Промислові рішення для розрахунку потужності: Trotec PT 23000 S для охолодження серверної кімнати

Серверна кімната, що перевищує свою теплову проєктну точку, не виходить з ладу поступово. Вона виходить з ладу раптово: модуль DIMM досягає граничної температури переходу, знижує продуктивність до 30 відсотків, і застосунок, який він підтримує, переходить у тайм-аут. За дві хвилини те саме робить контролер сховища на сусідньому сервері. Коли панель моніторингу показує червоний, шкоду вже, можливо, завдано — не апаратному забезпеченню, яке сучасне обладнання захищає тепловим зниженням продуктивності, а сервісам, що залежали від його роботи на повну потужність.

Trotec PT 23000 S — це портативний точковий охолоджувач комерційного класу, розроблений саме для такого середовища: висока щільність теплового навантаження в обмежених просторах, де стаціонарна інфраструктура CRAC (кондиціонер для комп'ютерних кімнат) або відсутня, або вийшла з ладу, або потребує портативного доповнення під час технічного обслуговування. Розуміння того, як розрахувати розмір, розгорнути й спланувати резервування для пристрою на кшталт PT 23000 S, вимагає інших обчислень, ніж побутовий розрахунок охолодження, з яким знайома більшість покупців портативних кондиціонерів.

Що таке Trotec PT 23000 S і що відрізняє його від побутових портативних кондиціонерів?

Trotec PT 23000 S — це портативний точковий охолоджувач великої потужності з номінальною охолоджувальною потужністю приблизно 23 000 BTU/h (близько 6,7 кВт), розроблений для безперервної роботи в комерційних середовищах із високим явним тепловим навантаженням. Тоді як побутові портативні кондиціонери розраховані на 8–12 годин щоденного циклічного використання в малозапилених середовищах, PT 23000 S створений для цілодобової роботи в серверних кімнатах, друкарських і виробничих зонах та тимчасових робочих приміщеннях — середовищах із безперервним високим тепловиділенням, підвищеним рівнем зважених частинок і нульовою терпимістю до незапланованого простою.

Ключові відмінності від побутових пристроїв включають: компресор і теплообмінник більшої потужності, розраховані на безперервну роботу під повним навантаженням; каналізований відвід гарячого повітря, розрахований на підключення до гнучкого повітроводу, який виводить витяжне тепло за межі охолоджуваного простору; систему керування конденсатом, здатну впоратися з безперервно високими темпами конденсації від охолодження щільних електронних навантажень; і посилений корпус, розрахований на повторне переміщення в комерційних середовищах. Вимога до електроживлення — зазвичай 16 А однофазної напруги 230 В — перебуває в межах стандартної комерційної розетки, але вища за те, що побутова розетка на 13 А може підтримувати безперервно.

Як розрахувати потребу в охолодженні для серверної кімнати?

Розрахунок теплового навантаження серверної кімнати починається з простої тотожності: кожен ват електричної потужності, що надходить у ІТ-простір, виходить у вигляді тепла. Сервер, що споживає 400 Вт електроенергії на вході блока живлення, виробляє 400 Вт тепла всередині кімнати. Стійка з двадцяти серверів по 400 Вт кожен виробляє 8000 Вт (8 кВт) тепла. Це домінантне навантаження в будь-якому ІТ-просторі, і воно повністю визначається вимірюванням або зазначенням загального споживання електроенергії встановленим обладнанням — а не BTU-потужністю опублікованих теплових проєктних точок серверів.

До цього базового ІТ-навантаження додайте вторинні джерела тепла: освітлення (зазвичай 5–15 Вт на квадратний метр для серверних кімнат зі світлодіодним освітленням), людей (приблизно 100 Вт на присутню людину) і тепло, що проводиться крізь оболонку будівлі (розраховується стандартними методами U-значення й площі для конкретної конструкції). Для більшості малих і середніх серверних кімнат, де домінує ІТ-навантаження, ці вторинні джерела додають 5–15 відсотків до загалу. Консервативний плановий коефіцієнт 1,15 від виміряного ІТ-навантаження дає мінімально необхідну охолоджувальну потужність.

Теплові настанови ASHRAE для обладнання центрів обробки даних (Технічний комітет ASHRAE 9.9, Guidelines for Data Center Environments, 2021) визначають рекомендовану температуру повітря на вході 18–27°C для обладнання класу A2 (найпоширеніша класифікація серверів), з допустимою вологістю повітря на вході від 20 до 80 відсотків відносної вологості. Ці обмеження визначають вихідну специфікацію системи охолодження: подавати повітря температурою 18–22°C до входів обладнання й підтримувати цю температуру за повного проєктного теплового ІТ-навантаження.

Позначення N+1 у таблиці стосується проєктування резервування: N пристроїв забезпечують необхідну охолоджувальну потужність, а один додатковий пристрій доступний для заміни будь-якого одного пристрою, що вийшов з ладу, без переривання обслуговування. N+1 — мінімальний стандарт резервування для будь-якої серверної кімнати, де планове чи незаплановане обслуговування охолодження не можна допустити як простій. Для Trotec PT 23000 S із приблизно 6,7 кВт охолодження ІТ-навантаження 7,5 кВт вимагає двох пристроїв для досягнення N+1 — один працює, один у резерві.

Як правильно розмістити портативний точковий охолоджувач у серверній кімнаті?

PT 23000 S подає холодне повітря через спрямований вихід і викидає гаряче повітря конденсатора через канальне з'єднання ззаду. Витяжний повітровід має бути виведений за межі охолоджуваного простору — крізь стельову панель, отвір у стіні чи щілину дверей — щоб запобігти рециркуляції відведеного тепла назад у серверну кімнату й зведенню нанівець ефекту охолодження. Це найпоширеніша помилка розгортання: портативний точковий охолоджувач без повітроводу або з частковим повітроводом, що викидає гаряче повітря в ту саму кімнату, яку охолоджує, досягне нульового чистого охолодження, споживаючи при цьому повну електричну потужність.

Для серверних кімнат, що використовують локалізацію гарячого/холодного коридору (стратегія компонування, яка розділяє потік повітря на вході обладнання від потоку на виході чергуванням орієнтації фасадів стійок), холодний вихід повітря PT 23000 S слід спрямувати в холодний коридор — коридор, де розташовані фасади забору повітря серверів. Гарячий витяжний повітровід має проходити крізь або над локалізацією гарячого коридору до системи вентиляції будівлі або безпосередньо назовні. Таке розгортання дозволяє точковому охолоджувачу живити саме той потік повітря, який протягують сервери, максимізуючи частку охолоджувальної потужності, що досягає входів обладнання.

Граничний випадок: портативне охолодження як аварійний N+1 для стаціонарного пристрою CRAC, що вийшов з ладу

Найцінніший сценарій використання портативного комерційного точкового охолоджувача в багатьох організаціях — це не первинне охолодження, а аварійне резервування. Центр обробки даних чи серверна кімната з одним стаціонарним пристроєм CRAC має прихований дефіцит N+1: якщо CRAC виходить з ладу, резерву немає. Trotec PT 23000 S або еквівалентний комерційний портативний пристрій, що зберігається в сусідньому апаратному приміщенні з попередньо виміряним гнучким витяжним повітроводом, розрахованим на досягнення витяжного шляху серверної кімнати, можна розгорнути за 10–20 хвилин, щоб відновити охолодження, потрібне для підтримки критичних сервісів під час ремонту CRAC. Капітальна вартість портативного пристрою (зазвичай €2000–€4000 для комерційної потужності) невелика порівняно з вартістю збою в обслуговуванні тривалістю навіть одну годину в комерційному ІТ-середовищі. Організації, які прокладають витяжний повітровід портативного пристрою крізь спеціальний канал, встановлений під час початкового будівництва серверної кімнати, можуть досягти аварійного розгортання менш ніж за п'ять хвилин — час реагування, який запобігає досягненню будь-якою подією теплового зниження продуктивності рівня сервісу.

Які електричні та інфраструктурні вимоги до PT 23000 S?

PT 23000 S вимагає окремого однофазного живлення 16 А 230 В, ідеально від контуру, захищеного автоматичним вимикачем типу C, щоб витримати пусковий струм двигуна при запуску. У серверній кімнаті з покриттям ДБЖ (джерело безперебійного живлення — перетворення живлення з акумуляторним резервуванням, що підтримує вихід під час збою мережі) для ІТ-обладнання живлення портативного охолоджувача також слід брати від живлення з резервуванням ДБЖ, якщо охолодження має підтримувати роботу під час перебою мережі. Охолоджувальний пристрій на 6,7 кВт із вхідною потужністю приблизно 2,2 кВт вимагає ДБЖ достатньої потужності, щоб одночасно підтримувати як ІТ-навантаження, так і навантаження охолодження.

Керування конденсатом — друге міркування щодо інфраструктури. PT 23000 S генерує значну кількість конденсату від великого прихованого теплового навантаження, яке він обробляє в середовищі серверної кімнати (електроніка виробляє витяжне тепло з низькою вологістю, але сам процес охолодження конденсує вологу з повітря). Пристрій слід або підключити до безперервного самопливного дренажу, або оснастити вбудованим конденсатним насосом і напірною лінією, виведеною до сусіднього підлогового трапа. Залишати конденсатний бак наповнюватися й спрацьовувати повне вимкнення за поплавцем неприйнятно для пристрою, розгорнутого в критичній ролі охолодження — пристрій вимкнеться автоматично, коли бак повний, саме тоді, коли охолодження найпотрібніше.

В обговореннях r/AskEngineers про охолодження малих центрів обробки даних інженери стабільно рекомендують розраховувати потужність портативних точкових охолоджувачів для комерційних серверних кімнат на рівні 120–130 відсотків від загального виміряного ІТ-навантаження, а не за номінальною потужністю встановленого обладнання, правильно враховуючи майбутнє зростання навантаження й вторинні джерела тепла, які розрахунки за специфікаціями часто не помічають.

Як комерційне портативне охолодження порівнюється з інвестицією у стаціонарний CRAC?

Для постійних малих серверних кімнат зі стабільним ІТ-навантаженням стаціонарний пристрій CRAC зазвичай забезпечує кращу довгострокову цінність, ніж портативний пристрій у ролі первинного охолодження: стаціонарні пристрої мають вищий COP (бо можуть використовувати більші, ефективніші теплообмінники), нижчий рівень шуму й спеціальні шляхи припливного й витяжного повітря, спроєктовані в кімнаті. PT 23000 S та подібні комерційні портативні пристрої обслуговують іншу економічну нішу: сценарії, де інвестиції в стаціонарну інфраструктуру не можна виправдати (тимчасові розгортання, орендовані приміщення, ІТ-середовища для перевірки концепції) або де швидкість оперативного розгортання переважує переваги ефективності й вартості постійного встановлення.

Для організацій, які вже мають стаціонарне охолодження й оцінюють портативні пристрої суто для резервування N+1, розрахунок вартості простий: портативний пристрій повинен працювати лише протягом ремонту CRAC, а не безперервно. Його нижчий COP порівняно зі стаціонарним пристроєм не має значення під час аварії; його здатність бути в робочому стані за хвилини, а не за тижні, потрібні для придбання й встановлення заміни CRAC, має вирішальне значення.

Портативні охолоджувальні пристрої комерційної потужності, такі як Trotec PT 23000 S, обслуговують спеціалізований ринок, де рівні запасів стабільніші, ніж у споживчому сегменті портативних кондиціонерів. Портативні спліт-пристрої споживчого класу — Midea PortaSplit та еквівалентні європейські мобільні спліт-моделі — стикаються зі значно агресивнішими сплесками попиту під час літніх спек, розкуповуючись протягом годин після появи в наявності у великих роздрібних мереж.