Сенсоры и исполнительные устройства в ЦОД

Основные типы сенсоров

В центрах обработки данных применяются сенсоры для измерения:

температуры;
относительной влажности;
скорости и расхода воздуха;
перепадов давления;
качества воздуха, дыма и аэрозолей;
шума и вибрации.

Температурные сенсоры размещаются:

на входе в стойку (зона холодного воздуха);
на выходе из стойки (зона нагрева);
на разных высотах при фальшполе — для анализа вертикального распределения охлаждения.

Разность температур на входе и выходе является показателем вычислительной нагрузки. Давление под фальшполом измеряется датчиками ΔP для оценки воздушного потока от CRAC/CRAH.

$$ \Delta T = T_{out} - T_{in} \Rightarrow \text{индикатор загрузки и эффективности охлаждения} $$

Плотность и точность измерений

Точность и количество сенсоров определяются требуемой детализацией и используемыми физическими или статистическими моделями. Чем выше плотность сенсоров, тем точнее отслеживается динамика температурных изменений и корректируется управление охлаждением.

Высокая плотность измерений повышает точность CFD-моделей (моделей движения воздуха).
Сенсоры формируют «тепловые карты» ЦОД, что позволяет выявлять зоны перегрева и корректировать воздушные потоки.

Сенсоры и CFD-модели

Собранные показания сенсоров используются в моделях вычислительной гидродинамики (CFD) для оценки распределения температуры по объёму зала. Модель может работать в режиме постоянного обновления, визуализируя горизонтальные и вертикальные сечения температурных полей.

Актуализация CFD-карты по данным сенсорной сети позволяет быстро обнаруживать «горячие зоны».
Модель обновляется при изменении расположения стоек или нагрузки.

Типы и исполнение сенсоров

Большинство сенсоров имеют цифровой или аналоговый выход и подключаются к контроллерам или шлюзам. Отдельную категорию составляют сенсоры коррозии и загрязнения воздуха, применяемые в системах с приточной вентиляцией.

Принцип действия сенсора коррозии

Основан на изменении сопротивления тонкой металлической плёнки (Ag или Cu) при воздействии загрязнённого воздуха.
При осаждении соединений серы (Ag₂S или Cu₂S) на поверхности возрастает сопротивление.
Измеряется скорость утолщения слоя, Å/мес.
Норма для чистого ЦОД — менее 200 Å/мес для серебра и 300 Å/мес для меди.
Превышение указывает на присутствие агрессивных газов (H₂S, SO₂) и риск деградации контактов или плат.

Исполнительные устройства

Контроллеры и реле управляют оборудованием охлаждения (CRAC/CRAH):

включают и выключают агрегаты по сигналам сенсоров;
регулируют частоту вращения вентиляторов;
изменяют уставки температуры и влажности;
управляют заслонками подачи воздуха.

Реле и исполнительные блоки размещаются вблизи CRAC-установок или шкафных контроллеров.

Перегрузка зон охлаждения без учёта текущих показаний сенсоров приводит к неравномерности температур и перерасходу энергии.
При сбоях в сети сенсоров должна быть предусмотрена стратегия по умолчанию (fallback-режим).

Распределение сенсоров

Пример распределения по высоте

flowchart TB classDef big font-size:28px,stroke-width:1.4px,padding:10px; A["12 ft (3,6 м): температура на выходе стоек"]:::big B["4 ft (1,2 м): температура и скорость потока"]:::big C["2 ft (0,6 м): давление и влажность под фальшполом"]:::big D["12 ft (3,6 м): температура подачи от CRAC"]:::big A --> B --> C --> D

Контроль и оценка состояния

Мониторинг загрязнения воздуха и скорости коррозии.
Автоматическое взаимодействие с контроллерами CRAC.
Формирование отчётов по скорости деградации материалов.
Уведомления при превышении пороговых значений.

Ключевые идеи

Сенсорная сеть — основа цифровой модели охлаждения и микроклимата ЦОД.
Комбинация температурных и давленческих сенсоров позволяет оптимизировать подачу воздуха.
Сенсоры коррозии дают ранние сигналы загрязнения и деградации.
Связка «сенсоры + исполнители» формирует замкнутый контур регулирования.
Интеграция данных в CFD-модели обеспечивает прогнозирование и предупреждение перегрева.