HAC и CAC

СИСТЕМЫ ИЗОЛЯЦИИ ГОРЯЧИХ И ХОЛОДНЫХ КОРИДОРОВ

Справочно
CAC (Изоляция холодного коридора): Серверные стойки устанавливаются фронтальными сторонами друг к другу, образуя закрытый проход. Холодный воздух от системы охлаждения подаётся непосредственно в этот изолированный коридор, откуда он забирается оборудованием.
HAC (Изоляция горячего коридора): Серверные стойки располагаются задними панелями друг к другу, формируя герметичный отсек. Нагретый воздух, выбрасываемый оборудованием, собирается в этом изолированном коридоре и напрямую отводится системой кондиционирования без смешения с холодными потоками.

Внедрение HAC/CAC обусловлено необходимостью устранения критических вызовов, связанных с управлением тепловой нагрузкой в современных ЦОД:
1. Тепловая рециркуляция: Смешивание потоков приводит к формированию локальных горячих зон и снижению эффективности охлаждения.
2. Паразитный байпас (утечки): Негерметичность конструкции (кабельные проходы, щели, двери) может провоцировать потери холодного воздуха, достигающие 50% от общего объёма подачи.
3. Динамическая неэффективность: Неоптимальное управление давлением и асинхронная работа вентиляторов вызывают избыточное энергопотребление.
4. Масштабируемость: Достижение высокой плотности размещения оборудования (свыше 15–20 кВт на серверную стойку) без эффективного воздушного контроля невозможно.
5. Безопасность и эксплуатация: Комплексная интеграция HAC/CAC с протоколами пожарной безопасности и обеспечение комфорта персонала.

SYSMATRIX Lab

Хороший инженер создаёт систему, которая работает. Отличный инженер создаёт систему, которая работает эффективно.

2.0. ИНЖЕНЕРНАЯ ОЦЕНКА ПРОБЛЕМ
2.1. Аэродинамический анализ и количественная оценка потерь
Негерметичность контура является ключевым фактором, определяющим потерю эффективности. Объёмный расход воздуха через негерметичную щель пропорционален её площади и квадратному корню из перепада давления между коридорами.
Пример оценки: При стандартном рабочем давлении даже небольшая щель под серверной стойкой площадью в 0,05 м² способна привести к утечке воздуха, эквивалентной потере до 10% от стандартного объёма подачи холодного воздуха на одну стойку. При наличии множественных источников утечек этот эффект кумулятивно снижает общую эффективность системы.
2.2. Карта критических точек паразитного воздушного потока (Bypass Airflow)
Анализ конструкции ЦОД выявляет ключевые области, где происходит критический байпасный поток (bypass airflow), требующий немедленной герметизации:
• Кабельные вводы: Являются источником наиболее значительных потерь (от 25% до 50% от общего байпаса). Рекомендация: Применение герметичных гильз, щеточных уплотнений или специализированных герметичных панелей.
• Область под серверными стойками: Провоцирует рециркуляцию горячего воздуха из коридора.
Рекомендация: Установка уплотнительных юбок и герметичных напольных панелей.
• Двери: При открытии двери и неплотном прилегании наблюдается мгновенное падение давления.
Рекомендация: Использование самозакрывающихся дверей с периметральным уплотнением.
• Перфорированные плитки: Приводят к неравномерному распределению холода.
Рекомендация: Применение плиток с переменной степенью перфорации, выравнивание воздушного потока посредством CFD-моделирования.
• Крыша изоляционного контура: Возможность ухода горячего воздуха вверх.
Рекомендация: Применение полностью герметичной крыши коридора со съёмными панелями.
2.3. Стратегии оптимизации воздушного потока (Airflow)
Эффективная работа HAC/CAC требует активного управления воздушными потоками:
• Вычислительная гидродинамика (CFD): Обязательное моделирование воздушной динамики для точного распределения подачи холодного воздуха и исключения горячих точек.
• Динамическая синхронизация вентиляторов: Агрегаты CRAH/CRAC должны использовать вентиляторы с переменным приводом (VFD) для точной регулировки подачи воздуха в зависимости от реальной IT-нагрузки.
• Целевой перепад температур (ΔT): Оптимальное значение ΔT между холодным и горячим коридорами должно поддерживаться на уровне 10–12°C для максимальной эффективности.
• Предельная плотность: При воздушном охлаждении предел составляет 20–30 кВт на стойку. Использование задних дверей с теплообменником (RDHx) увеличивает его до 35–50 кВт, а прямое жидкостное охлаждение (Direct-to-Chip) позволяет превысить 100 кВт на стойку.
2.4. Влияние изоляции на энергоэффективность (PUE)
Внедрение HAC/CAC является ключевым фактором для радикального снижения коэффициента использования энергии (PUE).
• Традиционное воздушное охлаждение: Полная герметизация и CFD-оптимизация могут снизить PUE с типовых 1,8 до 1,1–1,2.
• Гибридные и жидкостные системы: Использование RDHx позволяет достичь PUE 1,1–1,5. Системы Direct-to-Chip минимизируют затраты на воздушное охлаждение, доводя PUE до 1,03–1,08.
Это снижение достигается благодаря:
• Снижению нагрузки на вентиляторы и холодильные машины (чиллер).
• Возможности безопасного повышения температуры воздуха на входе в ЦОД.
• Увеличению продолжительности работы режимов фриапного/экономайзерного охлаждения в течение года.

3.0. ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВНЕДРЕНИЮ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
3.1. Обеспечение физической герметичности (Containment Integrity)
• Крыша и стены: Использование полнофункциональных, герметичных боковых панелей и крыши для формирования замкнутого контура.
• Кабельный ввод: Применение специализированных герметичных втулок или многослойных щеточных систем.
• Основание серверной стойки: Использование уплотнительных юбок и герметичных напольных панелей для устранения подсоса.
• Точки доступа: Установка самозакрывающихся, герметичных дверей. Для горячего коридора с высоким давлением рассмотреть внедрение воздушного шлюза.
• Пожарная безопасность: Конструкция крыши должна предусматривать быстросъёмные или откидные панели для доступа газовых систем пожаротушения.
3.2. Аэродинамическая балансировка и контроль потока
• Плитки пола: Требуется калибровка перфорации плиток (переменная доля отверстий) на основе результатов CFD-моделирования для обеспечения равномерной подачи.
• Динамическое управление: Применение VFD на вентиляторах CRAH/CRAC, с контролем по ΔT и давлением, для постоянной синхронизации подачи воздуха с тепловой нагрузкой.
• Организация пространства: Физическое выравнивание серверных стоек в коридоре; устранение препятствий (неиспользуемые кабели, лотки) в зоне подачи.
3.3. Мониторинг ключевых параметров
• Управление давлением: В холодном коридоре необходимо поддерживать небольшое положительное избыточное давление в пределах 0,02–0,05 in-wg.
• Качество среды: Обеспечение чистоты и герметичности систем воздуховодов; строгий контроль притока внешнего воздуха.
• Мониторинг: Внедрение систем датчиков температуры, влажности и перепада давления (внутри/снаружи контура) для постоянного контроля.
3.4. Совместимость с системами пожарной безопасности (Fire Safety Integration)
• Протокол тушения: Крыша коридора должна быть оснащена панелями, автоматически открывающимися или сбрасываемыми при активации системы пожаротушения (газовой или водяной).
• Детекция: Установка дымовых извещателей (smoke detectors) как внутри, так и снаружи изолированных коридоров, с интеграцией в общую систему сухого пожаротушения (DAS).
• Эксплуатационная безопасность: Разработка протоколов для персонала, включая безопасные температурные режимы (≤ 32,2°C по стандарту OSHA WBGT) для работы в закрытом, но контролируемом пространстве.
3.5. Техническое обслуживание и контроль герметичности
• Аудит герметичности: Регулярное проведение тепловизионного обследования (термография) и дымового теста (smoke test) для выявления скрытых утечек.
• Регламентное обслуживание: Своевременная чистка и замена фильтрующих элементов.
• Калибровка: При изменении IT-конфигурации или плотности оборудования должна производиться повторная калибровка перфорации напольных плиток и, при необходимости, CFD-анализ.

4.0. ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
Эффективная система HAC/CAC — это не конечный продукт, а динамически управляемая инфраструктура. Для дальнейшего повышения отказоустойчивости и PUE рекомендуется:
• Переход к гибридным решениям: Комбинация воздушного охлаждения и задних дверей с теплообменником (RDHx) для серверных стоек с высокой плотностью, что значительно снижает общую нагрузку на CRAH/CRAC.
• Обеспечение модульности и гибкости: Использование магнитных уплотнений, съёмных/регулируемых панелей и дверей позволяет быстро адаптироваться к изменениям в конфигурации ЦОД.
• Программное управление: Интеграция с системами управления зданием (BMS) и инфраструктурой ЦОД (DCIM) для мониторинга, контроля и автоматизированной оптимизации воздушного потока и тепловой нагрузки в режиме реального времени.

ГЕРМЕТИЧНЫЙ КОНТУР - ЭФФЕКТИВНАЯ ЭКОСИСТЕМА ЦОД.