เครื่องปรับอากาศแบบชั้นวางเซิร์ฟเวอร์: วิธีการทำความเย็น, คู่มือ CFM และแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด

ฉากนี้คุ้นเคยสำหรับผู้ดูแลระบบไอที: ชั้นวาง 42U ใกล้กับมุมห้องเซิร์ฟเวอร์ทำงานได้ดีเกือบทั้งปี จากนั้นจะเริ่มส่งคำเตือนเรื่องอุณหภูมิในช่วงฤดูร้อน เทอร์โมสตัทในห้องแจ้งว่า 22°ซ แต่อากาศที่เข้าสวิตช์มีอุณหภูมิสูงกว่า 30°ซ ปัญหาไม่ได้อยู่ที่ความสามารถในการทำความเย็นของห้อง แต่เป็นเครื่องปรับอากาศระดับชั้นวางหรือขาดไป

เครื่องปรับอากาศชั้นวางเซิร์ฟเวอร์หมายถึงการจัดการความร้อนที่ระดับตู้: ส่งอากาศเย็นที่เพียงพอไปยังด้านหน้าของชั้นวาง, กำจัดไอเสียที่ร้อนออกจากด้านหลัง และเลือกฮาร์ดแวร์ที่รองรับการไหลเวียนของอากาศนั้น คู่มือนี้ครอบคลุมถึงภาระความร้อนที่คุณคาดหวังได้ วิธีคำนวณความต้องการในการทำความเย็นและการไหลเวียนของอากาศ และส่วนประกอบของชั้นวางใดบ้างที่ปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อนได้จริง

เหตุใดการระบายความร้อนระดับแร็คจึงสมควรได้รับความสนใจมากกว่านี้

อุณหภูมิทางเข้าของชั้นวางไม่เหมือนกับอุณหภูมิห้อง คณะกรรมการด้านเทคนิคของ ASHRAE 9.9 แนะนำให้รักษาอุณหภูมิอากาศเข้าของอุปกรณ์ IT ไว้ระหว่าง 18°ซ ถึง 27°C (64.4-80.6°F) เมื่อชั้นวางขาดการจัดการการไหลเวียนของอากาศ ไอเสียที่ร้อนสามารถหมุนเวียนไปด้านบนและด้านข้างของตู้ ส่งผลให้อุณหภูมิขาเข้าสูงกว่าค่าเฉลี่ยของห้องอย่างมาก

ข้อเท็จจริงสองประการอธิบายว่าทำไมการระบายความร้อนระดับตู้จึงมีความสำคัญ:

ชั้นวางที่มีประชากรเต็มสามารถบรรจุอุปกรณ์ได้ 5-15 กิโลวัตต์ และแชสซีแบบเบลดเดี่ยวอาจกระจายพลังงานมากกว่า 5 กิโลวัตต์
ตามกฎความน่าเชื่อถือด้านอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย อุณหภูมิในการทำงานที่เพิ่มขึ้นทุกๆ 10°C จะลดอายุการใช้งานที่คาดไว้ของส่วนประกอบลงครึ่งหนึ่งโดยประมาณ

ดังนั้นชั้นวางจึงดูดีบนเทอร์โมสตัทของห้องในขณะที่กำลังพัฒนาฮอตสปอตใกล้กับด้านบนของตู้อยู่แล้ว การระบายความร้อนตามแผนในระดับแร็คคือสิ่งที่ช่วยป้องกันไม่ให้ฮอตสปอตเหล่านั้นเกิดความล้มเหลว

แร็คเซิร์ฟเวอร์ของคุณต้องการความเย็นเท่าไรจริงๆ

จุดเริ่มต้นคือภาระความร้อน พลังงานไฟฟ้าเกือบทั้งหมดที่เซิร์ฟเวอร์หรือสวิตช์ดึงจะถูกแปลงเป็นความร้อน ดังนั้นคุณจึงสามารถประมาณเอาต์พุตความร้อนของชั้นวางได้โดยการสรุปการใช้พลังงานของอุปกรณ์ที่ติดตั้งทุกเครื่อง

ความร้อนโดยทั่วไปตามประเภทอุปกรณ์ ค่าโหลดเต็มตัวแทนสำหรับอุปกรณ์ชั้นวางทั่วไป

เมื่อคุณมีหน่วยกิโลวัตต์รวมแล้ว การแปลงสองรายการจะมีประโยชน์:

ภาระความร้อนในหน่วยบีทียู/ชม = kW × 3413
ความต้องการการไหลของอากาศอยู่ที่ประมาณ 160 CFM ต่อกิโลวัตต์ที่อุณหภูมิต่างกัน 11°C ระหว่างทางเข้าของชั้นวางและไอเสีย

ความต้องการการทำความเย็นที่โหลดในชั้นวางที่แตกต่างกัน โดยอิงจาก 160 CFM ต่อกิโลวัตต์ และความแตกต่างของอุณหภูมิ 11°C
โหลดแร็ค	ความร้อนที่ส่งออก (บีทียู/ชม.)	ประมาณ ต้องการกระแสลม (CFM)
2 กิโลวัตต์	6,826	320
4 กิโลวัตต์	13,652	640
6 กิโลวัตต์	20,478	960
8 กิโลวัตต์	27,304	1,280
10 กิโลวัตต์	34,130	1,600

ตัวอย่าง: ชั้นวางที่มีเซิร์ฟเวอร์ 500 W แปดตัวดึงพลังงานได้ 4 kW นั่นคือความร้อนประมาณ 13,650 บีทียู/ชม. ที่เดลต้ามาตรฐาน 11°C ชั้นวางต้องการการไหลเวียนของอากาศประมาณ 640 CFM หากอุปทานของห้องมีเพียงครึ่งหนึ่ง อุณหภูมิขาเข้าจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

การให้คะแนนแผ่นป้ายชื่อเป็นค่าที่แย่ที่สุด และโหลดที่วัดได้มักจะต่ำกว่า 10-30% ถึงกระนั้นก็ตาม ขนาดการไหลเวียนของอากาศสำหรับโหลดสูงสุดที่สมจริง เนื่องจากปัญหาการระบายความร้อนมักเกิดขึ้นเมื่อโหลดสูงสุด

การจัดการการไหลของอากาศเป็นรากฐานของการทำความเย็นแบบแร็ค

ก่อนที่จะเพิ่มพัดลมหรือหน่วยทำความเย็นพิเศษ ให้แก้ไขพื้นฐาน อุปกรณ์ติดตั้งบนชั้นวางเกือบทั้งหมดได้รับการออกแบบสำหรับการไหลเวียนของอากาศจากด้านหน้าไปด้านหลัง: อากาศเย็นเข้ามาจากด้านหน้าและอากาศอุ่นออกจากด้านหลัง สิ่งใดก็ตามที่ขวางเส้นทางนั้น เช่น ประตูกระจกที่กั้นทางเข้า แผงด้านหลังชิดผนัง หรือช่อง U แบบเปิดที่ให้อากาศร้อนหมุนเวียน จะลดประสิทธิภาพการทำความเย็น

การไหลเวียนของอากาศจากด้านหน้าไปด้านหลัง: ความเย็นเข้าสู่ประตูที่มีรูพรุน ไอเสียของอุปกรณ์ออกทางด้านหลัง

ขั้นตอนการปฏิบัติที่ช่วยปรับปรุงการไหลเวียนของอากาศในระดับชั้นวาง:

จัดเรียงชั้นวางโดยให้หน้าไอดีมาบรรจบกันในทางเดินเย็น และหน้าไอเสียมาบรรจบกันในทางเดินร้อน
เว้นระยะห่างอย่างน้อย 60 ซม. (ประมาณ 24 นิ้ว) ด้านหน้าและด้านหลังแต่ละชั้นวาง
ติดตั้งแผงปิดในพื้นที่ U ทุกแห่งที่ไม่ได้ใช้เพื่อหยุดการหมุนเวียนในแนวนอน
เดินสายเคเบิลผ่านตัวจัดการแนวตั้ง เพื่อไม่ให้กีดขวางทางเข้าด้านหน้าหรือไอเสียด้านหลัง
ปิดช่องสายเคเบิลในพื้นยกสูงเพื่อให้อากาศเย็นไปถึงด้านหน้าของชั้นวาง แทนที่จะรั่วไหลเข้าสู่ช่องใต้พื้น

การหมุนเวียนเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้อุณหภูมิทางเข้าของชั้นวางเกินอุณหภูมิห้อง ในห้องที่อ่านอุณหภูมิได้ 22°C บนตัวควบคุมอุณหภูมิ ชั้นวางที่ไม่มีการจัดการสามารถดึงอากาศอุณหภูมิ 28-30°C เข้าสู่ช่องด้านบนได้ การผสมการไหลเวียนของอากาศที่ไม่ดีอาจทำให้ความสามารถในการทำความเย็นที่มีอยู่สิ้นเปลืองไป 20-30% ซึ่งเป็นตัวเลขที่มักอ้างถึงในการประเมินประสิทธิภาพของศูนย์ข้อมูล หากต้องการทราบรายละเอียดเชิงลึกว่าการไหลเวียนของอากาศและการออกแบบตู้มีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร โปรดดู การจัดการการไหลเวียนของอากาศในตู้เครือข่ายช่วยป้องกันอุปกรณ์ไอทีร้อนเกินไปได้อย่างไร .

ประตูตู้ยังมีบทบาทโดยตรงในการทำความเย็นอีกด้วย ประตูหน้าทึบพร้อมบานกระจกขนาดใหญ่ทำให้แทบไม่มีพื้นที่ให้อากาศเข้าไป ตู้จึงกลายเป็นจุดบอด ประตูเจาะรูหรือประตูที่ออกแบบมาเพื่อการระบายอากาศโดยเฉพาะ เป็นตัวเลือกที่ดีกว่าสำหรับชั้นวางที่มีสวิตช์และเซิร์ฟเวอร์แบบแอคทีฟ ประตูระบายอากาศสูงรักษาความปลอดภัยในขณะที่ปล่อยให้อากาศเย็นเข้าถึงอุปกรณ์ได้จริง:

Vented front door for heavy-duty soundproof server cabinet

ประตูหน้าระบายอากาศสำหรับตู้เซิร์ฟเวอร์กันเสียงสำหรับงานหนัก ประตูระบายอากาศนี้ให้การไหลเวียนของอากาศในขณะที่ยังคงรักษาความปลอดภัย ตอบสนองความต้องการในการระบายความร้อนของสวิตช์และเซิร์ฟเวอร์ที่ใช้งานอยู่ รองรับน้ำหนักได้ประมาณ 1,000 กก. มีโครงโค้งเสริม และเหมาะกับชั้นวางมาตรฐานขนาด 19 นิ้ว ดูผลิตภัณฑ์ →

อุปกรณ์ระบายความร้อนแบบติดตั้งบนชั้นวาง: พัดลม ประตู และเทอร์โมสตัท

สำหรับตู้ที่อยู่ในจุดอุ่นหรือเก็บอุปกรณ์ที่มีความหนาแน่นสูง พัดลมแบบแร็คถือเป็นอุปกรณ์เพิ่มเติมที่มีต้นทุนต่ำและมีประสิทธิภาพ แผงพัดลม 1U หรือ 2U ติดตั้งโดยตรงในชั้นวาง และดึงอากาศร้อนออกจากด้านหลังหรือดันอากาศเย็นเข้าด้านหน้า รุ่นที่มีประโยชน์ที่สุด ได้แก่ สวิตช์เทอร์โมสตัท ดังนั้นพัดลมจะทำงานเฉพาะเมื่ออุณหภูมิภายในเกินจุดที่ตั้งไว้เท่านั้น ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานและลดเสียงรบกวนเมื่อเทียบกับการทำงานของพัดลมอย่างต่อเนื่อง

Thermostat-controlled rack fan unit for server cabinets

พัดลมชั้นวางแบบควบคุมด้วยเทอร์โมสตัทสำหรับตู้เซิร์ฟเวอร์ อุปกรณ์เสริมการทำความเย็นราคาประหยัดสำหรับชั้นวางแบบอุ่น แผงพัดลมนี้ติดตั้งในพื้นที่ 1U หรือ 2U และทำงานเมื่ออุณหภูมิภายในเกินจุดที่ตั้งไว้เท่านั้น ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานและลดเสียงรบกวน ดูผลิตภัณฑ์ →

ตู้แบบปิดและตู้ติดผนังอาจต้องการเครื่องช่วยหมุนเวียนที่ง่ายกว่านี้อีก สามารถติดตั้งพัดลมระบายความร้อนในตู้ที่แผงด้านข้างหรือด้านบนเพื่อปรับปรุงการไหลเวียนของอากาศภายในในพื้นที่ที่การพาความร้อนตามธรรมชาติอ่อนแอ เป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริงสำหรับตู้ติดผนังในทางเดิน ร้านค้า และสำนักงานขนาดเล็กที่ระบบระบายความร้อนที่มีความแม่นยำเต็มรูปแบบไม่สมเหตุสมผล

Compact intelligent cooling fan for network cabinets

พัดลมระบายความร้อนอัจฉริยะขนาดกะทัดรัดสำหรับตู้เครือข่าย พัดลมนี้ติดตั้งที่แผงด้านข้างหรือด้านบนเพื่อปรับปรุงการไหลเวียนของอากาศในกรณีที่การพาความร้อนตามธรรมชาติมีน้อย โดยจะปรับความเร็วตามอุณหภูมิของอุปกรณ์ ทำงานเงียบ และเหมาะกับตู้ติดผนัง ดูผลิตภัณฑ์ →

ในกรณีที่มีความต้องการมากขึ้น ก็มีเครื่องทำความเย็นแบบแถว เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ประตูหลัง และชั้นวางปรับอากาศในตัว สิ่งเหล่านี้กลายเป็นสิ่งจำเป็นเมื่อชั้นวางเดียวมีพลังงานถึงประมาณ 10 kW ขึ้นไป และห้องไม่สามารถจ่ายอากาศปรับอากาศได้เพียงพอ อย่างไรก็ตาม สำหรับห้องเซิร์ฟเวอร์และตู้เครือข่ายส่วนใหญ่ การผสมผสานระหว่างรูปแบบการไหลเวียนของอากาศที่สะอาด ประตูระบายอากาศ และพัดลมที่ควบคุมด้วยเทอร์โมสตัท จะช่วยระบายความร้อนในชั้นวางที่เชื่อถือได้ด้วยต้นทุนเพียงเล็กน้อย โปรดจำไว้ว่าฮาร์ดแวร์ระบายความร้อนเพิ่มเติมใดๆ จะมีประสิทธิภาพก็ต่อเมื่อห้องนั้นสามารถปฏิเสธภาระความร้อนทั้งหมดได้: ชั้นวางขึ้นอยู่กับห้อง และห้องขึ้นอยู่กับระบบเครื่องปรับอากาศ

ตรวจสอบอุณหภูมิขาเข้าของชั้นวางและหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดเหล่านี้

การอ่านค่าแร็คเซิร์ฟเวอร์ที่มีความหมายมากที่สุดคืออุณหภูมิขาเข้าของอุปกรณ์ ไม่ใช่ค่าเฉลี่ยของห้อง วางเซ็นเซอร์วัดอุณหภูมิไว้ที่ด้านหน้าชั้นวาง ความสูงประมาณกลางๆ แล้วบันทึกไว้สองสามสัปดาห์ คุณจะเห็นว่าอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตามปริมาณงานและรอบการทำความเย็นในห้อง และคุณสามารถใช้ข้อมูลนั้นเพื่อตั้งค่าขีดจำกัดของพัดลมได้

อัตราความล้มเหลวสัมพัทธ์เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิขาเข้าของชั้นวางเพิ่มขึ้นเกินช่วงที่แนะนำ

อุณหภูมิขาเข้าที่เพิ่มขึ้นเล็กน้อยก็เพิ่มความเครียดให้กับส่วนประกอบ ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมการเก็บชั้นวางไว้ในแถบที่แนะนำของ ASHRAE จึงเป็นแผนความน่าเชื่อถือในทางปฏิบัติ ข้อผิดพลาดทั่วไปที่ควรหลีกเลี่ยง:

การเติมแร็คมากเกินไปโดยไม่เพิ่มความสามารถในการไหลเวียนของอากาศ
การปิดกั้นท่อไอเสียด้านหลังด้วยกล่อง สายไฟ หรือผนังที่วางใกล้เกินไป
ปิดการใช้งานพัดลมตู้แร็คเนื่องจากเสียงรบกวน แทนที่จะเลือกรุ่นที่ควบคุมอุณหภูมิ
การเพิกเฉยต่อความชื้น: รักษาความชื้นสัมพัทธ์ให้อยู่ในช่วงปานกลาง (ประมาณ 20-80%) เพื่อลดความเสี่ยงจากไฟฟ้าสถิตและการควบแน่น
การตั้งค่าเทอร์โมสตัทของห้องให้ต่ำโดยไม่จำเป็น ซึ่งจะทำให้การใช้พลังงานเพิ่มขึ้นโดยไม่ปกป้องชั้นวาง

นอกจากนี้ยังมีข้อโต้แย้งด้านพลังงานสำหรับแร็ควิ่งใกล้กับส่วนบนสุดของช่วงที่แนะนำอีกด้วย โดยทั่วไปการทำความเย็นเกินแต่ละระดับจะทำให้การใช้พลังงานในการทำความเย็นเพิ่มขึ้นประมาณ 2-4% เนื่องจากระบบปรับอากาศจะทำงานหนักขึ้นเพื่อรักษาพื้นที่ให้เย็นเกินความจำเป็น แนวทางปฏิบัติในการระบายอากาศและการกระจายความร้อนที่เหมาะสมช่วยเสริมมาตรการระดับชั้นวางที่อธิบายไว้ข้างต้น

คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับเครื่องปรับอากาศแบบแร็คเซิร์ฟเวอร์

อุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุดสำหรับชั้นวางเซิร์ฟเวอร์คือเท่าใด

ASHRAE แนะนำให้รักษาอากาศเข้าของชั้นวางให้อยู่ระหว่าง 18°C ถึง 27°C อุปกรณ์ไอทีส่วนใหญ่ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือในช่วงนี้ อุณหภูมิ 22-25°C เป็นเป้าหมายในทางปฏิบัติในการสร้างสมดุลระหว่างความปลอดภัยและต้นทุนด้านพลังงาน

แร็คเซิร์ฟเวอร์ต้องการการไหลเวียนของอากาศเท่าใด

ตามหลักทั่วไป ประมาณ 160 CFM ต่อกิโลวัตต์ของภาระความร้อน โดยมีอุณหภูมิต่างกัน 11°C แร็คขนาด 4 กิโลวัตต์จึงต้องใช้แรงประมาณ 640 CFM ที่ทางเข้าด้านหน้า

พัดลมแบบแร็คพร้อมเทอร์โมสตัททำหน้าที่อะไร?

เป็นแผงพัดลมแบบติดตั้งบนตู้แร็คเพื่อไล่อากาศร้อนออกจากตู้หรือลมเย็นเข้าไป การควบคุมอุณหภูมิจะเปิดใช้งานพัดลมเฉพาะเมื่ออุณหภูมิเกินจุดที่ตั้งไว้ ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานและลดเสียงรบกวนของพัดลมอย่างต่อเนื่อง

จำเป็นต้องมีการกักเก็บทางเดินร้อน / ทางเดินเย็นหรือไม่?

ไม่ได้บังคับสำหรับชั้นวางเดี่ยว แต่การจัดตำแหน่งชั้นวางจากด้านหน้าไปด้านหน้าและด้านหลังไปด้านหลังจะป้องกันไม่ให้ไอเสียที่ร้อนหมุนเวียนเข้าไปในช่องไอดี การกักเก็บแบบเต็มจะช่วยลดพลังงานความเย็นในห้องขนาดใหญ่ลงอย่างเห็นได้ชัด

เครื่องปรับอากาศแบบหน้าต่างสามารถทำให้ห้องเซิร์ฟเวอร์เย็นลงได้หรือไม่?

ตู้เสื้อผ้าขนาดเล็กอาจใช้เครื่องแยกขนาดเล็กหรือแบบพกพา แต่เครื่องปรับอากาศแบบหน้าต่างขาดการควบคุมอุณหภูมิและความชื้นที่แม่นยำ และมักจะไม่สามารถกระจายอากาศทั่วชั้นวางด้านหน้าได้อย่างสม่ำเสมอ แนะนำให้ใช้ระบบระบายความร้อนเฉพาะสำหรับการโหลดด้าน IT อย่างต่อเนื่อง

เหตุใดแผงปิดจึงมีความสำคัญต่อการระบายความร้อนของชั้นวาง?

แผงปิดปิดกั้นการไหลเวียนของอากาศผ่าน U-space ที่ว่างเปล่า หากไม่มีพวกมัน อากาศเย็นจะทะลุช่องเข้าของอุปกรณ์และห่วงอากาศร้อนกลับเข้าไปในชั้นวาง ดังนั้นอุณหภูมิจึงสูงขึ้นแม้ว่าห้องจะเย็นก็ตาม