Воздухоохладительные камеры статического давления: инженерный подход к эффективному охлаждению ЦОД

Что такое ВОК и в чем её отличие от классических систем?

Воздухоохладительная камера (ВОК) — это инженерная система кондиционирования машинного зала ЦОД, в которой используется вентиляционная камера статического давления. Все вентиляторы обеспечивают расход воздуха через единую камеру, что гарантирует равномерное распределение воздушных потоков на все теплообменные аппараты, смонтированные в стенах между ВОК и машинным залом.

Для сравнения: в классической схеме по принципу «холодной стены» применяются воздухоохладительные приборы (ВОП), где теплообменник, вентиляторы, фильтры и шкаф управления объединены в единый модуль. В таких системах часто наблюдается неравномерность потоков воздуха в сечении теплообменных аппаратов, что приводит к неэффективному использованию теплообменной поверхности.

Ключевые преимущества схемы с ВОК

Главное отличие ВОК от классических решений— это раздельная установка элементов системы. Теплообменные аппараты с фильтрами монтируются как самостоятельные компоненты, а вентиляторы и шкафы управления — отдельно. Такой подход предоставляет ряд существенных преимуществ:

 

1. Гибкость проектирования: подбор теплообменных аппаратов (по габаритам, мощности, потерям давления, температурному графику) осуществляется независимо от вентиляторных блоков. Это позволяет учитывать различные режимы работы и мощность потребителей на этапе проектирования.
2. Оптимизация эксплуатации: количество и тип вентиляторов подбираются исходя из суммарного расхода воздуха на весь машинный зал, что позволяет оптимизировать режимы работы, схемы резервирования и управления.
3. Независимое резервирование: схемы резервирования в гидравлическом контуре и в контуре воздухораспределения становятся независимыми. Это упрощает ремонт и техническое обслуживание элементов системы.

Практическая реализация: от проектирования до эксплуатации

На этапе проектирования выполняется расчёт температурного режима серверных стоек на основе необходимого объёмного расхода воздуха, заявленного производителем.

Ключевые целевые показатели включают:

• разница температур на входе и выходе серверного оборудования,
• температура на выходе из стойки
• количество стоек с серверным оборудованием
• максимальная общая мощность серверного оборудования

 

Подбор вентиляторов осуществляется с учётом требуемого расхода воздуха и статического давления в камере. Особое внимание уделяется выбору энергоэффективных моделей с EC-двигателями, которые обеспечивают оптимальное соотношение производительности и энергопотребления. Количество вентиляторов определяется с учётом необходимого резерва. Теплообменные аппараты подбираются по расчётной холодопроизводительности с учётом температурного графика теплоносителя. Важную роль играют такие параметры, как размер оребрения, шаг ламелей, рядность труб и схемы змеевиков, которые напрямую влияют на аэродинамическое сопротивление и эффективность теплообмена.

Выбор контроллеров и датчиков осуществляется с учетом требований к точности регулирования и возможности интеграции в общую систему диспетчеризации ЦОД.  Габариты воздухоохладительной камеры рассчитываются исходя из необходимости обеспечения равномерного распределения воздушного потока и удобства обслуживания. При проектировании также учитываются требования к шумо- и виброизоляции, а также организация сервисных проходов.

 

Опыт внедрения и результаты

Схема кондиционирования с применением ВОК была реализована и испытана в различных режимах работы в действующих машинных залах ЦОД IXcellerate MOS5 с общей проектной IT-нагрузкой более 30 МВт. В типовой конфигурации одна ВОК включает 12–18 теплообменных аппаратов холодопроизводительностью до 220 кВт каждый и 70–90 вентиляторов с расходом воздуха до 8 000 м³/ч каждый.

 

Полученные результаты, подтвержденные практикой:

1. Увеличена плотность мощности и обеспечена достаточная подача воздуха, что исключает риски «теплового голодания» высоконагруженного ИТ-оборудования.
2. Повышена энергоэффективность ЦОД и снижено потребление электроэнергии за счет оптимизации системы.
3. Достигнут оптимальный температурный график теплоносителя, благодаря чему дата-центр работает преимущественно в энергосберегающем режиме фрикулинга.
4. Увеличено количество стойко-мест на 15%, что напрямую повысило доходность новых машинных залов.

 

Это решение подтвердило свою эффективность, позволив не только обеспечить стабильные климатические параметры, но и снизить эксплуатационные расходы за счёт оптимизации энергопотребления и упрощения обслуживания.

 

В ходе анализа решений, представленных на рынке, было отмечено, что многие технические предложения основаны на использовании фальшпола в машинном зале. В отличие от них, в проектах для дата-центров IXcellerate ВОК применяются без фальшпола. Внедрена система тамбур-шлюзов в венткамерах для изоляции воздушных потоков системы технологического кондиционирования, а система фильтрации воздуха устанавливается на нагнетающем потоке перед теплообменным аппаратом. При реализации проектов машзалов IXcellerate рассчитаны ВОК высокой холодопроизводительности от 1 до 3 МВт.

 

Опыт внедрения показал, что технология ВОК полностью соответствует трендам рынка, позволяя коммерческим ЦОД быть готовыми к постоянно растущим нагрузкам и обеспечивать бесперебойную работу серверных стоек в широком диапазоне мощностей — от 8 до 55 кВт. Важным конкурентным преимуществом является независимость от конкретного производителя оборудования, что гарантирует гибкость на всех этапах жизненного цикла дата-центра: от проектирования и строительства до эксплуатации.

 

Заключение

Воздухоохладительные камеры статического давления представляют собой современную, гибкую и экономически эффективную альтернативу традиционным системам охлаждения ЦОД. Их применение особенно актуально для высоконагруженных дата-центров, где ключевыми требованиями являются масштабируемость, энергоэффективность и бесперебойная работа. Опыт успешного внедрения в машзалах дата-центра IXcellerate MOS5, одного их крупнейших ЦОД в России, подтверждает, что ВОК — это не просто концепция, а готовое инженерное решение для задач нового поколения.