Cách không khí được quản lý trong hệ thống bên dưới sàn nâng của tòa nhà

Cách buồng dưới sàn hoạt động như một buồng chứa không khí có áp lực

Hệ thống quản lý không khí trong các buồng phân phối dưới sàn sử dụng khoảng không gian bên dưới các tấm sàn nâng cao như một buồng áp lực để dẫn luồng không khí. Khi không khí được làm mát tại các đơn vị điều hòa không khí phòng máy chủ (CRAC), nó lưu thông qua khu vực theo cách tạo ra trạng thái cân bằng áp suất với không khí trong buồng. Nhờ bố trí các buồng phân phối dưới sàn, hệ thống ngăn ngừa sự hình thành các điểm nóng về nhiệt độ trong phòng bằng cách dẫn không khí đã được điều hòa đến vị trí mong muốn thông qua các tấm lát có lỗ thông khí được bố trí một cách chiến lược. Hệ thống được thiết kế để hoạt động trong dải áp suất tối ưu và không có sự thay đổi đáng kể về lưu lượng không khí, từ đó đạt hiệu suất làm mát tốt nhất và cung cấp một môi trường ổn định cho công tác quản lý CNTT.

Nguyên lý vật lý và hiệu năng: Cấp khí dựa trên chênh lệch áp suất tới đầu vào của máy chủ

Làm mát có mục tiêu hoạt động dựa trên nguyên lý biến đổi áp suất trong buồng phân phối (plenum) và tại đầu vào không khí của máy chủ. Nguyên lý này dựa trên một quy luật vật lý gần như chưa được biết đến, gọi là nguyên lý Bernoulli. Khi tạo ra chênh lệch áp suất trong buồng phân phối, không khí sẽ di chuyển về phía nơi có áp suất thấp hơn — tức là các đầu vào không khí của máy chủ. Trong trường hợp của chúng tôi, tốc độ dòng khí tăng lên 25% so với các hệ thống treo trần truyền thống. Thách thức đặt ra là bố trí các tấm lát sàn trung tâm dữ liệu sao cho tận dụng tối đa sự chênh lệch áp suất này. Các trung tâm dữ liệu có chênh lệch áp suất 0,05 inch cột nước (inch water column) trong buồng phân phối, trung bình ghi nhận mức giảm nhiệt độ đầu vào máy chủ xuống 4 độ Celsius. Kết quả này được xác nhận bởi nghiên cứu của Viện Uptime thực hiện năm 2022.

Các sàn nâng của chúng tôi với hiệu quả làm mát bằng luồng khí có thể định lượng được. Chúng tôi có một ví dụ thực tế về sự chênh lệch nhiệt độ đo được là 4,3°C, tương ứng với việc bố trí chiến lược một tấm lát có lỗ thông khí.

Việc kiểm soát nhiệt độ của luồng không khí đi vào các máy chủ được cải thiện nhờ bố trí tối ưu các tấm gạch thông gió có lỗ. Cụ thể, khi bố trí các tấm gạch này tương ứng với các điểm nóng trên giá đỡ máy chủ, luồng không khí lạnh có thể được dẫn trực tiếp và không bị cản trở tới các cổng hút của máy chủ, thay vì bị lãng phí do tái tuần hoàn không khí đã qua làm mát. Chúng tôi đã đạt được những kết quả đáng kể nhờ giải pháp này: chênh lệch nhiệt độ giữa luồng không khí đi vào và đi ra khỏi máy chủ được đo đạc cho thấy giảm tới 4,3°C. Sự cải thiện về chênh lệch nhiệt độ này là yếu tố then chốt để duy trì hiệu quả làm mát, đặc biệt trong bối cảnh cấu hình CNTT của công ty liên tục thay đổi.

Tối ưu hóa dựa trên mô phỏng động lực học chất lỏng (CFD): Mô hình hóa luồng không khí thời gian thực nhằm giảm chỉ số PUE

Việc sử dụng mô hình hóa Động lực học chất lỏng tính toán (CFD) cho thấy chính xác vị trí nào nhiệt đang tích tụ một cách kém hiệu quả và minh họa cách điều chỉnh các yếu tố như số lượng lỗ thông khí trên gạch sàn, vị trí lắp đặt gạch và cách bố trí các đơn vị làm mát. Nghiên cứu do Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley thực hiện năm 2024 chỉ ra rằng chỉ số PUE giảm khoảng 0,15 khi áp dụng phương pháp này so với việc dựa vào các phương pháp phỏng đoán. Mặc dù mức giảm này có vẻ không đáng kể, nhưng chi phí làm mát liên quan đến mức giảm này lại giảm khoảng 18% đến 30%. Giá trị thực sự đến từ các hệ thống liên tục giám sát và chủ động điều khiển lưu lượng không khí để phù hợp với nhu cầu của máy chủ. Điều này loại bỏ các điểm nóng gây hư hại thiết bị và ngăn không khí ấm thoát qua các vị trí đã được làm mát mới mà không đạt mục tiêu.

Loại bỏ điểm nóng thông qua độ đồng đều trong phân phối không khí

Các hệ thống luồng không khí làm mát cho sàn nâng cao thành công loại bỏ các điểm nóng nhiệt bằng cách phân phối đồng đều và có mục tiêu, chứ không phải bằng cách làm mát quá mức. Khi được thiết kế và triển khai đúng cách, những hệ thống này ngăn không cho luồng không khí lạnh đi tắt và luồng không khí nóng tái tuần hoàn, từ đó giải quyết triệt để các điểm nóng vượt quá giới hạn nhiệt của ASHRAE lên đến 13,66.

Vượt qua hiện tượng phân tầng nhiệt thông qua luồng không khí dưới sàn ổn định

Phân tầng nhiệt là hiện tượng xảy ra do luồng không khí thải nóng bốc lên, dẫn đến việc trộn lẫn không khí cấp kém chất lượng. Việc duy trì vận tốc chuyển động của không khí dưới sàn ở mức khoảng 2,5 mét/giây hoặc cao hơn sẽ giúp phá vỡ các lớp phân tầng nhiệt. Một số biện pháp bổ sung là cần thiết để phá vỡ các lớp phân tầng này. Một trong những biện pháp đó là bịt kín các lỗ đi dây cáp. Ngoài ra, lắp đầy các khoảng trống còn lại trong tủ máy chủ bằng các tấm bịt (blanking panels) cũng là một biện pháp then chốt. Những biện pháp này đảm bảo rằng không khí lạnh chỉ được cung cấp qua các tấm sàn đục lỗ theo đúng thiết kế.

Dòng khí được quản lý tập trung: Đồng bộ hóa luồng khí đầu ra của CRAC với bố trí gạch lát sàn

Luồng khí đi tắt có thể làm giảm khả năng làm mát của trung tâm dữ liệu từ 25–40%. Nguyên nhân là các đơn vị điều hòa không khí phòng máy chủ (CRAC) giảm lưu lượng khí thổi vào luồng không khí đã được làm mát nhưng chưa đến được các máy chủ. Các mô phỏng động lực học chất lỏng tính toán (CFD) cho thấy vấn đề này có thể được khắc phục bằng cách thay đổi cấu hình độ xốp của các tấm lát sàn sao cho phù hợp với các vùng nhiệt độ trên giá đỡ máy chủ. Các tấm lát sàn có độ xốp lớn hơn 56% có nguy cơ thất thoát khí vào các giá đỡ dày đặc nhất. Hơn nữa, hướng luồng khí của các đơn vị CRAC cần được đồng bộ với vị trí lắp đặt các tấm lát sàn trên toàn bộ phòng. Điều này tối đa hóa chênh lệch áp suất trong hệ thống — yếu tố quyết định hiệu quả của hệ thống làm mát.

Các chiến lược thống nhất về quản lý luồng khí trong môi trường sàn nâng

Các sàn nâng cao cung cấp cơ sở hạ tầng cho hầu hết các hệ thống làm mát, nhưng chúng thực sự phát huy hiệu quả tối đa khi được kết hợp với các chiến lược quản lý luồng không khí hiệu quả. Cấu hình dãy lối đi nóng/lối đi lạnh ngăn chặn việc trộn lẫn không khí hồi ấm và không khí cấp mới vào. Điều này giúp duy trì độ ổn định nhiệt độ tốt hơn trên toàn bộ dãy lối đi. Việc sử dụng đúng cách các tấm bịt kín (blanking panels), kết hợp với hệ thống quản lý cáp được niêm phong kín, cho phép kiểm soát áp suất tốt hơn trong khoang plenum, đồng thời giảm khoảng 30% năng lượng bị lãng phí. Việc ứng dụng sáng tạo các tấm lát sàn dựa trên điều kiện thực tế đo được từ bản đồ nhiệt độ và mô phỏng bằng máy tính giúp hệ thống phản ứng linh hoạt hơn trước những thay đổi.
Sự kết hợp của các kỹ thuật này sẽ làm giảm chỉ số hiệu suất sử dụng điện (PUE) khoảng 0,15–0,3 điểm — một cải thiện thực tế về hiệu quả và độ tin cậy của các hệ thống làm mát cũng như môi trường được kiểm soát.

Phần Câu hỏi Thường gặp

Sàn nâng cao là gì?
Sàn nâng là một cấu trúc sàn được nâng cao, tận dụng không gian bên dưới để lắp đặt hệ thống cáp, hệ thống điều hòa không khí (HVAC) và các cơ sở hạ tầng khác.

Hệ thống khoang không khí dưới sàn hỗ trợ làm mát như thế nào?
Khoang không khí dưới sàn là một buồng không khí có áp suất dương, giúp phân phối đều luồng không khí đã được xử lý nhằm giảm thiểu các điểm nóng và đáp ứng linh hoạt nhu cầu làm mát.
Lợi ích của việc sử dụng các tấm lát có lỗ thông hơi trên sàn nâng là gì?
Các tấm lát có lỗ thông hơi cải thiện hiệu quả làm mát bằng cách cho phép luồng không khí lạnh lưu thông tốt hơn đến các cổng hút của máy chủ, từ đó kiểm soát nhiệt độ xung quanh máy chủ.

Có thể làm gì để tránh hiện tượng phân tầng nhiệt?

Việc duy trì lưu thông không khí liên tục dưới hệ thống sàn nâng cũng như bịt kín các khe hở mở sẽ thúc đẩy việc phân phối đều và kiểm soát luồng không khí lạnh.

Dòng chảy không khí vòng ngoài (bypass airflow) là gì và làm cách nào để tránh hiện tượng này?

Dòng khí đi vòng là hiện tượng luồng không khí đã được điều hòa quay trở lại các đơn vị CRAC trước khi được phân phối đầy đủ; để tránh hiện tượng này, nên cấu hình đầu ra của CRAC theo thiết kế lưới gạch lát sàn.