Вентиляция серверной: требования, проектирование и монтаж

Дата-центры требуют климат-контроля 24/7 при любых условиях. Вентиляция серверных помещений предназначена для постоянного охлаждения оборудования, чтобы предотвратить превышение рекомендуемых температурных диапазонов устройств и гарантировать их длительную и безотказную работу. Накопление тепла может привести к выходу оборудования из строя.

В этой статье мы поговорим о том, что такое вентиляция серверных помещений, почему она так важна и какие общие требования к ней предъявляются. А также о том, какие основные задачи она решает, чтобы обеспечить оптимальные условия работы IT-оборудования.

Требования к вентиляционным и климатических системам в Data-центрах

Вентиляции дата-центров должны быть автономной, то есть не связана с вентиляцией других помещений здания и не обслуживать их. Так вентиляция в компьютерном клубе создает правильные условия для работы игровых компьютеров, предотвращая их перегрев и сбои. Это связано со специфическими требованиями.

Общие требования к вентиляции

Функционал вентиляции серверной:

• оборудование должно оперативно и точно регулировать внутренний микроклимат для достижения необходимых параметров;
• поддерживать постоянный температурный режим и уровень влажности в рамках установленных нормативов, без значительных колебаний;
• удаление пылевых частиц из воздуха, чтобы минимизировать риски загрязнения устройств;
• интеграция с другими инженерными сетями в том числе с системой противопожарной защиты для комплексной безопасности.

Вентиляция серверной должна функционировать бесперебойно в любых условиях, включая отключение электроснабжения здания и резкие изменения внешней температуры.

Надежность оборудования

Вентиляция ЦОДов обладает высокой степенью надежности и эффективности. Стремительный рост объема обработки данных требует постоянного наращивания вычислительных мощностей, что влечет за собой увеличение тепловыделения. Современные технологии (блейд-серверы) делают возможным размещения большего количества ИТ-оборудования на меньшей площади. Это привело к значительному возрастанию удельной плотности тепловой нагрузки в серверных стойках.

На кондиционирование воздуха в дата-центрах приходится около 35% общей потребляемой мощности. Ежегодно увеличиваются показатели допустимых рабочих параметров. Сегодня температура может достигать 18-27°C при влажности 30-70%. Это обеспечивает значительную экономию электроэнергии на системах кондиционирования.

Расположение оборудования

Расположение кондиционирующего оборудования в серверных — это ключевой фактор, влияющий на эффективность работы и энергопотребление. В существующих помещениях с ограниченным пространством оптимальное решение — размещение внешних блоков кондиционирования на крыше или непосредственно у стен здания.

Применение прецизионного кондиционирования позволяет использовать фальшпол, подвесной потолок или пространство между шкафами для распределения охлаждающего воздуха. Такой подход минимизирует занимаемую площадь и оптимизирует охлаждение.

В современных серверных применяются три основные модели охлаждения — InRoom, InRow и InRack.

• InRoom предполагает охлаждение всего помещения с помощью шкафов прецизионного кондиционирования;
• InRow — охлаждение рядов серверных стоек рядными кондиционерами;
• InRack — локальное охлаждение отдельных стоек в закрытых системах.

В последнее время все большую популярность приобретают проекты, которые предусматривают создание закрытых холодных или теплых зон между рядами стоек. Такой подход значительно повышает эффективность охлаждения, минимизируя потери холода и сокращая потребление электроэнергии кондиционерами.

Система увлажнения

Чтобы ИТ-оборудование работало, требуется высокоточное управление микроклиматом. Увлажнение серверного помещения оптимизируется под конкретные климатические условия и качество воды. Рекомендованный уровень относительной влажности не должен превышать 40%. Это предотвращает возникновение статического заряда.

Варианты:

• Увлажнение высокого давления — равномерно распределяет влагу и удаляет пыль из воздуха, гарантирует стабильную работу приборов в течение длительного времени. Простая конструкция и модульная система трубопроводов с использованием цанговых зажимов позволяют легко модифицировать конфигурацию.
• Ультразвуковое увлажнение — установка прибора не требует специальных условий и может осуществляться в любом месте, формирует мелкодисперсный туман, который равномерно распределяется в воздухе. Подвод воды возможен как из водопровода, так и с использованием специальных бутылей. Прибор работает от стандартной сети 220 В и запускается в работу после заполнения водой емкости и включения в сеть. Встроенный модуль внешнего управления позволяет, при необходимости, задать желаемый уровень влажности воздуха.

Применение адиабатического увлажнения, сопровождаемого поглощением тепла, значительно сокращает энергозатраты на кондиционирование.

Требования к фильтрации воздуха

Система вентиляции серверной отвечает за создание оптимальных условий для функционирования оборудования, требует применения многоступенчатой фильтрации воздуха. Она основывается на принципе предварительной очистки. Для этого применяются фильтры класса EU4-EU5. После следует этап тонкой фильтрации с помощью картриджей класса EU9-EU10.

Такая схема создает максимальную защиту от загрязнений, препятствуя проникновению пыли, ворса и других частиц, способных негативно повлиять на работу серверов. Категорически запрещено использование масляных фильтров, так как они могут стать источником загрязнения воздуха, что недопустимо для высокочувствительных электронных устройств.

Для гарантированной герметичности системы вентиляции, участок трубопровода между фильтром и серверной должен быть полностью изолирован от внешней среды. Для удобства и быстрого доступа к элементам системы, обязательны смотровые люки, позволяющие без труда выполнять сервисные работы.

Нормы температуры и влажности в серверном помещении

Стабильная работа серверного оборудования требует строгого соблюдения определенных микроклиматических параметров:

• оптимальная температура в ЦОДе должна находиться в диапазоне 20-25 °С, при влажности 40-55%;
• уровень загрязнения воздуха не должен превышать 0,001 г/м³ пыли;
• атмосферное давление в пределах 85-105 кПа;
• для качественного охлаждения серверов рекомендуется кратность вентиляции 1,5-2, с превышением приточного воздуха над вытяжным на 20%.

Создание избыточного давления в помещении препятствует проникновению пыли и обеспечивает эффективную циркуляцию воздуха. Соблюдение данных параметров гарантирует бесперебойную работу серверов, предотвращает перегрев приборов и минимизирует риски возникновения сбоев.

Нормативные документы

Микроклимат в центрах обработки данных (ЦОД) основывается на комплексе нормативно-технических документов, определяющих требования к проектированию, монтажу и эксплуатации вентиляции. Главные документы — СНиП 512-78, устанавливающий базовые принципы проектирования помещений для размещения ИТ-оборудования, РД 45.120-2000, определяющий стандарты конфигурации вентиляционных систем для серверных, и СНиП 41-01-2003, регламентирующий требования к разработке, монтажу и эксплуатации вентиляционного оборудования.

Кратность воздухообмена

Допустимая кратность воздухообмена в серверной составляет 1,5-2. Это достаточный уровень отвода тепла от технологических устройств без чрезмерного энергопотребления. Превышение допустимого значения кратности вентиляции способно привести к нежелательным последствиям. Излишняя циркуляция воздушных масс затрудняет точное кондиционирование воздуха. Это приводит к отклонениям от заданных параметров микроклимата. В результате приборы вынуждены работать на более высоких оборотах, что повышает энергопотребление и сокращает срок службы.

Задачи, которые решает вентиляция в серверной

Корректная работа серверного оборудования напрямую зависит от стабильности таких параметров окружающей среды, как температура, влажность и чистота воздуха

Вентиляция серверной комнаты выполняет следующие задачи:

• Регулирование температуры. Поддержание оптимального температурного режима для бесперебойной работы серверного оборудования. Недопущение перегрева, который может привести к сбоям и повреждению электронных компонентов.
• Контроль влажности. Поддержание заданного уровня влажности для предотвращения накопления статического электричества и коррозии электронных элементов.
• Организация достаточного притока кислорода для функционирования серверов.
• Удаление отработанного воздуха. Выведение тепла и влаги, образующихся в процессе работы оборудования.
• Очистка воздуха. Защита от загрязнения и повышения температуры, вызванных накоплением пыли, путем фильтрации воздушных потоков.

Приточно вытяжная вентиляция в серверной должна проектироваться с учетом нормативных требований и включать надежные системы пожаротушения, способные предотвратить и локализовать возникновение пожара.

Основные типы климатического оборудования для серверных

На рынке присутствует несколько вариантов устройств для охлаждения серверных помещений — настенные и подпотолочные сплит-системы. Обе разновидности климатической техники характеризуются своими преимуществами и недостатками, определяющими их применение в зависимости от конкретных условий эксплуатации и технических требований.

• Настенные сплит-системы стоят относительно недорого, отличаются высокой эффективностью и компактными размерами, занимая минимум места. Среди недостатков — ограниченная мощность охлаждения и длина фреоновых коммуникаций. Даже самая мощная модель (10 кВт) не справляется с охлаждением больших серверных помещений, требующих мощных систем кондиционирования.
• Подпотолочные сплит-системы — это мощные кондиционеры, которые равномерно охлаждают помещение за счет направленной подачи воздуха вдоль потолка. Они также отличаются гибкостью монтажа, позволяя устанавливать внутренний и наружный блоки на расстоянии до 50 метров друг от друга.

Выбор климатической техники для серверной требует комплексного подхода. Необходимо учесть размер помещения, мощность серверного оборудования, требования к точности поддержания температуры и влажности, а также особенности конкретного объекта.

Прецизионное кондиционирование

Серверный шкаф с охлаждением и вентиляцией, включая прецизионные сплит-системы, представляют наиболее производительные, эффективные и точные комплексы для поддержания требуемых микроклиматических условий.

Преимущества:

1. Высокая надежность, стабильность и долговечность. Шкафные кондиционеры способны работать без перебоев на протяжении 20 лет и более, даже при интенсивных нагрузках и непрерывном режиме работы.
2. Сверхточное соблюдение заданных климатических параметров. Это гарантирует стабильность температуры и влажности, не подвергаясь влиянию резких температурных перепадов за пределами помещения.
3. Возможность дистанционного управления для удобства и гибкости в регулировании системы.

Благодаря этим характеристикам, шкафные кондиционеры являются востребованным и эффективным решением для создания оптимального микроклимата в соответствии с требованиями современных технологических систем. Вентиляция серверного шкафа отвечает за поддержание нормативных температурных условий для оборудования, размещенного внутри, и предотвращения его перегрева.

Схемы организации воздухообмена в серверной комнате

В современных дата-центрах и серверных помещениях применяют две основные схемы организации воздушных потоков для эффективного отвода тепла, выделяемого оборудованием: “сверху вниз” и “снизу вверх”. Первая эффективна, когда тепловые нагрузки не более 400 Вт/м2 площади пола, тогда как схема “снизу вверх” позволяет организовать более равномерное распределение тепловых избытков в пропорции 35-45% снизу и 65-55% сверху.

Для реализации этих схем чистый уличный воздух доставляется через перфорированные панели технического пола или напольные воздухораспределители системы вытяжной вентиляции. Чтобы точно контролировать параметры воздушной среды в помещениях предусмотрены регуляторы расхода воздуха.

Обустройство и обслуживание

Для поддержания работоспособности системы необходимо регулярно проводить проверку всех ее элементов и узлов:

1. Контроль герметичности труб системы охлаждения.
2. Проверка степени износа фильтрующих элементов.
3. Обеспечение надлежащей чистоты и санитарно-гигиенических условий в помещении.
4. Настройка удаленного автоматического управления.

Выполнение этих мероприятий следует доверять квалифицированным специалистам с необходимыми профессиональными навыками. Рекомендуемая периодичность проведения плановых осмотров и технического обслуживания системы вентиляции серверной составляет 1 раз в год.

Требования к фильтрации воздуха

Требования к вентиляции в серверной основываются на необходимости поддержания нормативных микроклиматических. Воздух нуждается в тщательной подготовке, то есть фильтрации. Помещение оборудуется двухступенчатой системой очистки. На первом этапе проводится предварительная фильтрация с помощью воздушных фильтров класса EU4—EU5, которые удаляют крупные загрязняющие частицы. Затем идет тонкая очистка с использованием картриджных фильтров классов EU9—EU10. Они улавливают мелкую пыль и другие микропримеси. Категорически запрещено применение масляных фильтров, так как они могут стать источником дополнительного загрязнения. Участок воздуховода между фильтрами и серверной должен быть полностью герметичен.

Расчет производительности и стоимости вентсистемы

Выбор системы кондиционирования зависит от размеров помещения и мощности тепловыделения. В небольших серверных с тепловой мощностью до 180 Вт/м2 допустимо использование сплит-кондиционеров, однако они не способны обеспечить точный температурный контроль, необходимый для чувствительных электронных компонентов. В крупных дата-центрах с высокими тепловыделениями требуется прецизионное кондиционирование, которое гарантирует разделение зон холодного и горячего воздуха, предотвращая их смешивание.

Проектирование

Кратность вентиляции серверной определяет количество воздуха, которое проходит через помещение в единицу времени, и напрямую влияет на эффективность охлаждения оборудования. Поэтому перед установкой требуется тщательное проектирование.

Проектировщики серверных помещений используют специальные решения для повышения эффективности системы кондиционирования:

• выбор оптимальной температуры на входе;
• систему управления для регулировки температурного значения, влажности и степени фильтрации воздуха;
• функционирование при низких температурах.

Проводится анализ помещения, где будет устанавливаться оборудование. Учитывается расположение комнаты, наличие окон, возможность монтажа механического воздухообмена.

Монтаж

Чтобы были соблюдены нормы вентиляции серверной важно правильно произвести монтаж.

Этапы:

1. Визит инженера-проектировщика для сбора данных о помещении. Производится оценка объема и площади серверной, ее удаленности от рабочих помещений, количества и мощности ИТ-оборудования, а также объема теплопритоков.
2. На основании полученных данных разрабатывается эскизный, а затем и рабочий проект системы вентиляции и кондиционирования.
3. После завершения проектирования осуществляется поставка комплектующих на объект.
4. Финальная стадия — это монтаж и пуско-наладка системы, проведение нагрузочного тестирования.

В работе учитывается конфигурация комнаты, высота потолков и наличие фальшпола, высота коммуникационных стоек и ИТ-инвентаря. Расположение электроузлов и кабелей также требует тщательного анализа, чтобы исключить риски перегрева и обеспечить свободную циркуляцию воздуха. В зимний период важно использовать специальные комплекты предотвращающие образование конденсата.

Рекомендации по охлаждению

ГОСТ р 70735 — стандарт, который четко регламентирует кратность вентиляции серверной. В нем говориться о том, что система должна быть полностью автономной. Также документ указывает на запрет применения недорогих и маломощных кондиционеров для охлаждения серверной комнаты. Эти устройства не обладают достаточной мощностью для поддержания стабильных показателей температуры, чистоты и влажности, что может негативно повлиять на работу чувствительного ИТ-оборудования и привести к его перегреву или преждевременному выходу из строя.

Вывод

Вентиляция и кондиционирование серверной создает оптимальные условия для бесперебойной работы ИТ-оборудования. Надлежащее охлаждение способствует нормальной работе оборудования, так как предотвращается перегрев. Поддерживаются оптимальные температурные и влажностные условия, что продлевает срок службы серверов и снижает риск сбоев. Правильная вентиляция помогает контролировать уровень шума и пыли.

Часто задаваемые вопросы

Для чего нужна вентиляция и система кондиционирования серверной?

Серверы и ИТ-оборудование выделяют значительное количество тепла в процессе работы. Системы вентиляции и кондиционирования позволяют поддерживать оптимальную температуру в помещении, отводя выделяемое устройствами тепло, отвечают за регулярное обновление воздуха в помещении, используются для его очистки и поддержании влажности на нужном уровне.

Зачем нужна вентиляция, если есть кондиционер?

Кондиционеры предназначены для поддержания комфортной температуры в помещении для людей, но они не всегда дают достаточное охлаждение мощных серверов, которые выделяют большое количество тепла. Вентиляция дополняет систему кондиционирования, создавая отвод горячего воздуха от оборудования. Она обеспечивает регулярный приток свежего воздуха и удаление загрязненного. Это улучшает качество воздуха, уменьшает концентрацию пыли, дыма и других вредных примесей. Даже в случае выхода из строя кондиционера не произойдет перегрев серверов до аварийного отключения.

Какие могут возникнуть проблемы, связанные с обеспечением правильного кондиционирования воздуха в ЦОД?

Возникающие проблемы в этой области могут быть связаны с перегревом оборудования, снижением эффективности системы кондиционирования, сбоями в ее работе, а также нестабильной работой при отрицательных температурах.