Geriausi duomenų centrų aušinimo ventiliatoriai: pirkėjo vadovas

Duomenų centro šilumos generavimo ir aušinimo reikalavimų supratimas

Kaip serveriai ir įranga sukelia šilumą duomenų centre

Šiandien serveriai ir tinklo įranga sukelia rimtus šilumos problemas, ypač kalbant apie pažangiausias GPU, kurios, pagal 2023 metų pranešimus iš pramonės, gali kiekviena išskirti apie 3 kilovatus šilumos. Skaičiai tampa nepaprastai dideli dideliuose duomenų centruose, kur stelos dažnai viršija 30 kW, nes įmonės vykdo įvairias sudėtingas užduotis, tokius kaip dirbtinio intelekto modelių mokymą ir masinių duomenų rinkinių realiu laiku apdorojimą. Be to, energijos konvertavimo procesai dar padidina šią šilumos problemą 2–5 procentais, nes energija prarandama perdavimo procese, kaip prieš metus pastebėjo ASHRAE. Ir nepamirškime, kad blogai suprojektuotos serverių spintos dar labiau pablogina situaciją, sukuriant karščio taškus, kurių standartinės aušinimo sistemos paprasčiausiai negali įveikti.

Netinkamo aušinimo poveikis našumui ir patikimumui

Serveriams pradeda kilti problemų, kai temperatūra pakyla virš maždaug 77 laipsnių pagal Farenheitą arba 25 pagal Celsijų. Pagal Ponemono praėjusiais metais atliktus tyrimus, kiekvienas papildomas 1,8 laipsnio temperatūros padidėjimas sukelia apie 15 procentų klaidų skaičiaus šuolį. Jei įranga per ilgai išlieka per karšta, tai faktiškai sutrumpina aparatinės įrangos komponentų tarnavimo laiką maždaug 40 %. Be to, įmonės galiausiai daug daugiau išleidžia, kad viskas būtų vėsu, kartais net iki 30 % daugiau energijos tik oro kondicionavimo sistemoms. O nepamirškime, kas nutinka retais, bet katastrofiškais terminiais išjungimais. Uptime Institute nustatė, kad vienas toks incidentas gali kainuoti verslui beveik septyni šimtai keturiasdešimt tūkstančių dolerių dėl prarasto laiko ir visko pataisymo po to. Dėl to tinkamas šilumos valdymas šiuolaikinėse duomenų centrų aplinkose yra ne tik svarbus, bet tiesiog būtinas.

Kodėl efektyvi oro srauto valdymo sistema duomenų centruose yra kritiškai svarbi

Optimizuota oro sklaida sumažina mechaninio aušinimo poreikius 20–30 % naudojant veiksmingas izoliavimo strategijas. Karštos eilės/šaltos eilės konfigūracijų įgyvendinimas su dinaminiais aušinimo ventiliatoriais sumažina PUE (energijos naudojimo efektyvumą) 0,15–0,25 lyginant su neizoliuotomis konstrukcijomis. Šis požiūris užtikrina saugias darbo temperatūras, sunaudojant 35 % mažiau energijos nei tradiciniai perimetro pagrindu veikiantys HVAC sistemos.

Aukštos našumo aušinimo ventiliatorių atrankos pagrindiniai kriterijai

Šilumos apkrovos vertinimas ir aušinimo ventiliatoriaus galios parinkimas

Duomenų centrų operatoriai turi apskaičiuoti šiluminį išmetimą (BTU/val.) norėdami tinkamai parinkti aušinimo ventiliatorius. Šiuolaikiniai serveriai gamina 250–450 vatų vienam stendo moduliui („Uptime Institute“ 2023 m.), todėl reikalingi ventiliatoriai, kurie suderintų oro srautą (CFM) ir statinį slėgį, kad įveiktų pasipriešinimą. Naudokite šią sprendimo priemonę:

Vedauniečių aušinimo sistemų tyrimai parodo, kad per maži ventiliatoriai sukelia 12–18 % našumo ribojimą didžiausios apkrovos metu (Ponemon 2023), tuo tarpu per dideli įrenginiai kasmet išmeta į orą 740–1 200 JAV dolerių energijos sąnaudų vienam stovui.

Ventiliatorių aušinimo sprendimų mastelio keitimas augančiai infrastruktūrai

Modulinės ventiliatorių eilės su karštai keičiamais blokais leidžia palaipsniui atnaujinti sistemą be visiško pertvarkymo. Objektai, naudojantys mastelio keitimo galimybę turinčias ventiliatorių sistemas, sumažina aušinimo kapitalines išlaidas 32% per penkerių metų plėtros ciklą, lyginant su fiksuotomis sistemomis (Data Center Frontier 2024). Teikiama pirmenybė sprendimams, kurie užtikrina:

• Vertikalus 8 ventiliatorių iki vienos vertikalios stovo vietos išdėstymas
• Dinaminis apkrovos balansavimas tarp kelių ventiliatorių grupių
• Bendri valdymo magistralės sinchronizuoti greičio reguliavimui

Kainos aspektai: pradinės investicijos prieš ilgalaikes energijos taupymo galimybes

Kol kas EC (elektroniškai komutuojamų) ventiliatorių kaina yra 40–60 % didesnė išankstinė kaina palyginti su AC modeliais, jie sumažina energijos sunaudojimą 18–34 % (Gartner 2024). 500 stovų talpyklai tai reiškia 120 000–210 000 JAV dolerių metinę sutaupymą esant 0,12 JAV dolerio/kWh kainai. Pagrindiniai finansiniai rodikliai:

*Vidutinis laikas tarp gedimų

Aušinimo sistemos energijos suvartojimo ir efektyvumo rodikliai

JAV energetikos departamentas 2023 m. ENERGY STAR® gairėse duomenų centrų ventiliatoriams nustato ≥ 85 % variklio efektyvumą esant 50–100 % apkrovai. Aukščiausios klasės modeliai pasiekia 0,62 kW/tona aušinimo efektyvumą – 27 % pagerėjimą lyginant su 2020 m. baziniais rodikliais. Optimalios sistemos apima:

• ASHRAE 90.4 standartui atitinkantys oro srauto optimizavimo algoritmai
• Realaus laiko energijos suvartojimo stebėjimas (±2 % tikslumas)
• Harmoniniai iškraipymai žemiau 5 %, kad būtų sumažintos elektros nuostolios

Operatoriai pasiekia ≤ 0,7 PUE ataskaita 19 % mažesni ventiliatorių energijos kaštai lyginant su pramonės vidurkiu (Uptime Institute 2024 metų viso pasaulio apklausa).

Patalpų, eilių ir stovų aušinimo ventiliatorių sistemų palyginimas

Patalpų aušinimas: apžvalga ir apribojimai su šiuolaikinėmis šilumos apkrovomis

Patalpų aušinimas grindžiamas periferiniais oro kondicionieriais, tačiau kovoja su šių dienų didelės tankio spintomis. Kai galios tankis viršija 3 kW vienai spintai, dėl oro maišymo ir temperatūros sluoksniavimosi atsiranda oro srauto neefektyvumų (Journal of Building Engineering 2024 m.). Be apsaugos konstrukcijų, šaltas oras dažnai aplenkia įrangą, švaistant 20–30 % aušinimo energijos.

Eilučių aušinimas: Taikytas oro srautas ir gerbesnė energijos naudojimo efektyvumas

Duomenų centruose eilučių aušinimo sistemos patalpina ventiliatorius tiesiai tarp serverių eilučių, todėl sumažinamas orui reikalingas keliavimo atstumas. Rezultatas? Apie 40 % mažiau švaistomo oro srauto lyginant su tradiciniais viso kambario aušinimo sprendimais, taip pat geresnis karščio taškų formavimosi kontrolė. Tyrimai rodo, kad tokie grupuoti išdėstymai gali padidinti aušinimo veiksmingumą apie 15 %, daugiausia todėl, kad koncentruojasi į specifines zonas vietoj to, kad bandytų aušinti viską vienu metu. Vis dėlto, jei išdėstymas suprojektuotas neteisingai, tai gali sukelti problemas, pvz., prieštaraujančius oro srautus visoje patalpoje. Daugelis įrenginių galiausiai diegia specialius deflektorius arba reguliuojamus ventiliacijos sprendimus, kai pradinis projektavimas neatsižvelgia į galimas problemas diegimo metu.

Stendo aušinimas: Tikslus termalinis valdymas su integruotais aušinimo ventiliatoriais

Stovų montuojamos ventiliatorių sistemos užtikrina labai lokalizuotą aušinimą, pašalinant karštas vietas tankiai išdėstytose sistemose (≤10 kW/stovas). Įmontuoti jutikliai dinamiškai koreguoja greitį pagal tikro laiko temperatūros duomenis, palaikydami oro padavimo temperatūrą ±0,5 °C nuo nustatytosios vertės. Nors šis metodas užtikrina geresnį valdymą, jo pradinės sąnaudos yra 25–35 % didesnės lyginant su bendrais aušinimo sprendimais.

Palyginamoji analizė: kada taikyti kiekvieną aušinimo strategiją

Duomenys iš 2024 m. šilumos valdymo tyrimo rodo, kad stovų pagrindu veikiančios sistemos sumažina PUE AI/ML darbui 0,15–0,25, o eilių pagrindu sukurtos konstrukcijos puikiai tinka mišriai tankiems aplinkoms. Kambario pagrindu veikiantis aušinimas lieka tinkamas tik senosioms patalpoms su vienodais mažos galios stovais ir tinkamu oro srauto apribojimu.

Energiją taupančios aušinimo ventiliatorių technologijos ir protingos valdymo strategijos

Pažangios energiją taupančios duomenų centrų aušinimo sprendimų technologijos

Šiandienos sistemos atsitraukia nuo senoviškų konfigūracijų dėka bešepstiniams nuolatinės srovės varikliams, sujungtiems su protingomis ventiliatorių sistemomis, kurios iš tikrųjų jaučia aplinką. Šios naujos technologijos, pagal 2025 m. energijos efektyvumo pranešimą, sumažina energijos suvartojimą apie 70 % lyginant su pasenusiais modeliais. Tikras žaidimo taisyklių keitimas ateina mašininio mokymosi algoritmų pavidalu, kurie nuolat koreguoja oro srautą priklausomai nuo esamos situacijos. Kai kurie tyrimai parodė, kad toks požiūris netgi esant didžiausiam poreikiui sumažina tas erzinančias karštas vietas apie 40 %. O dar nepamirškime modulinio dizaino elementų, kurie leidžia pakopomis tobulinti sistemas, o ne keisti jas visiškai. Tai yra naudinga tiek aplinkosaugos, tiek finansinėmis akimis, nes verslo subjektai gali atnaujinti komponentus pagal poreikį ir tuo pat metu siekti žalesnių veiklos būdų, neatliekant vienu metu didelių finansinių išlaidų.

Kintamo greičio aušinimo ventiliatoriai ir protingas oro srauto valdymas duomenų centruose

Išmanieji kintamo greičio ventiliatoriai, kurie paprastai valdomi naudojant PWM arba impulsų pločio moduliaciją, iš tikrųjų sunaudoja apie 30 % mažiau energijos lyginant su senaisiais pastovaus greičio modeliais, kaip nurodyta 2023 m. šilumos valdymo ataskaitoje. Daugiapakopė oro srauto sistema veikia taip, kad vėsus oras tiekiamas tik į tas vietas, kur atsiranda karštos vietos. Paimkime realaus pasaulio pavyzdį iš 2024 m., kai įmonės, naudojančios šiuos išmanius valdymo būdus, pastebėjo, kad jų metinės aušinimo išlaidos sumažėjo apie 18 JAV dolerių už kiekvieną serverių stovą. Toks tikslus valdymas sustabdo nebūtiną aušinimą, nuo kurio daugelyje įrenginių tenka kenkti. Be to, nevertinkime peraušinimo sukeltų pinigų švaistymo – tik per vieną metą vidutinio dydžio duomenų centruose tai siekia apie 740 tūkst. JAV dolerių, kaip pranešė Uptime Institute 2024 m.

Integracija su DCIM įrankiais realaus laiko šiluminiam optimizavimui

Vedantys duomenų centrai dabar sujungia savo aušinimo infrastruktūrą su DCIM platformomis, kad galėtų valdyti darbo apkrovas dar prieš jiems tampa problemomis. Pridėjus klasikinį CFD modeliavimą, staiga operatoriai pasiekia beveik penkis devynetus (99,999 %) aušinimo veikimo laiko ir sunaudoja apie ketvirtadaliu mažiau energijos lyginant su senesnėmis sistemomis. Naujausi 2025 metų tyrimai, atlikti dvylikos didelių debesijos paslaugų teikėjų, parodė įdomų rezultatą: tie, kurie naudojo stovų lygio aušinimą kartu su DCIM, pasiekė vidutinį PUE rodiklį apie 1,15. Tai pranašesnis rezultatas už tradicinį kambario lygio metodą, kurio vidutinis PUE paprastai svyruoja apie 1,35. Iš tiesų tai visiškai logiška, nes konkrečių karštų taškų aušinimas yra efektyvesnis nei viso kambario aušinimas, kuris tiesiog švaisto energiją.

Ar tradicinės oro aušinimo sistemos vis dar tinkamos?

Senoviškės CRAC sistemos (tie kompiuterių patalpų oro kondicionieriai) vis dar tinkamai veikia vietose, kur įrangos tankis yra žemas, tarkime, mažiau nei 5 kW vienam stovui. Tačiau pažiūrėjus, kas vyko 2025 m., atsiranda kita istorija. Skaičiai parodė, kad šios tradicinės sistemos tankiems serverių rinkiniams, viršijantiems 10 kW vienam stovui, naudojo apie tris kartus daugiau energijos vienam aušinimo tonai lyginant su naujesnėmis hibridinėmis ventiliatorių skysčio sistemomis. Tačiau kai kurios įmonės rado būdų, kaip pailginti senųjų CRAC sistemų tarnavimo laiką. Viena duomenų centras valdanti įmonė pavyko sumažinti energijos sąnaudas apie 22 procentais paprasčiausiai pridėjus kintamo greičio ventiliatorius ir geriau izoliavus eilutes, o ne keičiant visą įrangą. Iš tikrųjų tai logiška, nes niekas nenori išmesti visiškai geros technikos, jei yra pigesnis sprendimas.

Geriausi aušinimo ventiliatorių modeliai ir patvirtinti duomenų centrų diegimo pavyzdžiai

Vedančios gamintojų įmonės ir jų patikimiausi aušinimo ventiliatorių modeliai

Pramonės lyderiai siūlo aksines ir centrifugines ventiliatorius, kurie yra specialiai sukurti duomenų centrams, dėmesys skiriamas energijos efektyvumui (17–35 % pagerėjimas palyginti su senesniais modeliais) ir gedimams atspariai veiklai. Aukščiausios kokybės įrenginiai turi bešepstelinius nuolatinės srovės variklius ir kintamo greičio variklius, kurie prisitaiko prie šilumos apkrovos, sumažindami energijos švaistymą dalinio naudojimo metu.

Atvejo analizė: PUE mažinimas naudojant optimizuotas ventiliatoriais grindžiamas aušinimo sistemas

2024 m. šilumos valdymo tyrimas parodė, kaip hiperskalių operatorius pagerino PUE rodiklį 0,15 naudodamas skysčiais padedamą oro aušinimo sistemą su intelektualiais ventiliatorių masyvais. Hibridinė aušinimo sistema sumažino bendrą pastato energijos sunaudojimą 18,1 %, tuo pačiu užtikrindama 100 % stendų prieinamumą, kas rodo adaptuojamų ventiliatorių technologijų veiksmingumą didelės tankio aplinkose.

Energiškai efektyvių aušinimo technologijų praktinė taikymas

Europos bendros naudos patalpose sėkmingai įdiegta trys pagrindinės strategijos, nustatytos pasaulinėse aušinimo efektyvumo analizėse:

• Vertikaliai montuojamos ventiliatorių sienos, užtikrinančios 40 % geresnį oro srauto tolygumą
• Dirbtinio intelekto valdomas ventiliatorių greičių sinchronizavimas tarp aušinimo vienetų
• Karštos eilės apribojimas, derinamas su kintamo dažnio išmetamaisiais ventiliatoriais

Šie metodai leidžia sutaupyti 22–31 % energijos, palyginti su pastovaus greičio ventiliatorių sistemomis, patvirtinant šiuolaikinių ventiliatorių architektūrų efektyvumą gamybos masto operacijose.

Dažniausiai paskyrančių klausimų skyrius

Kokie yra pagrindiniai šilumos šaltiniai duomenų centre?

Pagrindiniai šilumos šaltiniai duomenų centre apima serverius, tinklo įrangą ir maitinimo konvertavimo procesus.

Kaip nepakankamas aušinimas veikia duomenų centro veikimą?

Nepakankamas aušinimas gali sukelti padidėjusias klaidų normas, sutrumpinti komponentų tarnavimo laiką, padidinti aušinimo išlaidas bei potencialius terminius išjungimus.

Kokia yra oro srauto valdymo reikšmė duomenų centruose?

Efektyvus oro srauto valdymas sumažina aušinimo poreikius ir energijos suvartojimą, kartu užtikrindamas saugias darbo temperatūras.

Kuo skiriasi kambario, eilės ir stovo pagrindu veikiančios aušinimo sistemos?

Kambario pagrindu veikiančios sistemos tvarko žemesnes tankio reikšmes ir turi didelius oro maišymo nuostolius, eilės pagrindu veikiančios užtikrina nukreiptą aušinimą su mažesniu šilumos srauto švaistymu, o stovo pagrindu veikiančios – tikslų valdymą aukšto tankio konfigūracijoms.

Kodėl svarbu integruoti aušinimo sistemas su DCIM įrankiais?

Integracija su DCIM įrankiais leidžia geriau tvarkyti darbo apkrovas, atlikti realaus laiko termalinę optimizaciją ir pagerinti energijos naudojimo efektyvumą.