Это старая версия документа!
Содержание
Метрики эффективности воздушного обмена
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.
Характеристические температуры
Метрики рассчитываются по четырём температурам:
- \(T_{ci}\) — температура воздуха на входе охлаждающего агрегата (CRAH/CRAC);
- \(T_{co}\) — температура воздуха на выходе охлаждающего агрегата;
- \(T_{ii}\) — температура воздуха на входе IT-оборудования;
- \(T_{io}\) — температура воздуха на выходе IT-оборудования.
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.
Байпасный поток (BP)
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:
- BP = 0 — отсутствует байпас;
- BP → 1 — почти весь воздух уходит в байпас (критически плохо).
Производительность подачи (Supply Performance)
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 (R)
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:
- R = 0 — отсутствует рециркуляция.
Производительность по спросу (Demand Performance)
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.
Доступность воздуха (Air Availability, \(A_f\))
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:
- A_f > 1 — воздух подается с избытком (обычно при положительном статическом давлении).
- A_f = 1 — подача соответствует потребности IT.
- A_f < 1 — недоподача воздуха, риск перегрева.
Для российских ЦОД \(A_f \approx 1.1\) часто считается нормой, так как легкое избыточное давление предотвращает переток воздуха между коридорами.
Эффективность разделения потоков (Air Segregation Efficiency, ASE)
Показывает качество разделения холодного и горячего потоков:
$$ASE = \frac{(1 - BP)^2 + (1 - R)^2}{2}$$
Интерпретация:
- ASE = 1 — идеальное разделение, нет байпаса и рециркуляции.
- ASE < 0.5 — смешение потоков критическое.
Индексы SHI / RHI (смешение потоков на стойке и CRAC)
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.
Индекс RTI (Return Temperature Index)
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:
- RTI = 100% — весь воздух проходит через IT (идеал).
- RTI < 100% — байпас.
- RTI > 100% — рециркуляция.
Соответствие температур рекомендуемым значениям (RCI)
$$RCI_{Lo} = \left[1 - \frac{\sum_{i=1}^n (T_{Lo-rec} - T^r_{in,i})} {n \cdot (T_{Lo-rec} - T_{Lo-allow})}\right] \cdot 100\%$$
$$RCI_{Hi} = \left[1 - \frac{\sum_{i=1}^n (T^r_{in,i} - T_{Hi-rec})} {n \cdot (T_{Hi-allow} - T_{Hi-rec})}\right] \cdot 100\%$$
где: - \(T_{Lo-rec}\), \(T_{Hi-rec}\) — рекомендованные пределы ASHRAE; - \(T_{Lo-allow}\), \(T_{Hi-allow}\) — допустимые границы; - \(T^r_{in,i}\) — измеренные температуры на входе стойки.
Интерпретация:
- RCI = 100% — все температуры в норме.
- RCI < 100% — часть стоек в нарушении температурных требований.
Таблица интерпретации метрик
| 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 |
Использование CFD
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.
Ключевые идеи
- Четыре температуры позволяют количественно описать всю систему воздушного обмена ЦОД.
- Байпас и рециркуляция — ключевые источники энергетических потерь и перегревов.
- Метрики BP, R, A_f и ASE показывают эффективность разделения горячих и холодных потоков.
- RCI отражает соответствие температур IT рекомендациям ASHRAE — критично для надёжности.
- Значения A_f ≈ 1.05–1.15 оптимальны для российских условий с фальшполами 400–600 мм.
- Метрики позволяют управлять уставками CRAH/CRAC, скоростью вентиляторов и схемами контейнмента.