как уже говорилось ранее, центры обработки данных должны иметь стабильный и постоянный уровень влажности, так как слишком высокая или слишком низкая влажность может вызвать различные типы повреждений оборудования центра обработки данных. Это может быть сложно, поскольку кондиционеры обычно создают значительное количество конденсата, в результате чего воздух становится менее влажным. Затем потребуется дополнительное увлажнение, чтобы компенсировать эту потерю влажности. Однако оборудование, необходимое для обеспечения этого дополнительного увлажнения, также увеличит тепловую нагрузку помещения, а это означает, что мощность ваших систем охлаждения необходимо увеличить. Необходимо определить баланс между ними. Это особенно актуально для крупных центров обработки данных, в которых есть более крупные системы кондиционирования воздуха для смешивания воздуха. В этом случае блоки переменного тока могут быть увеличены на 30%.

Этап 5. Дополнительные требования к превышению размеров 

Системам охлаждения также потребуется дополнительная мощность для учета потенциального роста нагрузки и отказов оборудования на объекте. Охлаждающее оборудование может выйти из строя, и центры обработки данных не могут допустить слишком резкого повышения температуры, если это произойдет. Блоки переменного тока необходимо будет периодически отключать от сети для очистки и технического обслуживания, чтобы предотвратить эти проблемы. Эти потребности можно спланировать, добавив резервную мощность в систему охлаждения центра обработки данных. Основное правило состоит в том, чтобы иметь как минимум резервирование n+1 , чтобы в центре обработки данных было на один блок больше, чем строго необходимо для резервного копирования.

Кроме того, можно добавить дополнительную емкость, чтобы справиться с потенциальным ростом нагрузки в будущем, поскольку объем данных, генерируемых центрами обработки данных, быстро увеличивается с течением времени вместе с общим спросом на хранилище данных. Заблаговременно увеличивая охлаждающую способность центров обработки данных, ваш центр сможет быстрее удовлетворять эти растущие потребности.

Шаг 6. Как определить эффективные размеры оборудования воздушного охлаждения

После того, как все требования к охлаждению для вашего центра обработки данных будут тщательно рассчитаны с помощью описанных выше процессов, вы должны быть в состоянии точно определить размер системы (или систем) кондиционирования воздуха, которая потребуется вашему центру обработки данных для эффективной работы . Опять же, вам необходимо знать следующие факторы:

• Тепловая мощность и холодопроизводительность всего вашего оборудования
• Суммарная тепловая мощность освещения ЦОД
• Суммарная тепловая мощность персонала ЦОД
• (При необходимости) холодопроизводительность здания в целом
• Любые требования по завышению размеров из-за балансировки увлажнения
• Превышение размера для возможности резервирования
• Увеличение потенциала для будущего роста

Эта сумма этих данных должна предоставить вам охлаждающую способность вашего центра обработки данных. Однако обратите внимание, что требуемая мощность охлаждения часто примерно в 1,3 раза превышает ожидаемую ИТ-нагрузку, плюс любые расчетные избыточные мощности, в зависимости от общего размера вашего центра обработки данных и его серверных помещений.

Связанный: Инфраструктура центра обработки данных: что вам нужно знать

Сколько стоит охлаждение центра обработки данных?

Стоимость охлаждения вашего центра обработки данных зависит от вашего местоположения, затрат на электроэнергию, размера вашего центра обработки данных и количества стоек. Но чтобы помочь вам приблизиться к примерной оценке, общая стоимость охлаждения центра обработки данных малого и среднего размера составляет около 1250–2080 долларов США в месяц. Это означает, что небольшой центр обработки данных из пяти-десяти стоек будет стоить около 15 000 долларов США в год.

Существует несколько советов и методов снижения затрат на охлаждение вашего центра обработки данных, которые вы должны использовать при проектировании или реорганизации своего центра обработки данных. На ЦС, мы специализируемся на  оптимизации инфраструктуры вашего центра обработки данных  для снижения затрат на охлаждение. Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о наших услугах по проектированию центров обработки данных.

Простые способы сокращения потерь энергии в вашем центре обработки данных

Energy Star предлагает несколько здравых советов , которые вы должны реализовать при проектировании своего центра обработки данных, чтобы сократить потери энергии: ненужное оборудование.

Использовать программное обеспечение и другие технологии для уменьшения объема хранимых данных и более эффективного хранения данных.

Активируйте все встроенные функции управления сервером, которые могут снизить энергопотребление.

Установите интеллектуальные высокоэффективные блоки распределения питания (PDU) для мониторинга и управления энергопотреблением.

Используйте втулки, диффузоры и панели-заглушки для управления эффективностью воздушного потока.

Расположите серверные стойки таким образом, чтобы создать горячие и холодные проходы.

Используйте завесы или системы изоляции из плексигласа, чтобы холодный воздух не смешивался с горячим воздухом.

Рассмотрите возможность установки водяного экономайзера наподобие градирни.

Установите системы охлаждения внутри стоек или рядов, чтобы подавать холодный воздух непосредственно на серверы.

Установите энергосберегающие технологии увлажнения, такие как распылители, туманообразователи и ультразвуковые устройства.

Установите экономайзер на стороне воздуха, если это позволяет ваше местоположение.

Установите датчики и средства управления инфраструктурой центра обработки данных (DCIM) для управления охлаждающей способностью и потоком воздуха.

Как рассчитать БТЕ других факторов в центре обработки данных

При расчете потребности в охлаждении для вашего центра обработки данных вам необходимо рассчитать БТЕ других факторов, влияющих на центр обработки данных помимо оборудования. Вот несколько упрощенных формул , которые помогут вам рассчитать BTU для некоторых из этих наиболее распространенных факторов:

• Площадь центра обработки данных BTU : Ширина (метры) x Длина (метры) x 337
• Северное окно БТЕ : Ширина окна (метры) x длина x 165
• Окно на южную сторону BTU : Ширина окна (метры) x длина x 870
• Факторинг без жалюзи на окнах БТЕ : Окно БТЕ x 1,5
• Персонал БТЕ : Количество людей в центре обработки данных x 400
• Освещение БТЕ : Общая мощность света x 4,25

Суммирование этих дополнительных факторов

Чтобы найти общее количество кВт, необходимое для охлаждения этих дополнительных факторов, вам нужно сложить все факторы вместе, чтобы получить общее значение БТЕ.

Общее количество кВт для других факторов : Общее количество БТЕ / 3412

Принимая во внимание эти другие элементы в вашем центре обработки данных, вы получите более точное измерение для определения ваших потребностей в охлаждении.

Нужна эффективная система охлаждения для вашего центра обработки данных? Свяжитесь с нами, чтобы подобрать оптимальное решение для охлаждения.

Ссылка по теме: Системы мониторинга окружающей среды: передовой опыт

Эффективные методы сбора данных для центров обработки данных, которые следует учитывать

После того, как потребности вашего центра обработки данных в охлаждении будут полностью определены, вам нужно будет выбрать метод (или методы) охлаждения, который вы хотите использовать. Существует ряд методов, из которых вы можете выбирать, и вы должны понимать преимущества, недостатки и общие возможности каждого из них, прежде чем выбрать лучшую систему для вашего конкретного центра обработки данных. Некоторые из основных технологий охлаждения , которые вы можете выбрать, включают:

• Стоечные системы охлаждения: 9Блоки переменного тока 0136 можно установить непосредственно в стойку, чтобы обеспечить точное охлаждение.
• Теплообменники двери стойки: Эти системы охлаждения крепятся непосредственно к серверным стойкам, чтобы отводить тепло от сервера и передавать его обратно в центр обработки данных.
• Охладители: Охладители отводят тепло от одного элемента и передают его другому элементу, обеспечивая эффективное охлаждение серверов.
• Системы изоляции холодных коридоров: Некоторые решения по управлению воздушным потоком предназначены для сдерживания холодного воздуха путем отделения охлаждающих устройств от потока приточного воздуха. Эта настройка позволяет более точно контролировать температуру в центре обработки данных, а также повысить эффективность системы охлаждения.
• Системы герметизации горячих коридоров: Это решение герметизации включает забор горячего воздуха из выхлопных газов оборудования и подачу его непосредственно через блок кондиционирования воздуха, чтобы предотвратить его смешивание с общей подачей воздуха для повышения производительности блоков кондиционирования воздуха.
• Внутрирядное охлаждение: Эти системы устанавливаются рядом с охлаждаемым оборудованием на полу или потолке и могут быть легко масштабированы для быстрого устранения высоких тепловых нагрузок.
• Портативное охлаждение: Они обеспечивают гибкость системы охлаждения, предоставляя решения для охлаждения необходимых областей в любое время.
• Охлаждение с нисходящим потоком: Эти системы пропускают горячий воздух через верхнюю часть устройства и выпускают холодный воздух из нижней части устройства в центр обработки данных.
• Заглушки: Предотвращают рециркуляцию горячего воздуха между системными стойками.
• Напольные плиты с направленным или интенсивным потоком: Эти плитки помогают направлять воздух к оборудованию центра обработки данных, повышая его эффективность и повышая охлаждающую способность.

Выиграет ли ваш центр обработки данных от установки новых высококачественных систем охлаждения, чтобы обеспечить максимально эффективную работу вашего оборудования в течение дня? Обратитесь к специалистам в 9.