Организация систем кондиционирования для серверных помещений
Система кондиционирования серверного помещения представляет собой инженерный комплекс, предназначенный для поддержания строго заданных параметров микроклимата в пространствах с размещением критически важного серверного и сетевого оборудования.
Основная задача данной системы — обеспечение бесперебойного функционирования техники за счет стабилизации температурного режима, уровня влажности и организации регламентированной циркуляции воздушных потоков.
Профессиональное компьютерное оборудование характеризуется значительным тепловыделением в процессе эксплуатации и обладает высокой чувствительностью к перегреву. В связи с этим в дата-центрах и серверных комнатах, где сконцентрировано большое количество единиц техники, монтаж специализированной системы охлаждения является обязательным требованием. Ее работа направлена на поддержание температуры в установленных пределах и предотвращение выхода из строя электронных компонентов.
Системы вентиляции и охлаждения для подобных объектов принципиально отличаются от решений, применяемых в жилых или общественных зданиях. Для гарантии бесперебойности функционирования в проекте предусматриваются резервные модули. Кроме того, конфигурация оборудования оптимизируется для максимально эффективного отвода избытков тепла при минимальных энергозатратах.
Ключевые требования к кондиционерам для серверных помещений
Климатическое оборудование, эксплуатируемое в серверных, должно соответствовать ряду строгих критериев:
- Круглосуточный режим работы: возможность функционирования 24/7/365 без остановок, в том числе при наружных температурах от –30°С до +45°С;
- Точный контроль параметров: поддержание температуры в диапазоне, рекомендованном для серверного оборудования (как правило, +18°C до +27°C), и относительной влажности в пределах 40–60%;
- Низкий уровень шума: актуально для помещений, где могут работать сотрудники;
- Надежность: Проектирование и монтаж должны выполняться исключительно квалифицированными инженерами, специализирующимися на системах контроля микроклимата для ответственных объектов.
Распространенной ошибкой при организации небольших серверных является поручение задач по проектированию охлаждения IT-специалистам. Следствием такого подхода становится неэффективная работа системы, хронический перегрев оборудования, повышенное энергопотребление и частые сбои. Во избежание данных проблем рекомендуется привлекать профильных проектировщиков.
Специфика серверных помещений и нормирование параметров микроклимата
Главной особенностью серверных помещений является высокая плотность тепловыделения от работающего оборудования. При разработке проекта необходимо подбирать устройства, способные отводить расчетное количество тепла с учетом планировки и насыщенности зала.
Схемы организации воздухообмена
В соответствии со Сводом правил СП 512-78, воздухообмен в серверных помещениях организуется по следующим схемам:
При тепловой нагрузке свыше 400 Вт/м² применяется схема «снизу-вверх»: охлажденный воздух подается в нижнюю зону и, нагреваясь, поднимается к потолку для удаления. Это позволяет эффективно эвакуировать перегретые потоки и обеспечить оптимальные условия для работы техники.
При нагрузке до 400 Вт/м² допускается схема «сверху-вверх».
Проектная кратность воздухообмена должна иметь запас не менее 50%. Мощность системы вентиляции не должна снижаться при частичном отказе оборудования, для чего часто предусматривают две автономные системы с независимым электропитанием.
Нормативные требования
Проектирование систем кондиционирования серверных помещений осуществляется на основе СП 512-78 и СНиП 41-01-2003, которые устанавливают следующие параметры:
- Температура: от +17°С до +24°С с допустимыми колебаниями не более ±2°С в час;
- Влажность: 45–55% с отклонением не более ±6% в час;
- Давление: избыточное, в диапазоне 85–105 кПа, для предотвращения притока некондиционированного воздуха из смежных помещений;
- Скорость воздушного потока: не более 0,3 м/с (в летний период — до 0,5 м/с);
- Запыленность: не более 0,75 мг/м³ при максимальном размере частиц 3 мкм.
Обязательным требованием является наличие резервных охлаждающих модулей, автоматически вводимых в эксплуатацию при отказе основных.
Методика расчета мощности системы охлаждения
Мощность климатического оборудования для центра обработки данных определяется на основе данных о тепловыделении всех единиц техники, указанных в технической документации, с применением специализированного программного обеспечения.
Пример расчета:
- Тепловыделение от серверов: 10 серверов × 500 Вт = 5000 Вт (5 кВт);
- Тепловыделение от прочего оборудования (коммутаторы, системы хранения, освещение): допустим, 2 кВт;
- Суммарная тепловая нагрузка: 5 кВт + 2 кВт = 7 кВт;
- Коэффициент запаса: для учета возможных дополнительных нагрузок применяется коэффициент 10–20%. Примем 15%.
Итоговая нагрузка: 7 кВт × 1,15 = 8,05 кВт.
На этапе проектирования специалисты закладывают резерв мощности не менее 10%. Приблизительная оценка требует 50–70 Вт охлаждающей мощности на 1 м³ объема помещения, однако точный расчет является сложной инженерной задачей.
Использование недорогих бытовых кондиционеров в серверных помещениях недопустимо, поскольку они не способны обеспечить требуемую точность контроля влажности, чистоты и скорости движения воздуха. Экономия на профессиональном проектировании и монтаже неизбежно приводит к значительным финансовым потерям в результате поломок дорогостоящего серверного оборудования.
Рекомендации по выбору климатического оборудования для серверных помещений центров обработки данных
Выбор системы охлаждения для серверных помещений должен основываться на требованиях к стабильности микроклимата, надёжности, масштабируемости и соответствию нормативным стандартам, включая ГОСТ Р 59711-2022 и классы доступности Tier III–IV. Применение бытовых или коммерческих сплит-систем в инфраструктуре ЦОД не рекомендуется, поскольку они не обеспечивают необходимой точности регулирования, отказоустойчивости и интеграции с системами мониторинга.
Настенные сплит-системы, несмотря на низкую стоимость и компактность, обладают ограниченной производительностью (до 12,5 кВт) и малой длиной хладагентных трасс, что делает их непригодными для обеспечения равномерного охлаждения в помещениях с высокой плотностью тепловыделения. Их использование допустимо лишь в исключительных случаях — например, в небольших локальных серверных комнатах с минимальной нагрузкой и отсутствием требований к резервированию.
Мульти-сплит системы, хотя и позволяют снизить количество внешних блоков, не соответствуют принципам отказоустойчивости, так как отказ одного наружного модуля приводит к полной остановке всех внутренних устройств. Это нарушает требования к резервированию по схемам N+1 или 2N и не допускается в инфраструктуре, обеспечивающей непрерывную работу критически важных систем.
Для серверных помещений ЦОД применяются исключительно прецизионные кондиционеры — специализированные устройства, предназначенные для круглосуточной эксплуатации в условиях высокой тепловой нагрузки.
Они обеспечивают точное поддержание температуры (±0,5 °C) и влажности (±2 %), оснащены системами фильтрации воздуха, встроенными датчиками и возможностью интеграции с BMS и DCIM. Такие системы, включая шкафные модели с осушителями и HEPA-фильтрами, разработаны для поддержания микроклимата в строгом соответствии с заданными параметрами и обеспечивают высокую степень надёжности, что является обязательным условием для промышленных и корпоративных ЦОД.
Организация систем кондиционирования для серверных помещений и центров обработки данных
Эффективное функционирование серверного оборудования требует поддержания строго заданных параметров микроклимата. В статье рассматриваются ключевые типы климатического оборудования, схемы организации воздухообмена и принципы проектирования надежных систем охлаждения.
1. Типы климатического оборудования
Для обеспечения температурного режима применяется специализированное оборудование, отвечающее повышенным требованиям к надежности и точности.
Канальные сплит-системы (диапазон мощностей 3,4–24 кВт). Внутренние блоки монтируются в подвесном потолке. Функциональность включает охлаждение, осушение, фильтрацию воздуха и возможность подмеса наружного воздуха для организации вентиляции. Оборудование оснащается системами самодиагностики, многоступенчатыми фильтрами и системой управления с выводом оперативной информации;
Прецизионные кондиционеры. Являются стандартом для охлаждения ЦОД. Обеспечивают поддержание температуры с точностью до ±1°C и относительной влажности с отклонением не более ±2%. Предназначены для круглосуточной эксплуатации в широком диапазоне наружных температур (до –35°C) и обладают высокой совместимостью с системами диспетчеризации;
Системы жидкостного охлаждения (чиллер-фанкойл). Данные системы представляют собой централизованное решение для кондиционирования значительных площадей, включая серверные помещения и целые здания ЦОД.
Принцип работы: В отличие от фреоновых сплит-систем, в качестве промежуточного теплоносителя используется вода или водные растворы антифриза. Чиллер (холодильная машина), размещаемый вне помещений, охлаждает этот теплоноситель, который затем циркулирует по системе трубопроводов к внутренним теплообменникам — фанкойлам.
Распределение холода: Фанкойлы, установленные в обслуживаемых зонах, отбирают тепло из воздуха и передают его теплоносителю. Охлажденный воздух распределяется по помещению при помощи встроенных вентиляторов.
Преимущества: Масштабируемость, большая дальность транспортировки хладагента, высокая энергоэффективность, особенно в схемах с свободным охлаждением (фрикулингом).
Системы свободного охлаждения (фрикулинг). Экономичный, но ограниченный в применении способ, использующий низкую температуру наружного воздуха. Эффективен только в регионах с холодным климатом и не обеспечивает контроля влажности и чистоты воздуха.
2. Специальные инженерные решения для систем охлаждения серверных помещений
В целях обеспечения надежной и бесперебойной работы оборудования серверных помещений (ЦОД) в различных климатических и эксплуатационных условиях применяется комплекс специальных технических решений.
- Адаптация систем кондиционирования для работы в условиях пониженных температур
Стандартное климатическое оборудование имеет ограниченный диапазон рабочих температур наружного воздуха, как правило, до -5°C. Для обеспечения штатного функционирования систем охлаждения при понижении температуры окружающей среды до -30°C и ниже требуется модернизация посредством установки специализированного зимнего комплекта.
В состав зимнего комплекта входят следующие компоненты:
- Нагреватель картера компрессора: предотвращает загустение масла и повреждение компрессора при запуске в условиях низких температур;
- Регулятор скорости вращения вентилятора конденсатора: обеспечивает поддержание оптимального давления конденсации и предотвращает обмерзание теплообменника;
- Система обогрева дренажной магистрали: исключает возможность образования ледяных пробок в дренажной системе, обеспечивая отвод конденсата.
- Организация резервирования и ротации систем охлаждения
Для минимизации рисков прекращения охлаждения критически важного оборудования используются схемы резервирования, повышающие отказоустойчивость системы в целом.
Основные применяемые схемы:
- Резервирование по схеме N+1: в дополнение к количеству агрегатов (N), необходимому для покрытия расчетной тепловой нагрузки, устанавливается один резервный кондиционер. В случае выхода из строя любого из основных устройств его функции автоматически принимает на себя резервный;
- Резервирование по схеме 2N: представляет собой полностью избыточную систему, где все ключевые компоненты (охладители, насосы, распределительные сети, источники электропитания) продублированы. Данная схема обеспечивает максимально возможный уровень надежности и бесперебойности.
Для равномерного распределения эксплуатационной нагрузки и сокращения интенсивности износа оборудования применяется система ротации. Она представляет собой технологию циклической замены рабочих агрегатов резервными по определённому алгоритму, что позволяет равномерно распределять эксплуатационную нагрузку, существенно продлевать срок службы оборудования и обеспечивать непрерывность производственного процесса за счёт предотвращения преждевременного износа и своевременного выявления возможных неисправностей.
3. Схемы организации воздухообмена в центрах обработки данных
Корректный выбор схемы организации воздухообмена представляет собой критически важный элемент проектирования систем охлаждения серверных помещений и ЦОД, оказывающий непосредственное влияние на их энергетическую эффективность, надежность и общую эксплуатационную стоимость.
Охлаждение помещения (Room Cooling)
Данная схема подразумевает базовый принцип организации воздухообмена, при котором охлажденный воздух подается в общий объем помещения. Его распределение происходит свободным образом, без организации изолированных потоков. Отвод нагретых воздушных масс осуществляется в верхнюю зону для последующей рециркуляции и охлаждения.
Область применения: наиболее целесообразна для серверных комнат ограниченной площади с невысокими удельными тепловыми нагрузками (как правило, не превышающими 3-5 кВт на стойку).
Ключевые характеристики: Относительная простота первоначального внедрения и минимальные капиталовложения.
Значительная вероятность рециркуляции горячего воздуха и возникновения зон локального перегрева, что ведет к снижению общей эффективности охлаждения и повышению энергопотребления.
Охлаждение рядов (Row-Oriented Cooling)
Эта схема предполагает расположение охлаждающего оборудования в непосредственной близости от источников тепловой нагрузки, между рядами серверных шкафов. Ее реализация позволяет сформировать физически разделенные холодные и горячие коридоры, обеспечивая изоляцию разнотемпературных воздушных потоков.
Область применения: оптимальный вариант для средних и крупных ЦОД, характеризующихся средней и высокой плотностью тепловыделения (в диапазоне от 5 до 15 кВт на стойку).
Ключевые характеристики: существенное повышение энергоэффективности за счет сокращения путей перемещения воздуха и минимизации его смешения. Обеспечивает более высокую гибкость и масштабируемость инфраструктуры.
Требует более сложного проектирования и более высоких первоначальных инвестиций по сравнению с охлаждением помещения.
Охлаждение стоек (In-Rack Cooling)
Наиболее прогрессивная и эффективная схема, обеспечивающая локализованный теплоотвод. Подача охлажденного воздуха и отвод тепловой энергии организуются в пределах каждой отдельной стойки, как правило, с использованием встроенных теплообменников.
Область применения: не имеет альтернатив для высокоплотных монтажей (свыше 15-20 кВт на стойку), а также для оборудования с экстремальными тепловыми нагрузками.
Ключевые характеристики: максимально возможная энергоэффективность и точность контроля микроклимата. Полностью исключает смешение холодных и горячих потоков.
Наиболее высокая стоимость реализации, сложность проектирования и эксплуатации, необходимость подвода хладагента к отдельным стойкам.
Выбор оптимальной схемы воздухообмена требует проведения комплексного технико-экономического анализа, учитывающего как текущие эксплуатационные параметры, так и стратегические планы развития ИТ-инфраструктуры.
4. Критерии выбора и проектирования системы
В целях обеспечения эффективного функционирования системы при осуществлении выбора оборудования и разработке проектной документации необходимо принимать во внимание следующие параметры:
- Тепловые характеристики системы. Расчетная мощность системы должна определяться путем суммирования показателей тепловыделения всего серверного оборудования, подлежащего установке;
- Фильтрация воздуха. Требуется обязательная установка фильтров тонкой очистки с классом не ниже F5 для обеспечения защиты серверного оборудования от пылевых загрязнений;
- Энергоэффективность оборудования. При выборе технических средств необходимо отдавать предпочтение оборудованию, обладающему повышенными показателями коэффициентов энергоэффективности EER/SEER;
- Система управления. Оборудование должно быть оснащено интерфейсами, обеспечивающими возможность удаленного мониторинга и интеграции в систему диспетчеризации здания;
- Контроль влажности. Технические средства должны обеспечивать поддержание относительной влажности воздуха в установленных пределах, а именно в диапазоне от 45% до 55%.
5. Проектирование и монтаж
Проектирование систем кондиционирования воздуха для центров обработки данных (ЦОД) представляет собой критически важный этап формирования инженерной инфраструктуры объекта.
Данная деятельность подлежит обязательному лицензированию и должна осуществляться исключительно специализированными организациями, располагающими соответствующими допусками саморегулируемых организаций (СРО).
В ходе проектирования осуществляется комплексный технический аудит помещения, включающий детальный анализ планировочных решений и особенностей размещения существующего оборудования. Особое внимание уделяется проведению теплотехнического расчета, учитывающего все потенциальные источники тепловыделения.
На основании полученных данных разрабатывается полноценная проектная документация, соответствующая действующим нормативам и требованиям заказчика. Завершающим этапом проектной стадии является тщательный подбор оборудования с учетом специфических особенностей объекта и пожеланий заказчика, после чего осуществляется обязательное согласование всех технических решений со всеми заинтересованными сторонами.
Особенности монтажа
Выполнение монтажных работ должно быть доверено исключительно квалифицированному персоналу, обладающему необходимой подготовкой и значительным опытом реализации подобных проектов. Статистические данные свидетельствуют о том, что до 85% всех последующих неисправностей систем кондиционирования напрямую связаны с ошибками, допущенными на этапе монтажа.
В процессе установки оборудования необходимо обеспечить неукоснительное соблюдение технологических регламентов, осуществлять постоянный контроль качества выполняемых работ на каждом этапе, тщательно документировать все производственные операции, проводить обязательные испытания смонтированного оборудования и своевременно оформлять всю необходимую исполнительную документацию.
Распределение ответственности
Исполнитель работ несет полную ответственность за качество как проектирования, так и монтажа систем кондиционирования. Со стороны заказчика требуется обеспечение необходимых условий для проведения работ, а также предоставление достоверной исходной информации.
Успешная реализация проекта возможна исключительно при условии эффективного взаимодействия всех участников процесса и строгого соблюдения установленных требований на всех этапах выполнения работ.
Проектирование и внедрение климатических систем для центров обработки данных требуют применения исключительно промышленных, отказоустойчивых и интегрированных решений, соответствующих высочайшим отраслевым стандартам. Мы исключаем использование бытовых и некоммерческих кондиционеров в инфраструктуре ЦОД, обеспечивая только профессиональные системы, обеспечивающие стабильность микроклимата, бесперебойную работу серверного оборудования и долгосрочную энергоэффективность.
Все проектные и монтажные работы выполняются в полном соответствии с требованиями действующего законодательства Российской Федерации.
Компания «ТОП Групп» обладает необходимыми допусками саморегулируемых организаций (СРО) в сфере проектирования и строительства, а также имеет действующую лицензию МЧС России на выполнение работ по монтажу, техническому обслуживанию и ремонту средств обеспечения пожарной безопасности, что гарантирует не только техническую надёжность, но и безопасную, юридически защищённую эксплуатацию объекта.