Расчёт охлаждения серверной начинается с определения всех источников тепла. Основную нагрузку создают серверы, системы хранения данных, сетевое оборудование и источники бесперебойного питания. Дополнительно учитывают освещение, людей во время обслуживания, теплопритоки через ограждения и наружный воздух.
Выбирать кондиционер только по площади нельзя. Серверная площадью 20 м² может выделять 5, 20 или 50 кВт тепла — всё зависит от установленного оборудования. Поэтому основой расчёта является электрическая мощность и реальный режим эксплуатации техники.
Тепловыделение серверного оборудования
Почти вся электроэнергия, потребляемая серверами, системами хранения и сетевыми устройствами, превращается в тепло. Поэтому тепловыделение серверного оборудования обычно принимают близким к его фактическому электрическому потреблению.
Если стойка потребляет 8 кВт, система охлаждения должна удалить примерно 8 кВт тепла. Для нескольких стоек значения складывают, но используют не только паспортный максимум, а измеренную, расчётную и перспективную нагрузку.
Паспортная и фактическая мощность
Мощность блока питания показывает максимум, а не постоянное потребление. Точные данные получают с PDU, ИБП или счётчиков. Если измерений нет, паспортные значения корректируют коэффициентом загрузки и запасом на развитие, особенно для GPU- и AI-серверов.
Расчёт по стойкам
Охлаждение серверных стоек рассчитывают по каждой стойке: одна может выделять 3–5 кВт, другая — 15–30 кВт. В таблице фиксируют текущую мощность, расчётный максимум и развитие. Так выявляют зоны, которым нужны внутрирядные блоки, теплообменные двери или жидкостное охлаждение.
Потери ИБП и электроснабжения
ИБП также выделяет тепло. Его потери зависят от КПД и уровня загрузки. Если через ИБП проходит 30 кВт при КПД 96%, около 1,25 кВт превращается в тепло.
Дополнительно учитывают батареи, распределительные щиты, кабели и трансформаторы, если они находятся в серверной. Оборудование, размещённое в отдельной электротехнической комнате, относится к её тепловой нагрузке.
Теплопритоки через ограждения
Стены, потолок, пол, двери и окна передают тепло из соседних зон или с улицы. Нагрузка особенно заметна под кровлей, рядом с горячими помещениями и на солнечном фасаде. Её рассчитывают по площади, теплопередаче и разнице температур.
Наружный и инфильтрационный воздух
Наружный воздух приносит явное и скрытое тепло. Большой санитарный приток обычно не требуется, но воздух поступает через вентиляцию, двери и неплотности. Если он не охлаждён и не осушен, нагрузку включают в расчёт.
Влажность контролируют вместе с температурой. Чрезмерная влажность повышает риск конденсации и коррозии, а слишком низкая — статического электричества.
Расчёт теплопритоков ЦОД
Расчёт теплопритоков ЦОД разделяют на IT-нагрузку, потери ИБП и электроснабжения, освещение, ограждения, воздух и людей. Для крупного объекта отдельно рассчитывают аккумуляторные, электрические и вспомогательные помещения.
Суммарная нагрузка равна сумме всех составляющих. После этого добавляют обоснованный запас и резервирование. Запас не должен заменять расчёт, иначе система получится дорогой и плохо регулируемой.
Пример расчёта
Допустим, установлены четыре стойки по 7 кВт. IT-нагрузка составляет 28 кВт. Потери ИБП и электрики дают 1,5 кВт, освещение — 0,3 кВт, ограждения и воздух — 1,2 кВт.
Итого получается 31 кВт. При запасе 10% расчётная холодильная мощность серверной составит около 34 кВт. При схеме N+1 установленная мощность будет выше, но один агрегат останется резервным.
Какой запас принимать
Запас покрывает неточность данных, загрязнение теплообменников, изменение условий и небольшой рост нагрузки. Для стабильного объекта часто достаточно умеренного значения. Быстрое расширение лучше учитывать модульной схемой или отдельным этапом.
Завышение на 50–100% без обоснования может вызвать короткие циклы, плохое осушение и низкую эффективность при частичной нагрузке.
Мощность кондиционера для серверной
Мощность кондиционера для серверной выбирают по доступной холодопроизводительности при реальных условиях. Проверяют наружную температуру, длину трасс, температуру возвратного воздуха и возможность круглогодичного охлаждения.
Бытовые сплит-системы не всегда рассчитаны на работу 24/7 и зимнее охлаждение. Для ответственных объектов применяют прецизионные кондиционеры, шкафные системы, чиллер–фанкойл или специализированные решения ЦОД.
Резервирование N+1
При схеме N+1 рабочая нагрузка покрывается несколькими агрегатами, а один дополнительный остаётся резервным. Автоматика выполняет ротацию, выравнивает наработку и запускает резерв после аварии.
Система должна сохранять расчётную мощность при отказе одного кондиционера и при максимальной наружной температуре. Насосы, вентиляторы и электропитание рассматривают вместе с холодильным оборудованием.
Распределение воздуха
Суммарная мощность не гарантирует охлаждение каждой стойки. Организуют холодные и горячие коридоры, ставят заглушки и исключают рециркуляцию. Температуру проверяют на входе в серверы, а не только по настенному датчику.
Высокоплотные стойки
При нагрузке 15–30 кВт на стойку традиционного воздушного охлаждения может быть недостаточно. Используют внутрирядные кондиционеры, задние теплообменные двери или прямое жидкостное охлаждение.
Такие зоны рассчитывают отдельно по расходу воздуха или жидкости, перепаду давления, резервированию и отводу конденсата. Усреднять их с обычными стойками нельзя.
Типичные ошибки
- подбор кондиционера по площади;
- использование только номинала блоков питания;
- игнорирование ИБП и электрических потерь;
- отсутствие запаса на развитие;
- неучтённая работа в жару и зимой;
- достаточная мощность при плохом распределении воздуха;
- отсутствие резервирования критичной нагрузки.
Порядок расчёта
- собрать данные по серверам, стойкам и ИБП;
- определить текущую и будущую электрическую нагрузку;
- добавить освещение, людей, ограждения и воздух;
- рассчитать суммарное тепловыделение;
- принять обоснованный запас;
- выбрать резервирование;
- подобрать оборудование по фактическим условиям;
- проверить распределение воздуха и автоматику.
Итог
Расчёт охлаждения серверной основан прежде всего на электрической мощности IT-оборудования, но также учитывает ИБП, ограждения, воздух, людей и резервирование. Инженеры NIKLAND рассчитывают теплопритоки, подбирают холодильную мощность и проектируют охлаждение серверных и ЦОД с учётом плотности стоек, режима 24/7 и климата Казахстана.
