Jak je vzduch v systému pod zvýšenou přístupovou podlahou budovy řízen

Jak funguje podlahový plen jako tlaková komora pro vzduch

Systém řízení vzduchu v podlahových prostorách využívá prostor pod zvednutými podlahovými deskami jako tlakovou komoru pro proudění vzduchu. Když je vzduch kondicionován v jednotkách CRAC, cirkuluje v prostoru takovým způsobem, že vzniká stav tlakové rovnováhy mezi tímto vzduchem a vzduchem v komoře. Díky uspořádání podlahových prostorů se zabrání vzniku teplotních horkých míst v místnosti tím, že kondicionovaný vzduch je přes strategicky umístěné perforované dlaždice směrován na požadované místo. Systém je navržen s optimálním rozsahem tlaku a bez výrazných změn průtoku vzduchu, čímž dosahuje nejlepšího možného chladicího výkonu a poskytuje stabilní prostředí pro správu IT.

Fyzika a výkon: dodávka vzduchu na základě tlakového rozdílu do vstupů serverů

Cílené chlazení funguje na principu změny tlaku v plenumu a u vstupu vzduchu do serveru. Tento princip je založen na téměř neznámém fyzikálním jevu nazývaném Bernoulliho princip. Pokud je v plenumu vytvořen tlak, vzduch se bude směřovat tam, kde je tlak nižší – tedy k vstupům vzduchu do serverů. V našem případě se rychlost proudění vzduchu zvýšila o 25 % ve srovnání se staršími systémy chlazení z horní části prostoru. Výzvou je umístit podlahové dlaždice v datovém centru tak, aby bylo možné využít rozdíly v tlaku. Datová centra s rozdílem tlaku 0,05 palce vodního sloupce v plenumu průměrně zaznamenávají pokles teploty vzduchu na vstupech serverů o 4 °C. Tato informace pochází z výzkumu Institutu Uptime z roku 2022.

Naše přístupové podlahy s vyšší účinností chlazení prouděním vzduchu přinášejí kvantifikovatelné výhody. Jako příklad uvádíme naměřený rozdíl teploty 4,3 °C, který odpovídá strategickému umístění perforované dlaždice.

Řízení teploty vzduchu, který serverům přivádíme, je zlepšeno optimalizovaným umístěním perforovaných dlaždic. Konkrétně v případě, že uspořádání dlaždic odpovídá místům s nejvyšším tepelným zatížením (tzv. horkým bodům) v řadách serverů, lze chladný vzduch nezabráněně směrovat přímo do vstupů serverů, aniž by docházelo k jeho zbytečnému recirkulování spolu s vyfukovaným teplým vzduchem. Tímto přístupem jsme dosáhli významných výsledků: rozdíl teplot mezi vzduchem vstupujícím do serverů a vzduchem z nich vystupujícím se snížil o 4,3 °C. Toto zlepšení rozdílu teplot je zcela klíčové pro udržení účinnosti chladicího systému, protože konfigurace IT infrastruktury společnosti se stále dále vyvíjí.

Optimalizace řízená výpočtem proudění (CFD): modelování proudění vzduchu v reálném čase za účelem snížení ukazatele PUE

Využití modelování pomocí výpočetní dynamiky tekutin (CFD) přesně ukazuje, kde se neefektivně hromadí teplo, a ilustruje, jak provést úpravy například počtu perforací v podlahových dlaždicích, umístění dlaždic nebo zarovnání chladicích jednotek. Výzkum provedený Národní laboratoří Lawrence Berkeley v roce 2024 uvádí, že hodnoty PUE (Power Usage Effectiveness) klesají touto metodou přibližně o 0,15 oproti postupům založeným na odhadu. Tato změna se může zdát nepatrná, avšak náklady na chlazení spojené s tímto poklesem klesají přibližně o 18 % až 30 %. Skutečnou hodnotu přináší systémy, které neustále monitorují a aktivně řídí objemy proudění vzduchu tak, aby odpovídaly požadavkům serverů. Tím se eliminují horké skvrny poškozující zařízení a zabrání se tomu, aby teplý vzduch míjel cílová místa, která byla právě ochlazena.

Eliminace horkých skvrn prostřednictvím rovnoměrnosti rozvodu vzduchu

Systémy chlazení s výškově nastavitelnou podlahou úspěšně eliminují teplotní horké skvrny ne nadměrným chlazením, nýbrž rovnoměrným a cíleným rozvodem. Pokud jsou tyto systémy správně navrženy a implementovány, zabrání zkratování chladného vzduchu a recirkulaci horkého vzduchu a nakonec odstraní horké skvrny přesahující tepelné limity ASHRAE až o 13,66.

Překonání teplotní vrstevnatosti prostřednictvím konzistentního průtoku vzduchu pod podlahou

Teplotní vrstevnatost je jev způsobený stoupáním teplého výfukového vzduchu, který vede ke špatnému smíchání přiváděného vzduchu. Proudění vzduchu pod podlahou rychlostí přibližně 2,5 metru za sekundu nebo vyšší pomáhá rozrušit teplotní vrstvy. K jejich rozrušení je nutné uplatnit několik doplňkových opatření. Jedním z nich je utěsnění průchodů kabelů. Dále je klíčovým opatřením vyplnění prázdných prostorů v serverových rackech zátkami. Tato opatření zajistí, že chladný vzduch bude dodáván pouze prostřednictvím perforovaných dlaždic tak, jak bylo navrženo.

Centrálně řízený průtok vzduchu: zarovnání výstupu CRAC s uspořádáním dlaždic

Obcházení průtoku vzduchu může snížit chladicí kapacitu datového centra o 25–40 %. Důvodem je, že jednotky CRAC snižují průtok vzduchu u kondicionovaného vzduchu, který nedosáhl serverů. Výpočetní dynamika tekutin ukázala, že tento problém lze vyřešit jinou konfigurací propustnosti dlaždic odpovídající teplotním zónám stojanů. Dlaždice s propustností vyšší než 56 % pravděpodobně ztrácejí vzduch u nejhustějších stojanů. Navíc směr průtoku vzduchu jednotek CRAC by měl být zarovnán s umístěním dlaždic po celé místnosti. Tím se maximalizují tlakové rozdíly v systému, což je rozhodujícím faktorem účinnosti chladicího systému.

Soudržné strategie pro správu průtoku vzduchu v prostředích s povýšenou podlahou

Podlahy s přístupem poskytují infrastrukturu pro většinu chladicích systémů, avšak skutečně doplňují tento systém tehdy, jsou-li kombinovány se správnými strategiemi řízení proudění vzduchu. Konfigurace teplé a chladné řady neumožňují smíchávání teplého vzduchu zpětného toku s přiváděným dodávkovým vzduchem. To umožňuje lepší konzistenci teploty po celé délce řady. Správné použití uzavíracích panelů spolu se zatěsněnými kabelovými managementovými systémy umožňuje lepší udržení tlaku v podlahovém prostoru (plenovém prostoru), přičemž se snižuje ztráta energie přibližně o 30 %. Inovativní využití dlaždic na základě aktuálních podmínek, které jsou měřeny pomocí teplotních map a počítačového modelování, vedou k lepší reakci na změny v systému.
Kombinace těchto metod povede ke snížení metriky účinnosti využití elektrické energie (PUE) přibližně o 0,15–0,3 bodu, což je skutečné zlepšení účinnosti a spolehlivosti chladicích systémů a řízeného prostředí.

Sekce Často kladené otázky

Co je zvýšená přístupová podlaha?
Zvednutá podlaha je zvýšená podlahová konstrukce, která využívá prostor pod ní pro kabeláž, systémy VZT a jinou infrastrukturu.

Jak podlahový plenum pomáhá při chlazení?
Podlahový plenum je tlaková vzduchová komora, která umožňuje rovnoměrné rozvádění kondicionovaného vzduchu za účelem minimalizace horkých míst a přizpůsobení se požadavkům na chlazení.
Jaké jsou výhody použití perforovaných dlaždic v zvednutých podlahách?
Perforované dlaždice zvyšují účinnost chlazení tím, že umožňují lepší průtok chladného vzduchu ke vstupům serverů a tak regulují teplotu v okolí serverů.

Co lze udělat pro předcházení tepelné stratifikaci?

Pravidelná cirkulace vzduchu pod podlahovým systémem i utěsnění otevřených mezer mohou podporovat řízené a rovnoměrné rozvádění chladného vzduchu.

Co znamená obtokový proud vzduchu a jak ho lze předejít?

Obcházení proudění vzduchu nastává, když je kondicionovaný vzduch vrácen do jednotek CRAC dříve, než je plně rozveden; aby se tomu zabránilo, doporučuje se nakonfigurovat výfuk jednotek CRAC v souladu se sítí dlaždic.