Методы подачи и распределения охлаждённого воздуха

Раздел описывает механизмы подачи охлаждённого воздуха в машинный зал, типовые схемы движения воздушных потоков, причины неэффективности (байпас, рециркуляция, зоны пониженного давления) и их влияние на температуру на входе IT-оборудования, энергопотребление и надёжность эксплуатации.

Основные принципы подачи охлаждения

В современных ЦОД охлаждение подаётся через:

CRAH-агрегаты (охлаждение водой);
CRAC-агрегаты DX-типа;
AHU с подмесом наружного воздуха (свободное охлаждение);
локальные решения для телеком-стойк.

Воздух подается в передние зоны серверов, проходит через оборудование и удаляется сзади. Эффективность определяется тем, насколько точно холодный поток достигает стойки без смешения с горячим воздухом.

Основная цель — удерживать температуру на входе серверов в пределах ASHRAE (в РФ практический диапазон 18–27 °C).

Ключевые источники неэффективности

Байпасный поток (Bypass Flow)

Байпас — холодный воздух, который минует стойки и возвращается в охлаждающее оборудование, не охлаждая IT.

Причины:

решётки в горячих коридорах;
неуплотнённые вводы;
избыточная подача воздуха;
неверное расположение решёток.

Байпас снижает температуру возврата, заставляя уменьшать уставку охлаждения. Это увеличивает энергопотребление вентиляторов и холодильного контура.

Рециркуляция горячего воздуха (Recirculation Flow)

Рециркуляция — попадание горячего воздуха из хвоста стойки обратно в её фронт или соседние стойки.

Причины:

недостаток холодного воздуха;
отсутствие заглушек;
утечки под фальшполом или потолком;
малое статическое давление.

Рециркуляция повышает температуру на входе, вызывает локальные перегревы и сокращает ресурс IT.

Зоны пониженного давления (Negative Pressure)

Пониженное давление возникает при высоких скоростях подачи воздуха, вызывая подсос воздуха под фальшпол.

$$P_v = 0.5 \rho v^2$$

где: - $P_v$ — скоростное давление, Па; - $\rho$ — плотность воздуха (1.2 кг/м³); - $v$ — скорость воздуха, м/с.

При $v = 3\text{ м/с}$ скоростное давление ≈ 5 Па — сопоставимо со статическим давлением фальшпола в российских ЦОД (5–15 Па).

Высокие скорости воздуха ухудшают подачу в дальние ряды стоек.

Температура на входе IT-оборудования

Даже при одинаковой уставке охлаждения наблюдается широкий диапазон температур на входе стойк (разница до 10–12 °C).

Часть стоек получает воздух ниже требуемого (потери энергии), часть — выше ASHRAE (риск отказов).

Технические эффекты и последствия

Явление	Последствие	Комментарий
Байпас	Падение температуры возврата	Снижение эффективности холодильного цикла
Рециркуляция	Рост температуры на входе IT	Риск перегрева
Низкое статическое давление	Недостаток воздуха в дальних рядах	Нерегулярное распределение
Высокая скорость	Подсос из помещений	Увеличение непредсказуемых потоков
Смешение потоков	Падение эффективности охлаждения	Уменьшение доли свободного охлаждения

Методы повышения эффективности

Управление статическим давлением

Применяется регулирование скорости вентиляторов CRAH/CRAC по датчику давления под фальшполом.

Преимущества:

точный контроль подачи;
снижение энергопотребления вентиляторов (закон кубов);
возможность повышения уставок температуры.

Контеймент (изоляция коридоров)

Разделяет холодные и горячие потоки конструктивно:

изоляция холодного коридора;
изоляция горячего коридора;
панели и заглушки.

В РФ даёт значимый эффект при плотностях 6–12 кВт/стойка и выше.

Управление микроутечками

установка заглушек;
герметизация отверстий фальшпола;
размещение решёток только в холодных коридорах;
контроль карт потоков.

Выравнивание потоков и температур

перераспределение решёток;
корректировка высоты фальшпола;
локальные вентиляторные модули (in-row / in-rack);
устранение рециркуляции.

Формулы и расчёты

$$P_v = 0.6 v^2$$

где: - $P_v$ — скоростное давление (Па); - $v$ — скорость воздуха (м/с).

Типовые диапазоны:

скорость в решётках: 1.5–2.5 м/с (желательно < 3 м/с);
статическое давление: 5–15 Па.

Ключевые идеи

Равномерность температуры на входе важнее низкой уставки охлаждения.
Байпас и рециркуляция — основные источники потерь эффективности.
Управление статическим давлением снижает энергопотребление вентиляторов.
Контеймент — базовый инструмент для исключения смешения потоков.
При плотностях 6–12 кВт/стойка критично контролировать скорости потока и расположение решёток.
Эффективность охлаждения невозможна без регулярных измерений температуры и схем потоков.