Теплоотвод на уровне стойки

Локальные решения для отвода тепла на уровне стоек применяются при высокой плотности ИТ-нагрузок, когда традиционное охлаждение машинного зала не справляется. Охлаждающие модули располагаются вблизи источника тепла — сверху, сбоку или сзади стоек — что позволяет снизить температуру воздуха на входе серверов и уменьшить нагрузку на центральные кондиционеры.

Ключевые требования

Для эффективной работы решений уровня стойки должны выполняться следующие условия:

Стабильная температура воздуха на входе серверов — отсутствие резких перепадов температуры, соблюдение допустимых диапазонов по ASHRAE.
Нейтральное или положительное давление на входе оборудования — предотвращает внутреннюю рециркуляцию воздуха и перегрев компонентов.
Минимальная дополнительная нагрузка на общую систему кондиционирования — тепло, выделяемое стойками, должно отводиться локально, без увеличения нагрузки на комнатные блоки CRAH/CRAC.

Локальные устройства должны обеспечивать стабильные параметры воздуха при любых колебаниях нагрузки и поддерживать равномерное распределение температуры по высоте стойки.

Основные типы решений

В практике ЦОД применяются следующие типы систем отвода тепла на уровне стойки:

верхние модули (overhead);
боковые или рядные охладители (in-row);
замкнутые шкафы (enclosed);
задние теплообменные двери (rear door);
микромодули с использованием наружного воздуха (micro module).

Верхние модули охлаждения

Принцип работы: Модуль размещается над рядом стоек и забирает тёплый воздух из верхней зоны горячего коридора. Воздух проходит через теплообменник и подаётся обратно в холодную зону. Такая схема эффективна при умеренной плотности тепловыделений и позволяет использовать существующее размещение оборудования без перестройки зала.

Преимущества:

не требует дополнительного места на полу;
снижает нагрузку на общие кондиционеры;
простая установка и обслуживание;
высокая надёжность при модульной конструкции.

Ограничения:

возможна рециркуляция горячего воздуха при больших зазорах между модулями;
требуется установка перегородок между коридорами;
эффективность ограничена высотой помещений и конфигурацией потолочного пространства.

Боковые (рядные) охладители

Принцип работы: Охладители располагаются между стойками в ряду и обслуживают несколько соседних стоек. Воздух из горячего коридора проходит через теплообменник внутри блока, охлаждается и подаётся обратно в холодный коридор. Для теплообмена используется вода или гликоль из технологического контура.

Преимущества:

совместимы со стандартными стойками различных производителей;
подходят для зон высокой плотности;
легко масштабируются и интегрируются с системами управления потоками воздуха;
обеспечивают равномерное распределение температуры между стойками.

Ограничения:

занимают место в ряду, уменьшая полезную площадь под ИТ-оборудование;
требуют подключения к водяному контуру и балансировки потоков;
при недостаточной герметизации возможны утечки горячего воздуха в холодный коридор.

Замкнутые шкафы

Принцип работы: Стойка или группа стоек полностью изолируется и образует самостоятельный контур: тёплый воздух от серверов поступает в встроенный теплообменник, охлаждается и возвращается к фронту оборудования. Охлаждающая вода подаётся из общего контура через теплообменник (часто через промежуточный блок CDU — жидкость-в-жидкость).

Преимущества:

полная изоляция потоков, отсутствие смешения воздуха в зале;
возможность установки в существующих помещениях с недостаточной системой кондиционирования;
стабильный температурный режим и высокий КПД при подаче воды повышенной температуры;
сниженные требования к мощности чиллеров.

Ограничения:

занимают место, обычно рассчитаны на 1–2 стойки;
требуют водяного подключения и контроля герметичности;
при отказе охлаждения температура может быстро превысить допустимые значения;
высокая стоимость по сравнению с воздушными решениями.

Задние теплообменные двери

Принцип работы: На выходе из стойки устанавливается теплообменник «воздух–вода», который охлаждает тёплый воздух сразу после выхода из оборудования. Существует два типа: пассивные (без вентиляторов) и активные (с вентиляторами, обеспечивающими поток через радиатор).

Преимущества:

простая интеграция с существующими стойками;
снижение температуры обратного воздуха и нагрузки на кондиционеры;
высокая надёжность и низкое энергопотребление (у пассивных моделей);
компактность — не требуют дополнительного места в зале.

Ограничения:

возможное увеличение сопротивления воздушному потоку;
необходимость контроля конденсации на поверхности радиатора;
ограниченная мощность охлаждения при пассивном исполнении.

Микромодули с использованием наружного воздуха

Принцип работы: Компактные контейнерные блоки с использованием свободного охлаждения. Воздух проходит через фильтры и испарительное охлаждение, затем подаётся непосредственно в стойки. Тёплый воздух выводится наружу без участия центральной системы кондиционирования.

Преимущества:

низкое энергопотребление и высокий коэффициент эффективности;
простота конструкции, автономность;
возможность применения в удалённых или временных площадках.

Ограничения:

зависимость от качества наружного воздуха и влажности;
необходимость регулярной очистки фильтров;
эффективность снижается в жарком или пыльном климате.

Выбор решения

При проектировании теплоотвода на уровне стойки учитывают:

допустимую плотность тепловой нагрузки (кВт/стойку);
доступность технологической воды или возможность свободного охлаждения;
компоновку рядов и высоту помещения;
требуемую надёжность и степень изоляции потоков.

Решения уровня стойки не заменяют общую систему кондиционирования, а работают совместно с ней, перераспределяя тепловую нагрузку и повышая эффективность охлаждения зон высокой плотности.