Раздел описывает формальные метрики оценки эффективности воздушного обмена в машинном зале ЦОД. Метрики основаны на измерении четырёх характеристических температур и позволяют количественно оценивать: байпасный поток, рециркуляцию, доступность холодного воздуха, эффективность разделения потоков и соответствие температур входа IT-оборудования рекомендуемым значениям.
Метрики рассчитываются по четырём температурам:
Для российских ЦОД замеры обычно выполняются на уровне фронта и хвоста стоек, а также на входе/выходе CRAH. Достаточно средних значений (не обязательно взвешенных).
Определяются три температурные разницы:
$$\Delta T_{\max} = T_{io} - T_{co}$$ $$\Delta T_c = T_{ci} - T_{co}$$ $$\Delta T_i = T_{io} - T_{ii}$$
где: - \(\Delta T_{\max}\) — максимальная доступная разница температур системы; - \(\Delta T_c\) — дельта температуры охлаждающего агрегата; - \(\Delta T_i\) — дельта IT-оборудования.
Байпас — доля охлаждённого воздуха, которая минует IT-оборудование и сразу возвращается в охлаждающий агрегат.
$$BP = \frac{T_{io} - T_{ci}}{\Delta T_{\max}} = \frac{T_{io} - T_{ci}}{T_{io} - T_{co}}$$
Идеальный случай:
Доля охлаждённого воздуха, которая фактически поступает в IT-оборудование:
$$\eta_{supply} = 1 - BP = \frac{m_t}{m_c} = \frac{\Delta T_c}{\Delta T_{\max}} = \frac{T_{ci} - T_{co}}{T_{io} - T_{co}}$$
где: - \(m_c\) — массовый расход воздуха охлаждающего агрегата; - \(m_t\) — массовый расход холодного воздуха, реально дошедшего до IT.
Идеальное значение: \(\eta_{supply} = 1\). В российских ЦОД значениями 0.7–0.85 достигаются залы с базовым контейнментом.
Рециркуляция — доля горячего воздуха, возвращающегося на вход IT-оборудования.
$$R = \frac{T_{ii} - T_{co}}{\Delta T_{\max}} = \frac{T_{ii} - T_{co}}{T_{io} - T_{co}}$$
Идеальное значение:
Доля воздушного потока IT-оборудования, которая не является рециркулированной:
$$\eta_{demand} = 1 - R = \frac{m_t}{m_i} = \frac{\Delta T_i}{\Delta T_{\max}} = \frac{T_{io} - T_{ii}}{T_{io} - T_{co}}$$
где \(m_i\) — массовый расход воздуха, потребляемого IT-оборудованием.
Показывает, достаточно ли воздуха подается для удовлетворения спроса IT-оборудования:
$$A_f = \frac{m_c}{m_i} = \frac{\Delta T_i}{\Delta T_c} = \frac{T_{io} - T_{ii}}{T_{ci} - T_{co}} \cdot \frac{\eta_{demand}}{\eta_{supply}}$$
Интерпретация:
Для российских ЦОД \(A_f \approx 1.1\) часто считается нормой, так как легкое избыточное давление предотвращает переток воздуха между коридорами.
Показывает качество разделения холодного и горячего потоков:
$$ASE = \frac{(1 - BP)^2 + (1 - R)^2}{2}$$
Интерпретация:
Температурный индекс смешения:
$$SHI = \frac{\sum_{i} \sum_{j} \left(T^{r}_{in,i} - T^{C}_{sup}\right)} {\sum_{i} \sum_{j} \left(T^{r}_{out,j} - T^{C}_{sup}\right)}$$
$$RHI = 1 - SHI$$
где: - \(T^{r}_{in}\) — температура на вход стойки; - \(T^{r}_{out}\) — температура на выходе стойки; - \(T^{C}_{sup}\) — температура подачи из CRAC.
RHI = 1 — идеальное отсутствие рециркуляции.
Показывает баланс между воздухом, возвращаемым к охлаждению, и воздухом, проходящим через IT:
$$RTI = \frac{T^{C}_{ret} - T^{C}_{sup}}{T^{r}_{out} - T^{r}_{in}} \cdot 100\%$$
Интерпретация:
$$RCI_{Lo} = \left[1 - \frac{\sum_{i=1}^n (T_{Lo-rec} - T^r_{in,i})} {n \cdot (T_{Lo-rec} - T_{Lo-allow})}\right] \cdot 100\%$$
$$RCI_{Hi} = \left[1 - \frac{\sum_{i=1}^n (T^r_{in,i} - T_{Hi-rec})} {n \cdot (T_{Hi-allow} - T_{Hi-rec})}\right] \cdot 100\%$$
где:
Интерпретация:
| Метрика | Идеальное значение | Плохое значение | Комментарий |
|---|---|---|---|
| BP | 0 | →1 | Байпас воздуха снижает эффективность |
| R | 0 | →1 | Рециркуляция приводит к перегревам |
| ηₛupply | 1 | <0.7 | Доля воздуха, дошедшая до IT |
| η_demand | 1 | <0.7 | Доля воздуха без рециркуляции |
| A_f | =1 | <0.9 / >1.3 | Недоподача или чрезмерный избыток |
| ASE | 1 | <0.5 | Качество разделения потоков |
| RTI | 100% | <80% или >120% | Баланс байпаса/рециркуляции |
| RCI | 100% | <90% | Соответствие температурам ASHRAE |
CFD-моделирование позволяет определить распределение температур и потоков, а затем рассчитать все метрики по виртуальному прототипу. Для действующих ЦОД такие же выводы достигаются по измерениям четырёх температур, что существенно быстрее и дешевле.