Điều hòa không khí trên giá máy chủ: Phương pháp làm mát, Hướng dẫn CFM & Thực tiễn tốt nhất

Đó là một cảnh quen thuộc với các quản trị viên CNTT: một giá đỡ 42U gần góc phòng máy chủ chạy tốt gần như quanh năm, sau đó bắt đầu đưa ra cảnh báo nhiệt độ vào mùa hè. Bộ điều nhiệt trong phòng ghi là 22°C, nhưng không khí đi vào công tắc lại có nhiệt độ trên 30°C. Vấn đề không phải là khả năng làm mát trong phòng mà là ở chỗ điều hòa không khí ở mức giá hoặc thiếu nó.

Điều hòa không khí cho giá máy chủ có nghĩa là quản lý nhiệt ở cấp độ tủ: cung cấp đủ không khí mát đến phía trước giá, loại bỏ khí nóng ở phía sau và chọn phần cứng hỗ trợ luồng khí đó. Hướng dẫn này đề cập đến lượng nhiệt mà bạn có thể mong đợi, cách tính toán các yêu cầu làm mát và luồng không khí cũng như thành phần nào của giá thực sự cải thiện hiệu suất nhiệt.

Tại sao hệ thống làm mát ở mức giá lại đáng được chú ý hơn

Nhiệt độ đầu vào của giá không giống như nhiệt độ phòng. Ủy ban Kỹ thuật ASHRAE 9.9 khuyến nghị giữ không khí vào của thiết bị CNTT ở nhiệt độ từ 18°C đến 27°C (64,4-80,6°F). Khi giá đỡ thiếu khả năng quản lý luồng không khí, khí nóng có thể tuần hoàn lên phía trên và xung quanh các cạnh của tủ, đẩy nhiệt độ nạp vào cao hơn mức trung bình trong phòng.

Hai sự thật giải thích tại sao việc làm mát ở cấp độ tủ lại quan trọng:

Một giá đỡ đầy đủ có thể chứa 5-15 kW thiết bị và khung một cánh có thể tiêu hao hơn 5 kW.
Là một quy tắc về độ tin cậy của thiết bị điện tử được sử dụng rộng rãi, cứ tăng nhiệt độ hoạt động lên 10°C sẽ làm giảm gần một nửa tuổi thọ sử dụng dự kiến của các bộ phận.

Vì vậy, giá đỡ có thể trông ổn trên bộ điều nhiệt trong phòng trong khi đã phát triển các điểm nóng ở gần đầu tủ. Việc làm mát theo kế hoạch ở cấp giá đỡ là điều giúp các điểm phát sóng đó không bị lỗi.

Máy chủ của bạn thực sự cần làm mát bao nhiêu

Điểm khởi đầu là tải nhiệt. Gần như toàn bộ năng lượng điện mà máy chủ hoặc bộ chuyển mạch sử dụng đều được chuyển thành nhiệt, vì vậy bạn có thể ước tính lượng nhiệt tỏa ra trên giá bằng cách tính tổng mức tiêu thụ điện năng của mọi thiết bị được lắp đặt.

Sản lượng nhiệt điển hình theo loại thiết bị; giá trị đầy tải đại diện cho thiết bị giá thông thường.

Khi bạn có tổng số kilowatt, hai chuyển đổi sẽ hữu ích:

Tải nhiệt tính bằng BTU/giờ = kW × 3413.
Nhu cầu luồng không khí là khoảng 160 CFM mỗi kW ở mức chênh lệch nhiệt độ 11°C giữa đầu vào và ống xả của giá đỡ.

Nhu cầu làm mát ở các tải giá khác nhau, dựa trên 160 CFM mỗi kW và chênh lệch nhiệt độ 11°C.
Tải giá	Lượng nhiệt tỏa ra (BTU/giờ)	Xấp xỉ. luồng không khí cần thiết (CFM)
2 kW	6,826	320
4 kW	13.652	640
6 kW	20,478	960
8 kW	27,304	1.280
10 kW	34.130	1.600

Ví dụ: một tủ có tám máy chủ 500 W tiêu thụ 4 kW. Đó là khoảng 13.650 BTU/giờ nhiệt. Ở đồng bằng 11°C tiêu chuẩn, giá đỡ cần luồng khí khoảng 640 CFM. Nếu nguồn cung cấp trong phòng chỉ cung cấp một nửa số đó, nhiệt độ đầu vào sẽ tăng đều đặn.

Xếp hạng trên bảng tên là giá trị trong trường hợp xấu nhất và tải trọng đo được thường thấp hơn 10-30%. Mặc dù vậy, hãy điều chỉnh kích thước luồng không khí cho tải tối đa thực tế, vì vấn đề làm mát luôn xuất hiện khi tải cao nhất.

Quản lý luồng không khí là nền tảng của việc làm mát tủ rack

Trước khi thêm quạt hoặc bộ làm mát đặc biệt, hãy khắc phục những điều cơ bản. Gần như tất cả các thiết bị gắn trên giá đều được thiết kế cho luồng không khí từ trước ra sau: không khí mát đi vào từ phía trước và không khí ấm thoát ra từ phía sau. Bất cứ thứ gì cản trở đường đi đó - cửa kính chặn cửa hút gió, tấm ốp phía sau dựa vào tường hoặc khe chữ U mở để không khí nóng tuần hoàn - đều làm giảm hiệu quả làm mát.

Luồng gió từ trước ra sau: nguồn mát đi vào cửa đục lỗ; ống xả của thiết bị thoát ra phía sau.

Các bước thực tế giúp cải thiện luồng không khí ở mức giá:

Bố trí các giá đỡ có bề mặt hút vào ở lối đi lạnh và mặt xả gặp nhau ở lối đi nóng.
Giữ khoảng trống ít nhất 60 cm (khoảng 24 inch) ở phía trước và phía sau mỗi giá đỡ.
Lắp đặt các tấm trống ở mọi không gian chữ U không sử dụng để ngăn chặn sự tuần hoàn theo chiều ngang.
Đi cáp qua bộ quản lý dọc để chúng không chặn cửa hút phía trước hoặc cửa xả phía sau.
Bịt kín các lỗ cáp trên sàn nâng để không khí lạnh có thể lọt vào mặt trước của giá đỡ thay vì rò rỉ vào khoang thông gió dưới sàn.

Tuần hoàn là lý do chính khiến nhiệt độ nạp vào giá vượt quá nhiệt độ phòng. Trong phòng ghi nhiệt độ 22°C trên bộ điều nhiệt, một giá không được quản lý có thể hút không khí có nhiệt độ 28-30°C vào các ngăn trên cùng của nó. Sự hòa trộn luồng không khí kém có thể lãng phí 20-30% công suất làm mát hiện có, một con số thường được trích dẫn trong các đánh giá hiệu quả của trung tâm dữ liệu. Để có cái nhìn sâu hơn về cách luồng không khí và thiết kế tủ tương tác với nhau, hãy xem cách quản lý luồng không khí trong tủ mạng ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt của thiết bị CNTT .

Cửa tủ cũng đóng vai trò trực tiếp trong việc làm mát. Cửa trước kiên cố với tấm kính lớn hầu như không có khoảng trống cho không khí lọt vào nên tủ trở thành vùng chết. Cửa đục lỗ hoặc cửa được thiết kế đặc biệt để thông gió là lựa chọn tốt hơn cho các giá đỡ mang thiết bị chuyển mạch và máy chủ đang hoạt động. Cửa thông gió cao duy trì an ninh trong khi vẫn để không khí lạnh thực sự đến được thiết bị:

Vented front door for heavy-duty soundproof server cabinet

Cửa trước có lỗ thông hơi cho tủ máy chủ cách âm hạng nặng Cửa thông hơi này cung cấp luồng không khí trong khi vẫn duy trì an ninh, giải quyết nhu cầu làm mát của các thiết bị chuyển mạch và máy chủ đang hoạt động. Nó hỗ trợ khoảng 1000 kg, cung cấp các khung cong tùy chọn và vừa với giá đỡ 19 inch tiêu chuẩn. Xem sản phẩm →

Phần cứng làm mát gắn trên giá: Quạt, cửa và bộ điều nhiệt

Đối với những chiếc tủ đặt ở những nơi ấm áp hoặc chứa nhiều thiết bị, bộ quạt giá đỡ là một sự bổ sung hiệu quả, chi phí thấp. Bảng điều khiển quạt 1U hoặc 2U gắn trực tiếp vào giá đỡ và hút không khí nóng ra phía sau hoặc đẩy không khí mát vào phía trước. Phiên bản hữu ích nhất bao gồm công tắc điều chỉnh nhiệt, do đó quạt chỉ chạy khi nhiệt độ bên trong vượt qua điểm đặt. Điều đó giúp tiết kiệm năng lượng và giảm tiếng ồn so với hoạt động quạt liên tục.

Thermostat-controlled rack fan unit for server cabinets

Bộ quạt giá điều khiển nhiệt độ cho tủ máy chủ Là một thiết bị làm mát bổ sung với chi phí thấp dành cho giá giữ ấm, bảng điều khiển quạt này được gắn trong không gian 1U hoặc 2U và chỉ chạy khi nhiệt độ bên trong vượt quá điểm đặt, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm tiếng ồn. Xem sản phẩm →

Tủ kín và tủ treo tường có thể cần các thiết bị hỗ trợ lưu thông đơn giản hơn. Quạt làm mát tủ có thể được gắn ở mặt bên hoặc mặt trên để cải thiện sự chuyển động của không khí bên trong ở những không gian có đối lưu tự nhiên yếu. Đây là một lựa chọn thiết thực cho tủ treo tường ở hành lang, cửa hàng và văn phòng nhỏ, nơi không cần hệ thống làm mát chính xác hoàn toàn.

Compact intelligent cooling fan for network cabinets

Quạt tản nhiệt thông minh nhỏ gọn cho tủ mạng Quạt này được gắn ở các tấm bên hoặc mặt trên để cải thiện khả năng lưu thông không khí ở những nơi đối lưu tự nhiên yếu. Nó điều chỉnh tốc độ dựa trên nhiệt độ thiết bị, hoạt động êm ái và phù hợp với tủ treo tường. Xem sản phẩm →

Trong những trường hợp đòi hỏi khắt khe hơn, có sẵn bộ làm mát liên tiếp, bộ trao đổi nhiệt cửa sau và giá đỡ máy lạnh khép kín. Những điều này trở nên cần thiết khi một giá đỡ duy nhất đạt khoảng 10 kW trở lên và căn phòng không thể cung cấp đủ không khí điều hòa. Tuy nhiên, đối với hầu hết các phòng máy chủ và tủ mạng, sự kết hợp giữa các kiểu luồng khí sạch, cửa thông gió và quạt điều chỉnh nhiệt độ mang lại khả năng làm mát giá đỡ đáng tin cậy với chi phí thấp. Hãy nhớ rằng bất kỳ phần cứng làm mát bổ sung nào chỉ có hiệu quả nếu bản thân căn phòng có thể loại bỏ tổng tải nhiệt: giá đỡ phụ thuộc vào phòng và phòng phụ thuộc vào hệ thống điều hòa không khí.

Theo dõi nhiệt độ đầu vào của giá đỡ và tránh những sai lầm này

Thông số có ý nghĩa nhất đối với giá máy chủ là nhiệt độ đầu vào của thiết bị chứ không phải nhiệt độ trung bình trong phòng. Đặt cảm biến nhiệt độ ở phía trước giá đỡ, ở độ cao khoảng giữa và ghi lại nó trong vài tuần. Bạn sẽ thấy nhiệt độ thay đổi như thế nào theo khối lượng công việc và chu kỳ làm mát phòng, đồng thời bạn có thể sử dụng dữ liệu đó để đặt ngưỡng quạt.

Tỷ lệ hỏng hóc tương đối tăng khi nhiệt độ đầu vào giá đỡ tăng lên trên phạm vi khuyến nghị.

Ngay cả khi nhiệt độ đầu vào tăng lên một chút cũng sẽ gây thêm căng thẳng cho các bộ phận, đó là lý do tại sao việc giữ giá đỡ trong phạm vi khuyến nghị của ASHRAE là một kế hoạch đảm bảo độ tin cậy thực tế. Những lỗi thường gặp cần tránh:

Đổ quá nhiều đồ vào giá mà không tăng thêm công suất luồng khí.
Chặn ống xả phía sau bằng hộp, dây cáp hoặc tường đặt quá gần.
Tắt quạt giá vì gây ồn, thay vì chọn model điều khiển nhiệt độ.
Bỏ qua độ ẩm: giữ độ ẩm tương đối ở mức vừa phải (khoảng 20-80%) để giảm nguy cơ phóng tĩnh điện và ngưng tụ.
Đặt bộ điều nhiệt trong phòng ở mức thấp không cần thiết, điều này làm tăng mức sử dụng năng lượng mà không bảo vệ giá đỡ.

Ngoài ra còn có lập luận về năng lượng đối với giá đỡ chạy gần đầu trên của phạm vi được khuyến nghị. Mỗi mức độ quá lạnh thường làm tăng mức tiêu thụ năng lượng làm mát khoảng 2-4%, do hệ thống điều hòa không khí hoạt động mạnh hơn để giữ cho không gian lạnh hơn mức cần thiết. Các biện pháp thông gió và tản nhiệt thích hợp sẽ bổ sung cho các biện pháp ở mức giá đỡ được mô tả ở trên.

Câu hỏi thường gặp về điều hòa không khí trên giá đỡ máy chủ

Nhiệt độ lý tưởng cho giá đỡ máy chủ là bao nhiêu?

ASHRAE khuyến nghị giữ không khí vào giá đỡ ở nhiệt độ từ 18°C đến 27°C. Hầu hết các thiết bị CNTT đều chạy ổn định trong phạm vi này; 22-25°C là mục tiêu thiết thực để cân bằng giữa an toàn và chi phí năng lượng.

Một giá đỡ máy chủ cần bao nhiêu luồng không khí?

Theo nguyên tắc chung, khoảng 160 CFM trên mỗi kilowatt tải nhiệt với chênh lệch nhiệt độ 11°C. Do đó, giá đỡ 4 kW cần khoảng 640 CFM qua cửa hút phía trước.

Quạt giá đỡ có bộ điều chỉnh nhiệt có tác dụng gì?

Đó là một tấm quạt gắn trên giá để di chuyển không khí nóng ra khỏi tủ hoặc không khí mát vào trong. Bộ điều khiển nhiệt chỉ kích hoạt quạt khi vượt quá điểm đặt nhiệt độ, tiết kiệm năng lượng và giảm tiếng ồn liên tục của quạt.

Ngăn chặn lối đi nóng/lạnh có cần thiết không?

Điều này không bắt buộc đối với một giá đỡ đơn, nhưng việc căn chỉnh các giá đỡ từ trước ra trước và từ sau ra sau sẽ ngăn khí nóng tuần hoàn vào cửa hút. Ngăn chặn hoàn toàn làm giảm đáng kể năng lượng làm mát trong các phòng lớn hơn.

Máy điều hòa không khí cửa sổ có thể làm mát phòng máy chủ không?

Các tủ quần áo nhỏ có thể được trang bị thiết bị chia nhỏ hoặc di động, nhưng máy điều hòa không khí cửa sổ thiếu khả năng kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm chính xác và thường không thể phân phối không khí đều trên các mặt trước của giá. Nên làm mát chuyên dụng cho tải CNTT liên tục.

Tại sao tấm trống lại quan trọng đối với việc làm mát giá đỡ?

Các tấm trống chặn sự tuần hoàn luồng không khí qua các không gian chữ U trống. Không có chúng, không khí lạnh sẽ đi qua cửa hút của thiết bị và không khí nóng sẽ quay trở lại giá đỡ, do đó nhiệt độ vẫn tăng ngay cả khi phòng mát.