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).

Вертикальный профиль измерений → расчёт показателей → управляющие действия

flowchart TB %% Компактные стили classDef small font-size:18px,stroke-width:1px,padding:6px; classDef metric font-size:18px,stroke-width:1px,padding:6px,stroke-dasharray: 3 2; classDef act font-size:18px,stroke-width:1px,padding:6px,fill:#f6fff6,stroke:#2f7d32; %% Блок 1: Уровни измерений (где и что меряем) subgraph L["Где измеряем (по высоте)"] direction TB L3["Уровень ~3,6 м\nТёплый воздух на выходе стоек\n• T_верх"]:::small L2["Уровень ~1,2 м (рабочая зона)\nВход ИТ и межряд\n• T_вх ИТ • V_потока"]:::small L1["Под фальшполом ~0,6 м\nПодача холода\n• ΔP подполье–зал • T_подачи"]:::small end %% Блок 2: Производные показатели (что считаем) subgraph M["Что считаем (показатели)"] direction TB M1["ΔT стойки = T_вых − T_вх\n(эффективность теплового съёма)"]:::metric M2["Градиент по высоте = T_верх − T_вх\n(стратификация)"]:::metric M3["Равномерность подачи (IU)\nпо рядам/плиткам перфорации"]:::metric M4["Напорная устойчивость: ΔP в допуске?\n(обычно 10–25 Па)"]:::metric M5["Карта «горячих зон» и обход холода\n(утечки/байпас)"]:::metric end %% Блок 3: Управляющие воздействия (что делаем) subgraph A["Что делаем (управление)"] direction TB A1["Вентиляторы CRAH/стойки:\nизменение частоты (VFD)"]:::act A2["Заслонки/клапаны, перфоплитки:\nперераспределение потоков"]:::act A3["Уставки CRAH/чиллеров:\nтемпература/влажность"]:::act A4["Организационные меры:\nзаглушки U, коридоры, уплотнение"]:::act end %% Связи: уровни → показатели L3 -- "по T_верх" --> M2 L2 -- "по T_вх, V" --> M1 L2 -- "по T_вх, V" --> M3 L1 -- "по ΔP, T_подачи" --> M4 L1 -- "карта потоков" --> M5 %% Связи: показатели → действия (с условиями на рёбрах) M1 -- "|ΔT низкая| усиливаем съём\nA1/A2" --> A1 M1 -- "|ΔT высокая| проверка байпаса\nA2" --> A2 M2 -- "|градиент ↑| выравниваем вертикальный профиль\nA1/A2" --> A1 M3 -- "|неравномерно| корректируем перфоплитки/заслонки\nA2" --> A2 M4 -- "|ΔP < допуск| увеличиваем подпольный расход\nA1/A2" --> A1 M4 -- "|ΔP > допуск| перераспределяем подачи\nA2" --> A2 M5 -- "|утечки холода| заглушки U, коридоры\nA4" --> A4 M5 -- "|локальные перегревы| локальная подача/уставки\nA2/A3" --> A3 %% Общая стрелка «замкнутого контура» A1 --- A2 --- A3 --- A4 -. обновлённые условия .-> L

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.