Вентиляция и кондиционирование серверной, ЦОД в Санкт-Петербурге

Серверная и машинный зал центра обработки данных – помещения с постоянной круглогодичной тепловой нагрузкой: оборудование выделяет тепло все 8760 часов в году, независимо от сезона, погоды и присутствия людей. Кондиционирование здесь решает не задачу комфорта, а задачу непрерывности работы: при отказе холода в закрытом объеме с плотностью нагрузки 5–10 кВт на стойку температура растет на несколько градусов в минуту и оборудование уходит в тепловую защиту за десятки минут. «АЕРО-Инжиниринг» проектирует, монтирует и обслуживает системы холодоснабжения и вентиляции серверных и ЦОД в Санкт-Петербурге и Ленинградской области – по СП 60.13330.2020 и требованиям производителей оборудования к условиям эксплуатации.

Чем тепловая нагрузка серверной отличается от офисной

В офисе холод тратится на людей, солнце через остекление и теплопоступления через ограждения; нагрузка сезонная и меняется в течение суток. В машинном зале практически вся нагрузка – это электрическая мощность ИТ-оборудования, которая целиком переходит в тепло: потребление стоек в киловаттах можно принимать за тепловыделение. Отсюда два следствия. Первое – доля явного холода близка к единице: коэффициент явной нагрузки в серверной составляет 0,95–1,0 против 0,65–0,75 у комфортных систем, влагу снимать практически не с чего, и обычный кондиционер начинает бессмысленно осушать помещение. Второе – система работает круглый год, в том числе при расчетной зимней температуре для Санкт-Петербурга около минус 24 °C (параметры Б по СП 131.13330.2020), тогда как бытовая сплит-система без зимнего комплекта в мороз просто не запустится.

Прецизионные кондиционеры и схемы холодоснабжения

Под такую нагрузку выпускают прецизионные кондиционеры: они держат температуру с точностью порядка ±1 °C и влажность в пределах ±5 %, прокачивают 120–160 м³/ч воздуха на каждый киловатт холода против 60–80 м³/ч у комфортной техники и рассчитаны на непрерывную работу с ресурсом вентиляторов и компрессоров в десятки тысяч часов. Применяются шкафные машины с непосредственным испарением и выносным конденсатором, системы на охлажденной воде от чиллера с гидромодулем и внутрирядные доводчики для стоек высокой плотности. Раздача организуется под фальшпол либо сверху, в холодный коридор. Выбор схемы определяется мощностью зала, требуемым уровнем доступности и возможностью разместить наружные блоки или чиллер. Полный порядок работ по расчетам и подбору описан на странице проектирования систем кондиционирования.

Резервирование N+1 и автоматический ввод резерва

Система холода для серверной так же критична, как электропитание, поэтому строится с резервом. Базовая схема – N+1: сверх агрегатов, необходимых по расчету, ставится один резервный, и при отказе любого из них оставшиеся принимают полную нагрузку без превышения допустимой температуры. Для объектов с повышенными требованиями к доступности резервируются также контуры холодоснабжения, трассы и вводы электропитания. Три условия, без которых резерв не работает: ввод резервного агрегата автоматический, по сигналу от контроллера, а не вручную; агрегаты чередуются по ротации с периодом от суток до недели, чтобы резервный не «залежался» и не отказал в нужный момент; резервный агрегат подключен к тому же гарантированному питанию, что и основной.

Горячие и холодные коридоры

Главный источник неэффективности в машинном зале – смешение холодного приточного и горячего отработанного воздуха. Стойки расставляются фронтами друг к другу, образуя холодный коридор, а тыльными сторонами – горячий. В правильно организованном зале перепад между коридорами составляет 10–15 °C; если он заметно меньше, воздух рециркулирует мимо оборудования и кондиционеры работают вхолостую. Пустые юниты обязательно закрываются заглушками, кабельные вводы – щеточными вставками, а перфорированные плиты фальшпола ставятся только в холодном коридоре. Наведение порядка в потоках дает больший эффект, чем наращивание холодопроизводительности, и почти всегда дешевле: сначала аэродинамика зала, потом дополнительные машины.

Фрикулинг в климате Санкт-Петербурга

В Санкт-Петербурге среднегодовая температура около +6 °C, а температура ниже +10 °C держится более 6000 часов в году – примерно две трети времени. Значит, большую часть года наружный воздух холоднее требуемого в холодном коридоре и его холод можно использовать напрямую. Реализуется фрикулинг либо встроенной функцией естественного охлаждения в кондиционерах с гликолевым контуром, либо на уровне чиллера со свободным охлаждением. Точка переключения режимов обычно лежит в диапазоне +8…+12 °C и рассчитывается индивидуально: слишком ранний переход дает частые переключения, слишком поздний – теряет экономию. Прямой фрикулинг наружным воздухом дополнительно требует фильтрации и контроля влагосодержания.

Влажность, подпор и вентиляция помещения

Помимо холода серверной нужны минимальный воздухообмен для персонала и небольшое избыточное давление, чтобы в помещение не подсасывалась пыль из коридоров и кабельных каналов. Влажность контролируется в обе стороны: сухой воздух – это статическое электричество и риск пробоя при обслуживании, влажный – конденсат на холодных поверхностях и коррозия контактов.

Мониторинг, пожарная сигнализация и газовое пожаротушение

Температура и влажность по зонам, состояние и наработка агрегатов, засорение фильтров, датчики протечки под фальшполом и у трасс выводятся в систему мониторинга с аварийными оповещениями на дежурного. Отдельный узел – увязка с противопожарными системами по СП 7.13130.2013: по сигналу автоматической установки газового пожаротушения кондиционирование и вентиляция отключаются, а огнезадерживающие клапаны закрываются, иначе огнетушащий состав будет вынесен из помещения и тушения не произойдет. После тушения предусматривается удаление газа вытяжной системой перед допуском людей. Алгоритмы отработки этих сигналов закладываются в проект автоматики и проверяются при пусконаладке.

Как идет работа

1. Обследование: замер существующих температур, количество и мощность стоек, планы развития. Результат – расчетная тепловая нагрузка и карта проблемных зон.
2. Концепция: схема холодоснабжения, уровень резервирования, места наружных блоков. Результат – согласованное техническое решение.
3. Проект и подбор оборудования, раздел автоматики с алгоритмами резерва и связи с пожаротушением.
4. Монтаж, трассы, дренаж, электропитание и пусконаладка с прогонкой отказа каждого агрегата.
5. Регламентное обслуживание системы кондиционирования и мониторинг: проверка резерва не реже установленной регламентом периодичности.

Если существующая система уже не тянет выросшую нагрузку, отдельная задача – модернизация вентиляции и кондиционирования без остановки машинного зала. Опишите объект: количество стоек, подведенную мощность и требования к доступности – предложим схему холодоснабжения и резервирования.

Нормативная база: СП 60.13330.2020, СанПиН 1.2.3685-21, СП 7.13130.2013