Как рассчитать тепловыделение серверной
Способы рассчитать тепловыделение: расчёт серверного оборудования
Специальное серверное и телекоммуникационное оборудование располагают в отдельных помещениях, называемых серверными. К их обустройству предъявляются особенные требования. Если грамотно рассчитать тепловыделение для серверной, находящиеся в ней устройства и аппараты будут работать с максимальной эффективностью, а энергозатраты будут минимальными.
Серверные помещения оборудуют в зданиях, где функционирует большое количество техники (например, в офисных центрах). В них устанавливают такие приборы, как элементы бесперебойного питания, распределительные пункты, кроссы, патч-панели, коммуникационные стойки и многое другое. Исходя из количества необходимого оборудования рассчитываются размеры серверной комнаты. Минимально допустимой считается площадь 14 кв. м. В некоторых случаях может использоваться несколько таких комнат.
Требования к оборудованию специального помещения перечислены в стандарте TIA 569. Согласно этому документу, высота потолка в серверной должна достигать 2,5 м. Такая величина обусловлена тем, что большинство стоек для крепления аппаратов имеют высоту 2 м. Для обеспечения эффективного отвода тепла расстояние от их верхней точки до потолка должно быть минимум 0,5 м.
Для обустройства серверной следует выбирать комнаты без окон. Иначе через них в летнее время будет попадать большое количество солнечного тепла, негативно влияющего на работу современной техники.
Множество различных установок, собранных в одном месте, имеют внушительный вес. Поэтому для обеспечения безопасности пол должен выдерживать большую нагрузку (минимум 1200 кг на 1 кв. м.). Чтобы оборудование не вышло из строя из-за действия влаги, потолок требуется покрыть слоем гидроизоляционного материала. Температурный режим следует постоянно поддерживать в диапазоне 18−24 градуса, влажность — на уровне 30−50%
Источники электрических помех необходимо удалить от серверного помещения. Максимальная напряжённость в нём может составлять не более 3 В на 1 м.
В комнате обязательно наличие телекоммуникационной шины, выполняющей роль основного заземлителя. К ней присоединяют заземляющие проводники металлических кабелей, приборов и прочих конструкций. Освещение запитывают от разных распределительных электрощитов, световые приборы размещают на потолке, выключатели для них монтируют на высоте 1,5 м от пола.
Обязательным требованием к серверной является постоянное поддержание чистоты и отсутствие пожароопасных предметов. Доступ в неё должен быть строго ограничен, двери — закрыты на замок, ключи от которого может иметь собственник здания и лицо, ответственное за обслуживание помещения.
Сосредоточение большого числа аппаратуры в комнате увеличивает риск возникновения короткого замыкания, которое может спровоцировать пожар. Чтобы предотвратить эту ситуацию, необходимо правильно рассчитать категорию пожароопасности помещения. При расчётах следует учитывать особенности материалов, используемых в комнате, её площадь, высоту потолка, состояние вентиляционной системы и наличие полок, стеллажей.
На основании этих факторов выделяют несколько разновидностей помещений. Они имеют разную степень пожароопасности.
Повышенная взрывопожароопасность (категория А) присваивается помещениям, где находятся горючие газы, легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки менее 28 градусов. Из-за большой концентрации таких веществ могут образовываться взрывоопасные смеси. При их возгорании расчётное избыточное давление взрыва поднимается выше 5 кПа.
В категорию Б попадают комнаты с горючими волокнами и жидкостями, температура воспламенения которых превышает 28 градусов. Их использование приводит к образованию взрывоопасных паров и пылевоздушных смесей. Если такие смеси загорятся, давление взрыва превысит 5 кПа.
К группе В относят помещения, в которых имеются горючие и трудногорючие жидкости, твёрдые воспламеняющиеся составы. При взаимодействии друг с другом, при соединении с водой или кислородом такие вещества не взрываются, а только горят.
Эта категория делится на 4 подгруппы. Для каждой из них определён диапазон удельной пожарной нагрузки:
В комнатах группы В может быть несколько участков, на которых пожарная нагрузка не превышает установленных значений. Подгруппа В4 предусматривает, что расстояние между этими участками не должно превосходить предельно-допустимых значений.
Группа Г подразумевает умеренную пожароопасность и присваивается помещениям с негорючими материалами. При их раскалении и расплавлении выделяется лучистое тепло, искры и пламя. Жидкости и твёрдые компоненты, образующиеся в этом случае, сжигаются или утилизируются как топливо.
Если в комнате используются негорючие вещества в холодном состоянии, ей присваивается категория Д. Она характеризуется максимально низким уровнем пожароопасности.
Для серверных комнат выбирают современное оборудование, изготовленное из устойчивых к воспламенению пожаробезопасных деталей. Устанавливают такое оборудование на специальных стойках, имеющих стандартную ширину 19 дюймов, глубину 600, 800 или 900 мм. В дополнение к ней прилагается специальный корпус, для фиксации которого стойка оснащается отверстиями. Промежуток между ними составляет 44,5 мм и называется юнитом. Высота стойки обозначается юнитами.
Телекоммуникационная стойка бывает обычной или со стеклянной дверью. Второй вариант более эстетичен и удобен, т. к. позволяет дополнительно защитить закреплённую технику. Более современные модели комплектуются охлаждающими системами (от обычных кондиционеров до автономных сплит-систем), необходимыми для обеспечения оптимального режима температуры. Также в них предусмотрены индикаторы. Стойки, оснащённые всеми необходимыми элементами, называют серверными шкафами.
Залогом эффективной работы техники является защита от перепадов напряжения в сети. Она создаётся с помощью источника бесперебойного питания (ИБП). Существуют разные типы таких устройств:
Для серверных комнат лучше всего подходят источники бесперебойного питания On-Line, но из-за дороговизны их часто заменяют на ИБП линейно-интерактивного типа. Мощность такого устройства должна составлять 5−6 кВА.
Укомплектовав помещение необходимым оборудованием, следует провести расчёт тепловыделения по потребляемой мощности. Тепловую мощность измеряют в БТЕ (Британская термическая единица). 1 Вт составляет 3.412 БТЕ/час. К примеру, тепловыделение компьютера для кондиционирования мощностью 400 Вт будет равно 1364,8 БТЕ/час.
Посчитать суммарное тепловыделение серверного оборудования можно несколькими способами. Первый — сложение показателей тепловыделения каждого прибора — является не самым точным.
При втором варианте подсчётов во внимание берут не только количество тепла, выделяемого оборудованием, но и количество персонала, находящегося в серверной, и количество тепла, проходящего через стены, потолок. Чтобы узнать, сколько тепловой энергии пропускают ограждающие строительные конструкции, требуется воспользоваться формулой Q = S х h х q / 1000, в которой:
В серверной обязательно должна быть налажена вентиляция. Поскольку в ней отсутствуют окна, организовать эффективный естественный приток воздуха невозможно. Помещение приходится оснащать климатическими системами. Именно они выделяют в атмосферу значительные объёмы тепла, вырабатываемого компрессорами и вентиляторами. Чтобы уменьшить тепловую нагрузку на помещение, нужно обеспечить отвод этого тепла наружу.
Кондиционер в комнате должен не только хорошо охлаждать воздушные потоки, но и увлажнять их. В серверной влажность должна находиться в диапазоне 30−50% и меняться со скоростью 6% в час. Конденсация влаги не допускается.
В небольших комнатах и серверных шкафах во время работы кондиционера не происходит смешивание холодного и горячего воздуха, поэтому влага не конденсируется.
Чтобы преодолеть рециркуляцию обратного воздуха из прибора в крупных помещениях, система кондиционирования должна быть настроена на подачу воздуха более низкой температуры. Если холодный поток попадаёт напрямую в кондиционер, влажность в атмосфере резко снизится, потребуется организовать дополнительное увлажнение.
Принимаясь за расчёт тепловыделения серверной, следует учитывать, что, кроме основных источников тепла: телекоммуникационных устройств, источников бесперебойного питания и системы кондиционирования, в комнате имеются дополнительные источники тепловой энергии.
К ним относятся осветительные приборы. Подходящими считаются лампы накаливания и галогенные светильники, не дающие электромагнитных помех. Их число должно быть таким, чтобы уровень освещённости достигал минимум 500 люкс.
Нельзя забывать, что люди, обеспечивающие работу серверных приборов, также выделяют тепло. Известно, что один человек при движении выделяет около 350 Вт энергии. Её нужно учитывать при подсчёте общего тепловыделения.
Расчет выделения тепла в серверной для устройств суммарной мощностью до 30кВт
Добрый день. Помогите рассчитать тепловую мощность серверной. электрическая мощность будет до 30кВт. Заранее благодарен.
Добрый день, уважаемый посетитель нашего сайта. Большое спасибо интересный вопрос, заданный нашим специалистам.
Теперь по существу. К сожалению, для точного расчета тепловой мощности серверной, вы предоставили мало исходных данных, а именно:
Чаще всего, расчет тепловой мощности производится для правильного подбора системы кондиционирования. Тепловая мощность помещения с вычислительной аппаратурой рассчитывается исходя из суммы теплопритоков.
Q1 = S х h х q / 1000
Следует знать, что тепловыделение от вычислительной техники приблизительно равняется 30% от ее потребляемой мощности.
Пример расчета
Теплоприток от одного находящегося в помещении человека составляет: в спокойном состоянии – 0,1 кВт; в движении – 0,13 кВт; при высокой физической активности – 0,2 кВт.
Сложно представить себе айтишника, находящегося в серверной и занимающегося спортом или любой другой активностью, поэтому для расчетов принимаем значение Q2 равное 0,1 кВт.
Q3= 30% от 30кВт, что равняется 9 кВт. Теперь суммируем: 0,9+ 0,1+9=10 кВт
Мы на примере показали алгоритм расчета тепловой мощности серверной, которым пользуются при подборе кондиционера. Для проведения более точных расчетов обратитесь в соответствующую организацию.
Подскажите пожалуйста, а куда деваются оставшиеся 70% потребляемой мощности?
«Следует знать, что тепловыделение от вычислительной техники приблизительно равняется 30% от ее потребляемой мощности.»
Расчет мощности систем вентиляции для серверной
Прежде чем покупать оборудование, которое будет поддерживать заданную температуру в помещении, где установлены высокотехнологичные компьютерные станции необходимо произвести вычисления теплового баланса и для того чтобы убедиться, что его производительности хватит для создания оптимально режима работы. Расчет мощности кондиционера для серверной следует производить в соответствии с требованиями, предъявляемыми к данным помещениям и согласно основных режимам работы всего находящегося там оборудования.
Основные определения и требования
Под определением серверной понимают помещения, в которых могут располагаться:
Стандартного определения для серверной не существует, как и четкого понятия температурных режимов, поэтому при расчетах необходимого руководствоваться значениями, которые указываются в паспортных данных от производителя оборудования.
Единственное официально существующее на сегодняшний день руководство – это «Инструкция по проектированию зданий и помещений для электронно-вычислительных машин», которое приводит лишь общие значения температуры и влажности для помещений, где установлено высокотехнологичное серверное оборудование.
Так, согласно данным, которые приводятся в данном руководстве СН 512-78, устанавливаются основные температурные режимы, а также влажность и скорость движения воздуха в помещениях с вычислительным и коммуникационным оборудованием. Таким образом, допускается, чтобы:
Калькулятор для расчета кондиционера
Основной функцией кондиционеров является охлаждение и поддержание заданной температуры воздуха во внутренних помещениях. Поэтому основным критерием выбора кондиционера для серверной является упрощенный расчет его охлаждающей мощности, для вычисления которой хватит простого калькулятора.
Холодопроизводительность системы кондиционирования всегда должна быть больше значения всех суммарных тепловыделении в данном помещении.
Формула для упрощённого расчета количества холодопроизводительность выглядит так:
где Pk – это холодопроизводительность кондиционера, измеряется в кВт;
Qo – суммарные тепловыделения, работающего в помещении оборудования;
Qn – тепловыделения производимые находящимися в помещении людьми и прочими вспомогательными приборами;
Qм – количество тепла окружающей среды, поступающее в помещение.
Величину значения тепловыделения Qo можно взять в паспортных данных работающего в помещении оборудования или при их отсутствии можно принять от 30 до 50% от значения потребляемой мощности, которое указано на маркировочных табличках.
Тепловыделения Qn, производимые находящимися в помещении людьми и прочими вспомогательными приборами, как правило, не существенно и составляет не более 3-5% от общего тепловыделения, так как в серверных, как правило, отсутствует персонал, выключено основное освещение и не должно находиться другое производственное оборудование. Если же помещение обитаемо, то для расчета можно принять 100-200 ватт тепла на одного человека.
Тепло, поступающее от окружающей среды вычисляется по формуле:
q – это коэффициент освещённости, который зависит от площади остекления и теплопроводности внешних стен и в расчетах принимается от 30 ватт/ м3 для затененных помещений до 40 ватт/ м3 для помещений с южным расположением и большой площадью остекления.
Дополнительные параметры выбора кондиционера
При выборе кондиционера необходимо также руководствоваться V объемом помещения, так как это величина напрямую определяет производительность вентиляторов охладителя в м3/час.
Холодопроизводительность системы кондиционирования и потребляемая мощность несколько разные параметры. Величина мощности охлаждения в несколько раз превышает потребляемую мощность из электрической сети, так как фреон забирает тепло в помещении и отдает его в окружающую среду. Их соотношение называют энергоэффективностью системы кондиционирования (EER). Для небольших кондиционеров это отношение лежит в диапазоне от 2 до 3,5.
Мощность работы кондиционера нередко обозначается отличными от привычных значений в киловаттах (кВт). К примеру, существует обозначение мощности в британских тепловых единицах, измеряемых в БТЕ/час, которые соответствуют количеству теплоты для массы одного английского фунта на градус температуры по шкале Фаренгейта в единицу времени.
Перевод в понятную в большинстве стран мира систему измерений СИ и обратно имеет следующее соотношения, так:
Тепловыделение серверного оборудования: как правильно считать?
Мощность в 1 Вт выделяет тепло в количестве 3.412 БТЕ/час. На этих данных строятся все последующие расчеты. Но здесь есть несколько тонкостей.
Но дело в том, что помимо серверного оборудования в помещении есть и другие температурные факторы. Перегородки пропускают тепло не полностью, а если в серверной постоянно находится несколько человек, тогда количество тепла значительно возрастает. А еще здесь работают осветительные приборы, которые тоже выделяют тепловую энергию.
Температурный фактор №1
Взять техническую документацию и выписать мощности всего оборудования, которое стоит у вас в серверной. Затем общую цифру умножить на 3.412 БТЕ/час. Так вы получите ПРИМЕРНЫЙ уровень тепловыделения. На этот показатель не опираются, так как помимо оборудования на температуру в помещении влияют и другие факторы.
Температурный фактор №2
Здесь понадобится посчитать общее количества тепла от серверного оборудования, как рассказано в первом примере. Но сюда еще следует добавить пропускную способность ограждений.
Что для этого нужно?
Теперь все эти показатели нужно перемножить, а затем полученную цифру разделить на 1000.
Мы получили цифру, которая говорит о количестве тепла, которое пропускают ограждающие строительные конструкции.
Температурный фактор №3
На температуру в серверной влияют осветительные приборы. Они тоже являются источником тепловой энергии, что вносит свои коррективы в полученные ранее расчеты от тепловыделения оборудования и пропускной способности ограждений.
Для серверной подходят лампы накаливания и галогенные светильники. Так как они не являются источниками электромагнитных помех, что могло бы помешать работе серверного оборудования. Кстати, они должны давать вкупе не менее 500 люкс света.
Температурный фактор №4
Возможно, вы удивитесь. Но человек тоже является источником тепла. И если в серверной работает несколько человек, то для точных подсчетов учитывается и этот фактор.
При движении все мы выделяем около 350 Вт энергии, то есть 1194,2 БТЕ/час.
Все эти данные высчитываются и складываются. Так получается общая величина тепловыделения в серверной. И на основе полученных данных составляется проект охлаждения. Кстати, потоки охлажденного воздуха лучше всего направлять на источники тепловыделения. Так вы сэкономите и оптимизируете систему нормализации температурного режима в серверной комнате. Кстати, в соседней статье мы писали о том, как охладить оборудование.
Кондиционирование серверной комнаты
Серверное помещение на предприятиях и в офисах предназначено для изолированной установки электронного оборудования. Большую его часть составляют ЭВМ и телекоммуникационная техника.
Для правильной и безопасной работы устройств, в этой комнате необходимо поддерживать установленный микроклимат. Он включает в себя различные параметры — начиная от температуры воздуха и заканчивая количеством пыли в нём.
Правильная вентиляция серверной позволяет:
Требования к системе кондиционирования воздуха
Микроклимат серверной нуждается в постоянной поддержке, поэтому в проект комнаты обязательно включены системы кондиционирования в вентиляции.
Для обеспечения безопасной и эффективной работы электротехники, система должна выполнять следующие задачи:
Проектирование климатического оборудования выполняется в соответствии с нормативными документами — СНиП 41-01-2003, а также СН 512-78. Они предъявляют следующие требования к вентиляции помещения:
Достижение этих показателей обеспечивает безопасное и надёжное использования электронно-вычислительной техники в постоянном режиме.
Какие кондиционеры применяются для кондиционирования серверных помещений
Кондиционирование серверных помещений с применением бытовых и полупромышленных сплит-систем:
В подавляющем большинстве случаев для кондиционирования небольших серверных помещений применение особо мощных и высоконадежных кондиционеров не является целесообразным и экономически оправданным. В таких случаях с поставленной задачей вполне успешно справляются кондиционеры бытовых и полупромышленных серий настенного, кассетного, канального или колонного типа, при условии их адаптации для работы при пониженных температурах наружного воздуха.
Кондиционирование серверных помещений с применением прецизионных кондиционеров:
Кондиционирование серверных помещений относится к инженерным технологиям обеспечения промышленной безопасности, что накладывает повышенные требования к надежности применяемого оборудования. Поэтому для обеспечения необходимого температурного и влажностного режима в помещениях с особо важным телекоммуникационным и серверным оборудованием применяются специализированные и высоконадежные прецизионные кондиционеры. Такие кондиционеры способны поддерживать температуру в помещении с точностью до 1-го градуса.
Прецизионные кондиционеры обладают следующими основными преимуществами:
Использование прецизионных кондиционеров для кондиционирования серверных помещений является наиболее качественным и соответственно дорогим решением. Но высокая стоимость прецизионных кондиционеров в ряде случаев является неприемлемой для применения в небольших и не особо ответственных серверных помещениях.
Подбор кондиционера по типу охлаждения
В зависимости от площади комнаты и количества серверов выбирается один из тех вариантов охлаждения:
Расчет мощности кондиционеров для серверной
Точный расчет необходимой мощности кондиционеров для серверных помещений является достаточно сложным проектным мероприятием, учитывающим множество исходных данных. На практике применяется упрощенный расчет мощности кондиционеров для серверной, который основывается на следующих исходных данных и корректировочных коэффициентах:
Пример расчета мощности кондиционеров для серверной:
Если объем серверной равен 20 м3, а потребляемая мощность северного оборудования равна 10 кВт:
Расход мощности на теплопотери помещения M1 = V*T = 20*0,03 (0,04) = 0,6 (0,8) кВт
Расход мощности на тепловыделение оборудования M2 = P*Kserv = 10*80% (90%) = 8 (9) кВт
Расход мощности на тепловыделение источников бесперебойного питания M3 = P* Кups =10*20% (30%) = 2 (3) кВт
Резерв мощности на нештатные ситуации M4 = (M1+M2+M3)* Кal = (0,6 (0,8) + 8 (9) + 2 (3))*10% (20%) = 1,06 (1,28) кВт
Резерв мощности на развитие M5 = (M1+M2+M3)* Kup = (0,6 (0,8) + 8 (9) + 2 (3))*10% (30%) = 1,06 (3,18) кВт.
Итоговая мощность кондиционеров M = M1+M2+M3+M4+M5 = 0,6 (0,8) + 8 (9) + 2 (3) + 1,06 (1,28) + 1,06 (3,18) = 12,72 (17,26) кВт.
Итак, в приведенном примере необходимо установить кондиционеры (без учета резервных) суммарной мощностью примерно 15 кВт.
Проблемы кондиционера зимой
Когда требуется выбрать сплит-систему для обустройства помещения с электроникой, необходимо учесть целый ряд параметров. Многие организации доверяют подбор техники IT-специалистам. В этом есть как плюсы, так и минусы, поскольку сотрудники, которые занимаются обслуживанием серверного оборудования, выбирают сплит-системы исходя из личных предпочтений без учета нюансов работы климатических установок.
При выборе кондиционера необходимо помнить, что в серверной комнате он будет работать постоянно и непрерывно независимо от погодных условий. В Москве и других регионах страны разбежка между зимними и летними температурами довольно существенна, поэтому сплит-системе придется функционировать и в зной, и в заморозки.
По этой причине стоит приобретать кондиционер в серверную, который рассчитан на установку «зимнего комплекта» оборудования.
Что упускают из виду специалисты по кондиционерам
Достаточно часто при подборе и установке кондиционера в серверную некоторые мастера не учитывают следующие моменты:
Чтобы избежать вышеперечисленных неприятностей, необходимо доверять выбор и монтаж кондиционера в серверную исключительно профессионалам.
Что такое ротация кондиционеров в серверной
Чтобы гарантированного обеспечить замещение основных кондиционеров серверного помещения применяют согласователь климатического оборудования. Его установка обеспечивает эффективное использование ресурса климатической системы за счет попеременного включения\выключения отдельных модулей. Этот процесс называют «ротацией кондиционеров». Ротационный модуль в основном используется при установке сплит-систем. Такие устройства можно найти в каталогах различных производителей. Нужно учесть, что каждая отдельная модель ротационных блоков может использоваться только с конкретными марками кондиционеров. Применяют согласователи для систем со 100% резервированием, что предусматривает установку в серверной 2-х равнозначных кондиционеров, которые доукомплектованы зимними комплектами. Что дает применения ротационного блока:
Стоимость ротационного модуля определяется его функциональными возможностями и уровнем торговой марки.
Тип управления для кондиционера для серверной
Управление по питанию
Это наиболее простые согласователи кондиционеров для серверных помещений, которые управляют климатической техникой путем включения\отключения подачи питания. Чтобы реализовать такую функцию, подключение устройств для кондиционирования к электросети должно осуществляться через ротационный блок. Преимущество приборов этого типа:
Минусы управления по питанию:
Управление с помощью блоков адаптации
Этот вариант ротационных устройств формирует управляющие сигналы на адаптационные модули, осуществляющие включение/выключение кондиционеров серверной без отключения питания. Существует также определенный модельный ряд климатических устройств, управление которыми может осуществляться непосредственно посредством «сухих контактов».
Управление по инфракрасному каналу
Ротационные модули данного типа совместимы со всеми видами кондиционеров (при этом, основные и резервные климатические устройства могут быть разного типа). Такие контроллеры отличаются наличием узла сбора данных (температурные параметры, время эксплуатации и др.). Они формируют управляющие сигналы, аналогичные командам пульта ДУ кондиционера.
Преимущества ротационных устройств, работающих по инфракрасному сигналу: