Як повітря циркулює в системі під підйомною підлогою будівлі

Як підлоговий колектор працює як герметична камера з підвищеним тиском повітря

Система управління повітрям у підпідлогових колекторах використовує простір під піднятими підлоговими плитами як різновид тискової камери для подачі повітря. Коли повітря охолоджується в блоках кондиціювання точкового клімат-контролю (CRAC), воно циркулює по приміщенню таким чином, що створює стан тискового балансу з повітрям у цій камері. Благодаря особливому розташуванню підпідлогових колекторів система запобігає утворенню «гарячих точок» за температурою в приміщенні, спрямовуючи охолоджене повітря до потрібних місць через стратегічно розміщені перфоровані плитки. Система проектується з оптимальним діапазоном тиску й без істотних змін у витраті повітря, забезпечуючи найкращі можливі показники охолодження та стабільне середовище для ІТ-інфраструктури.

Фізичні принципи й ефективність: подача повітря з різницею тисків до вхідних отворів серверів

Цільове охолодження працює на принципі зміни тиску в колекторі та на вхідному повітрі сервера. Це ґрунтується на майже невідомому фізичному принципі, який називається принцип Бернуллі. Коли створюється тиск у колекторі, повітря спрямовується туди, де тиск нижчий — до вхідних отворів серверів. У нашому випадку швидкість повітряного потоку зросла на 25 % порівняно з попередніми системами верхнього охолодження. Основна задача полягає в правильному розміщенні плит на підлозі центру обробки даних, щоб скористатися змінами тиску. У центрах обробки даних із різницею тиску 0,05 дюйма водяного стовпа в колекторі, як правило, спостерігається зниження температури на вхідних отворах серверів на 4 °C. Це встановлено в дослідженні Uptime Institute, проведеному в 2022 році.

Наші підлоги з регульованим доступом із підвищеною ефективністю охолодження повітряним потоком забезпечують вимірювані результати. Наприклад, зафіксована різниця температур становила 4,3 °C, що відповідає стратегічному розміщенню перфорованої плити.

Контроль температури повітря, яке надходить до серверів, покращено завдяки оптимізованому розташуванню перфорованих плиток. Зокрема, коли розташування плиток відповідає «гарячим точкам» серверних стоїк, холодне повітря може безперешкодно спрямовуватися до вхідних отворів серверів, а не витрачатися на рециркуляцію вихідного (нагрітого) повітря. Ми досягли значних результатів за цим показником: різниця температур між повітрям, що надходить до серверів і виходить із них, зменшилася на 4,3 °C. Таке покращення різниці температур є абсолютно критичним для збереження ефективності охолодження, оскільки конфігурації ІТ-інфраструктури компанії постійно змінюються.

Оптимізація на основі CFD: моделювання повітряних потоків у реальному часі для зниження показника PUE

Використання моделювання методом обчислювальної гідродинаміки (CFD) точно показує, у яких місцях неефективно накопичується тепло, і демонструє, як внести корективи, наприклад, щодо кількості отворів у підлогових плитках, розташування плиток та вирівнювання блоків охолодження. Дослідження, проведене Національною лабораторією Лоуренса Берклі у 2024 році, стверджує, що коефіцієнт енергоефективності дата-центру (PUE) знижується приблизно на 0,15 порівняно з використанням методів припущення. Це може здаватися незначною зміною, але витрати на охолодження, пов’язані з таким зниженням, скорочуються приблизно на 18–30 %. Справжню цінність забезпечують системи, які безперервно контролюють та активно регулюють об’єми повітряного потоку, адаптуючи їх до потреб серверів. Це усуває «гарячі точки», що пошкоджують обладнання, і запобігає обходу теплого повітря цільових місць, де щойно відбулося охолодження.

Усунення «гарячих точок» за рахунок рівномірного розподілу повітря

Системи охолодження з піднятим підлогою успішно усувають теплові «гарячі точки», не за рахунок надмірного охолодження, а завдяки рівномірному та цільовому розподілу повітря. За умови правильного проектування й реалізації такі системи запобігають «короткому замиканню» холодного повітря та рециркуляції гарячого повітря й, врешті-решт, усувають теплові «гарячі точки», що перевищують теплові межі ASHRAE на 13,66.

Подолання теплової стратифікації за рахунок стабільного повітропостачання з-під підлоги

Теплова стратифікація — це явище, спричинене підйомом теплого вихідного повітря й утворенням неякісної суміші подаваного повітря. Рух повітря під підлогою зі швидкістю близько 2,5 метра на секунду або вище сприяє руйнуванню теплових шарів. Для руйнування теплових шарів необхідно застосувати кілька додаткових заходів. Один із них — герметизація отворів для прокладання кабелів. Крім того, важливим заходом є заповнення порожніх просторів у серверних стійках заглушками. Ці заходи забезпечують подачу холодного повітря лише через перфоровані плитки, як це передбачено проектом.

Централізоване керування потоком повітря: узгодження виходу CRAC із розташуванням плиток

Обхідний потік повітря може знизити охолоджувальну потужність центру обробки даних на 25–40 %. Це відбувається тому, що блоки кондиціонування та охолодження приміщень (CRAC) зменшують подачу повітря для охолодженого повітря, яке не досягло серверів. Обчислювальна гідродинаміка показала, що цю проблему можна вирішити за допомогою іншої конфігурації пористості плиток, що відповідає температурним зонам стійок. Плитки з пористістю понад 56 %, ймовірно, втрачають повітря в найбільш щільні стійки. Крім того, напрямок потоку повітря від блоків CRAC має бути узгодженим із розташуванням плиток по всьому приміщенню. Це максимізує перепади тиску в системі, що є визначальним чинником ефективності системи охолодження.

Узгоджені стратегії керування потоком повітря в середовищах із піднятою підлогою

Підлоги з підйомним доступом забезпечують інфраструктуру для більшості систем охолодження, але справжнім доповненням до системи вони стають у поєднанні з ефективними стратегіями управління потоком повітря. Конфігурації «гарячого проходу/холодного проходу» не дозволяють змішуватися теплому повітрю, що повертається, і свіжому повітрю, що надходить. Це забезпечує кращу стабільність температури по всьому проходу. Правильне використання заглушок разом із герметичними системами кабельного менеджменту дозволяє краще утримувати тиск у повітряному просторі (плenum), зменшуючи при цьому втрати енергії приблизно на 30 %. Інноваційне використання плиток, засноване на поточних умовах, визначених за температурними картами та комп’ютерним моделюванням, забезпечує кращу реакцію на зміни в системі.
Поєднання цих методів дозволяє знизити показник ефективності використання електроенергії (PUE) приблизно на 0,15–0,3 пункта, що є реальним покращенням ефективності й надійності систем охолодження та контрольованого середовища.

Розділ запитань та відповідей

Що таке підйомна підлога з доступом?
Підйомна підлога — це піднята конструкція підлоги, яка використовує простір під нею для прокладання кабелів, систем опалення, вентиляції та кондиціювання повітря (HVAC) та іншої інфраструктури.

Як підпідлоговий плenum сприяє охолодженню?
Підпідлоговий плenum — це герметична камера з підтисненим повітрям, що забезпечує рівномірне розподілення кондиціонованого повітря для мінімізації «гарячих точок» та адаптації до потреб у охолодженні.
Які переваги використання перфорованих плит у підйомних підлогах?
Перфоровані плити підвищують ефективність охолодження, забезпечуючи кращий потік холодного повітря до вхідних отворів серверів і, таким чином, контролюючи температуру навколо серверів.

Що можна зробити, щоб уникнути термічної стратифікації?

Постійна циркуляція повітря під підлогою, а також герметизація відкритих зазорів сприяють контрольованому та рівномірному розподілу холодного повітря.

Що означає поняття «обхідний потік повітря» і як його можна уникнути?

Обхідний потік повітря — це коли кондиціоноване повітря повертається до блоків кондиціювання (CRAC) до того, як воно повністю розподіляється; щоб уникнути цього, рекомендується налаштувати вихідний потік повітря з CRAC згідно з сітковим дизайном плит.