Полное руководство по охлаждению серверных стоек

Низкая эффективность охлаждения стоек может привести к простоям, сокращению срока службы оборудования и увеличению затрат на электроэнергию. Эта статья поможет системным интеграторам и менеджерам ИТ-инфраструктуры разобраться в компонентах и стратегиях охлаждения на уровне стоек, а также выбрать правильное решение для охлаждения вашего центра обработки данных с учетом плотности размещения оборудования, ограничений объекта и долгосрочных операционных целей.

Что такое охлаждение серверных стоек и почему это важно?

Серверная стойка Система охлаждения — это система и метод, используемые для отвода тепла, выделяемого серверами и ИТ-оборудованием внутри стойки. Из-за высокой загрузки процессора, занимаемого места в стойке и плотной компоновки компонентов работа сервера генерирует большое количество тепла. Поэтому необходимо найти подходящее решение для охлаждения, чтобы поддерживать стабильную температуру и предотвращать перегрев.

Почему это важноЭффективное охлаждение серверных стоек предотвращает сбои в работе оборудования, гарантирует бесперебойную работу и надежность, повышает энергоэффективность, а также помогает в развертывании систем высокой плотности. Кроме того, эффективное решение для охлаждения может продлить срок службы вашего оборудования. Это ключевой фактор, гарантирующий производительность, надежность и экономичность вашего центра обработки данных или серверной комнаты.

Типы систем охлаждения серверных стоек

Пассивное охлаждение

Пассивное охлаждение основано на естественном рассеивании тепла, а не на использовании механических устройств с электроприводом. Оно отводит тепло внутри серверной стойки за счет оптимизации воздушного потока, теплопроводности и конвекции.

Это решение для охлаждения не использует холодильное оборудование и имеет меньше движущихся частей, что делает его более энергоэффективным и требует меньше технического обслуживания. Это более экономичное решение для охлаждения серверных стоек.

Несмотря на более высокую экономическую эффективность, его охлаждающая способность ограничена, а точность управления также невысока. Его можно применять, например, в небольших серверных комнатах, где тепловыделение относительно невелико.

Активное охлаждение

В системах активного охлаждения обычно используются такие источники питания, как вентиляторы., кондиционеры, или жидкостные насосы для активного отвода тепла от серверной стойки. Вентиляторы или охлаждающие устройства нагнетают холодный воздух в стойку, а горячий воздух выводится или охлаждается через систему теплообмена. В этом решении могут использоваться как воздушные, так и жидкостные технологии.

Этот метод позволяет справляться со средними и высокими тепловыми нагрузками, обеспечивая чрезвычайно высокую эффективность охлаждения. Он также обеспечивает точный контроль температуры и поддерживает повышенную плотность размещения оборудования в стойках, что широко применяется в большинстве центров обработки данных, корпоративных центрах обработки данных и серверных стойках высокой плотности.

Однако такое решение для охлаждения влечет за собой более высокое энергопотребление и увеличение эксплуатационных расходов. Кроме того, необходимо обслуживать охлаждающее оборудование, например, вентиляторы., фильтры и насосов.

Внутрирядное и стоечное охлаждение — еще один метод развертывания. Внутрирядное охлаждение предполагает установку охлаждающего устройства между стойками. Стойковое охлаждение интегрирует специализированное охлаждение внутри стоек. Оба этих решения позволяют сократить расстояние воздушного потока и повысить эффективность в средах со средней и высокой плотностью размещения оборудования, что дает возможность создавать масштабируемые модульные системы.

Системы воздушного охлаждения

Воздушное охлаждение — наиболее распространенный и экономически эффективный метод. Контролируемый поток воздуха отводит тепло изнутри оборудования, обеспечивая тем самым охлаждающий эффект.

Вентиляторы для установки в стойкуВ этом решении используются вентиляторы, устанавливаемые в стойку, для втягивания холодного воздуха с передней стороны стойки и выталкивания горячего воздуха с задней стороны. Кроме того, вентилятор Система охлаждения больше подходит для стоек с низкой и средней плотностью размещения оборудования, что также упрощает установку и обслуживание.

Конфигурация горячего/холодного коридораМетод охлаждения с разделением на горячие и холодные коридоры предполагает размещение воздухозаборников холодного воздуха в одном коридоре, а воздухоотводчиков горячего воздуха — в другом. Такой способ разделения уменьшает смешивание горячего и холодного воздуха и повышает эффективность охлаждения серверных стоек.

Системы ограждения проходовГерметизация достигается за счет добавления физических барьеров, таких как двери и панели, для разделения горячего и холодного коридоров. Этот метод позволяет улучшить контроль воздушного потока и снизить потери энергии. По сравнению с системой охлаждения с открытым контуром, этот метод охлаждения позволяет размещать стойки с большей плотностью.

Системы жидкостного охлаждения

Если вы работаете в высокопроизводительной ИТ-среде с высокой плотностью размещения оборудования, жидкостное охлаждение отводит тепло эффективнее, чем воздушное.

Охлаждение непосредственно на чипеОхлаждающая жидкость может подаваться непосредственно к компонентам, сильно нагревающимся, таким как процессоры и видеокарты, для эффективного отвода тепла. Этот метод больше подходит для высокопроизводительных вычислений и приложений с высокой плотностью размещения компонентов, но он также требует более сложной инфраструктуры.

Теплообменники задней двериНеобходимо установить дверь с жидкостным охлаждением на задней стороне стойки. Горячий воздух проходит через теплообменник, где охлаждается, прежде чем снова попасть в серверную. Этот метод охлаждения стойки больше подходит для проектов по модернизации, требующих минимальных изменений существующих настроек.

Погружное охлаждениеПрямое погружение сервера в теплопроводящую жидкость обеспечивает чрезвычайно высокую эффективность охлаждения. Такой подход позволяет осуществлять развертывание систем сверхвысокой плотности, но требует больших затрат и профессионального обслуживания.

Основные компоненты систем охлаждения серверных стоек

Блоки распределения охлаждающей жидкости (БРС)

Система охлаждения регулирует, циркулирует и контролирует поток охлаждающей жидкости между источниками охлаждения объекта и ИТ-оборудованием. Блок распределения охлаждающей жидкости (CDU) гарантирует подачу охлаждающей жидкости при правильной температуре, давлении и расходе, а также изолирует контур центра обработки данных от водоснабжения объекта.

Системы охлаждения (CRAC/CRAH)

CRAC (Computer Room Air Conditioning) и CRAH (Computer Room Air Handler) — это основные системы охлаждения, доступные для вашего центра обработки данных. В первых обычно используется охлаждение с помощью хладагента методом прямого расширения, а во вторых — системы с охлажденной водой. Они могут охлаждать и циркулировать воздух по всему помещению, обеспечивая постоянный контроль температуры и влажности. Они также поддерживают охлаждение на уровне помещения, но влияют на производительность стоек.

Аксессуары для управления воздушным потоком

Заглушка заполняет пустое пространство в стойке, предотвращая рециркуляцию горячего воздуха. Система организации кабелей помогает упорядочить провода и избежать блокировки воздушного потока. Герметизирующие элементы используются для герметизации отверстий в стойке или полу, предотвращая утечку воздуха. Эти компоненты оптимизируют воздушный поток и повышают эффективность охлаждения.

Датчики температуры и влажности

Датчики температуры и влажности можно разместить в устройствах мониторинга на полках и в проходах. Они могут отслеживать условия окружающей среды в режиме реального времени, активировать оповещения и корректировать систему при необходимости. Также можно интегрировать датчики с DCIM-системами или программным обеспечением для мониторинга.

Ключевые факторы при выборе решения для охлаждения серверной стойки

Тепловая нагрузка и удельная мощность

Чем выше энергопотребление внутри стойки, тем больше тепла отводится. В условиях низкой плотности размещения оборудования достаточно стандартного решения для воздушного охлаждения. При увеличении плотности необходимо использовать оборудование для прямой подачи охлаждения к конкретным блокам стойки, где сосредоточено тепло.

Размер и компоновка стойки

Размер стойки, включая высоту (U) и глубину, определяет направление воздушного потока через оборудование и места накопления тепла. Как правило, стойка на 42U обеспечивает хороший баланс между вместимостью и воздушным потоком в конфигурации средней плотности. Стойка на 48U требует большей мощности охлаждения, но и занимает больше места.

Более того, компоновка стойки также влияет на эффективность охлаждения. Правильное расположение горячего и холодного коридоров позволяет эффективно направлять холодный воздух к передней части стойки, не смешивая его с горячим воздухом, выходящим с задней стороны.

Самое важное — это то, что пространство в стойке, расположение проводов и охлаждающих устройств влияют на движение воздуха. Хорошо продуманная компоновка обеспечивает равномерный поток воздуха и упрощает интеграцию локальных систем охлаждения. Это позволяет внедрить более точный терморегулирование в вашем центре обработки данных или ИТ-инфраструктуре.

Требования к энергоэффективности

Энергоэффективность связана с долгосрочными эксплуатационными расходами. Системы охлаждения, как правило, составляют значительную часть энергопотребления вашего центра обработки данных. Неэффективные конструкции, несомненно, приведут к высоким эксплуатационным расходам. Вы можете сосредоточить мощность охлаждения в тех областях, где она необходима, что позволит эффективно сократить потери энергии.

Это не только повысит общую эффективность работы вашей системы, но и со временем снизит общую стоимость владения.

Масштабируемость и перспективы дальнейшего расширения

Со временем нагрузка на вашу ИТ-инфраструктуру имеет тенденцию увеличиваться или меняться. Гибкие решения для охлаждения позволяют вашему предприятию расширять мощности без существенных изменений инфраструктуры. Вы можете выбрать модульные или масштабируемые системы, что позволяет избежать необходимости масштабной перестройки при модернизации.

Стоимость (капитальные затраты против операционных затрат)

Важно сбалансировать капитальные затраты (CAPEX) и операционные затраты (OPEX) при оценке стоимости охлаждения серверных стоек. CAPEX включает в себя первоначальные инвестиции в оборудование для охлаждения, установку и модернизацию инфраструктуры, в то время как OPEX покрывает текущие расходы, такие как потребление энергии, техническое обслуживание и эксплуатация системы в течение определенного времени.

Традиционные системы воздушного охлаждения требуют относительно небольших первоначальных инвестиций, но обладают низкой эффективностью управления воздушным потоком и высоким энергопотреблением. Решения для локального охлаждения требуют более высоких первоначальных затрат, но обладают более высокой эффективностью охлаждения и снижают общие эксплуатационные расходы на протяжении всего жизненного цикла.

При увеличении плотности размещения оборудования в стойках вы можете заранее инвестировать в эффективные технологии охлаждения и поддерживать модульные решения для развертывания. Даже при постепенном расширении вашего предприятия вы можете сбалансировать капитальные и операционные затраты.

Как рассчитать потребности в охлаждении серверной стойки?

Определенная тепловая нагрузка

Сначала определите общее энергопотребление всех устройств в вашей стойке, а затем переведите его в значение тепловыделения. Как правило, 1 кВт потребляемой мощности ИТ-оборудования генерирует примерно 3412 BTU/ч тепловой нагрузки. Вы можете использовать эту формулу, чтобы установить четкую целевую величину для ваших потребностей в охлаждении.

В реальных условиях эксплуатации потери в ИБП, освещение или расположенное рядом оборудование также могут создавать дополнительную нагрузку. Учитывайте эти факторы при расчете, чтобы избежать недооценки потребностей в охлаждении.

Добавить запас прочности

Для обеспечения стабильной работы оборудования рекомендуется добавить к расчетной общей тепловой нагрузке запас прочности в 20%, учитывающий возможное расширение в будущем, пиковые нагрузки и изменения окружающей среды.

Оцените требования к воздушному потоку.

Необходимо обеспечить разницу температур между входными и выходными отверстиями стойки. Это условие определяет поток воздуха. Разница температур обычно составляет от 10℃ до 20℃. Правильный поток воздуха гарантирует эффективное отведение тепла от оборудования и предотвращает образование зон перегрева.

Учитывайте экологические факторы и планировку.

Также необходимо проверить результаты расчетов с учетом планировки помещения, расположения стоек, стратегии размещения оборудования и температуры окружающей среды. Эти факторы повлияют на фактическую эффективность охлаждения и могут потребовать корректировки первоначальных расчетов.

Часто задаваемые вопросы

Как охлаждение серверных стоек влияет на общий показатель PUE (эффективность использования энергии) в центре обработки данных?

Эффективное охлаждение на уровне стойки может улучшить показатель PUE за счет локального охлаждения, снижая потери энергии, вызванные переохлаждением всего помещения. Улучшается воздушный поток, эффективно разделяющий горячий и холодный воздух, снижая потребление энергии для поддержания безопасной рабочей температуры и обеспечивая более низкое значение PUE.

Жидкостное охлаждение лучше воздушного?

Жидкостное охлаждение эффективнее воздушного, особенно в условиях высокой плотности или высокой производительности. Жидкостное охлаждение эффективно рассеивает тепло и выдерживает более высокие тепловые нагрузки. Воздушное охлаждение проще, дешевле и может применяться в большинстве стандартных областей, поэтому является более распространенным выбором.

Как плотность размещения оборудования в стойках влияет на выбор стратегии охлаждения?

Плотность размещения оборудования в стеллажах напрямую определяет количество отводимого тепла, что непосредственно влияет на план охлаждения стеллажей. В стеллажах с низкой плотностью (<5 кВт/стеллаж) обычно используются стандартные методы воздушного охлаждения. Стеллажи со средней плотностью (5-15 кВт/стеллаж) требуют улучшенной циркуляции воздуха и герметичности. Стеллажи с высокой плотностью (>15 кВт/стеллаж) выделяют больше тепла, поэтому для поддержания безопасной температуры необходимо использовать жидкостное или внутрирядное охлаждение.

В чём разница между охлаждением серверных стоек и охлаждением серверных помещений?

Методы и места охлаждения различаются. Охлаждение серверных стоек направлено на отвод тепла от уровня стойки и прямую подачу тепла к оборудованию. Этот метод больше подходит для мест с высокой плотностью размещения оборудования или локальных очагов перегрева.

В системах охлаждения серверных помещений в основном используются системы CRAC или HVAC для регулирования температуры во всем помещении. Они напрямую охлаждают все помещение, не воздействуя на конкретные источники тепла.

Заключительная мысль

Работа при низких температурах полезна для вашего серверного оборудования и продлевает срок его службы. KDM может предложить вам различные типы серверных стоек, которые способствуют отводу тепла и обеспечивают надлежащие решения для охлаждения стоек. Кроме того, мы также предоставляем комплексные услуги по индивидуальной настройке. Если вам это необходимо, пожалуйста, свяжитесь с нами. связаться с нами сейчас.