Labākie dzesēšanas ventilatori datu centriem: pircēja ceļvedis

Datu centru siltuma rašanās un dzesēšanas prasību izpratne

Kā serveri un aparatūra veicina siltuma rašanos datu centros

Serveri un tīklošanas aprīkojums šodien rada nopietnas siltuma problēmas, īpaši, ja runa ir par augstākās klases GPU, kuri katrs var izstarot aptuveni 3 kilovatus siltuma, kā norādīts dažos nozares ziņojumos 2023. gadā. Lielos datu centros skaitļi kļūst aizvien lielāki, jo stendi bieži pārsniedz 30 kW, jo uzņēmumi darbina dažādas smagas lietojumprogrammas, piemēram, māca mākslīgā intelekta modeļus un apstrādā milzīgus datu kopumus reālajā laikā. Turklāt enerģijas pārveidošana pievieno vēl papildus 2 līdz 5 procentiem šīs siltuma problēmas, jo enerģija tiek zaudēta pārvades procesos, kā pagājušā gadā atzīmēja ASHRAE. Un neaizmirsīsim arī par slikti dizainētiem serveru skapjiem, kas situāciju pasliktina, veidojot karstuma fokusus, kurus parastās dzesēšanas sistēmas vienkārši nespēj novērst.

Ietekme, kādu atstāj nepietiekama dzesēšana uz veiktspēju un uzticamību

Serveriem sākas problēmas, kad temperatūra pārsniedz aptuveni 77 grādus pēc Fārenheita jeb 25 pēc Celsija. Saskaņā ar Ponemon pētījumu pagājušajā gadā, kļūdu biežums palielinās aptuveni par 15 procentiem katrā papildu 1,8 grādu temperatūras pieaugumā. Ja aprīkojums pārāk ilgu laiku paliek pārāk karsts, tas faktiski saīsina aparatūras komponentu kalpošanas laiku aptuveni par 40%. Turklāt uzņēmumi beigās iztērē daudz vairāk naudas, lai uzturētu vēsumu, reizēm pat līdz 30% papildu enerģijas patēriņam tikai gaisa kondicionēšanas sistēmām. Un nerunāsim pat par to, kas notiek retajos, bet postošajos termiskajos izslēgšanās gadījumos. Uptime Institute konstatēja, ka viens tāds incidents var likt uzņēmumiem iztērēt gandrīz septiņdesmit četrus tūkstošus dolāru zaudētā laika dēļ un visu pēc tam nepieciešamo remontu. Tāpēc šodien datu centriem efektīva siltuma vadība ir ne tikai svarīga, bet absolūti būtiska.

Kāpēc datu centros ir kritiski svarīga efektīva gaisa plūsmas vadība

Optimizēta gaisa sadale samazina mehāniskās dzesēšanas nepieciešamību par 20–30%, izmantojot efektīvas ierobežošanas stratēģijas. Karstās rindas/aukstās rindas konfigurāciju ieviešana ar dinamiskiem dzesēšanas ventilatoriem samazina PUE (enerģijas izmantošanas efektivitāti) par 0,15–0,25 salīdzinājumā ar neierobežotām konstrukcijām. Šis pieeja uztur drošas ekspluatācijas temperatūras, patērējot par 35% mazāk enerģijas nekā tradicionālas perimetra bāzes HVAC sistēmas.

Galvenie kritēriji augstas veiktspējas dzesēšanas ventilatoru izvēlē

Siltuma slodzes novērtēšana un dzesēšanas ventilatora jaudas piemērošana

Datu centru operatoriem ir jāaprēķina siltuma izdalījums (BTU/stundā), lai pareizi noteiktu dzesēšanas ventilatoru izmērus. Mūsdienu serveri rada 250–450 vatus uz rākša vienību (Uptime Institute 2023), tādēļ nepieciešami ventilatori, kas līdzsvaro gaisa plūsmu (CFM) un statisko spiedienu, lai pārvarētu pretestību. Izmantojiet šo lēmumu pieeju:

Vadošo dzesēšanas sistēmu pētījumi rāda, ka pārāk mazi ventilatori izraisa 12–18% ražīguma samazināšanos maksimālās slodzes laikā (Ponemon 2023), savukārt pārmērīgi lieli bloki izšķiež 740–1200 USD gadā enerģijas izmaksās uz katru rādi.

Līdzstrāvas dzesēšanas risinājumu mērogojamība augošai infrastruktūrai

Modulāri ventilatoru masīvi ar karstās nomaiņas vienībām ļauj pakāpeniski modernizēt sistēmas, neveicot pilnu pārbūvi. Iekārtas, kas izmanto mērogojamus ventilatoru sistēmu, samazina dzesēšanas kapitāla izmaksas par 32% piecu gadu izplešanās ciklu salīdzinājumā ar fiksētām instalācijām (Data Center Frontier 2024). Jādod priekšroka risinājumiem, kas atbalsta:

• Vertikālo saskaitīšanu līdz 8 ventilatoriem vienā vertikālā rāvja vietā
• Dinamisko slodzes līdzsvaru starp vairākām ventilatoru grupām
• Koplietojamus vadības autobusus sinhronizētām ātruma regulēšanām

Izmaksu apsvērumi: sākotnējie ieguldījumi pret ilgtermiņa enerģijas ietaupījumiem

Kaut EC (elektroniski komutēti) ventilatori maksā par 40–60 % vairāk uz priekšu salīdzinājumā ar AC modeļiem, tie samazina enerģijas patēriņu par 18–34% (Gartner 2024). 500 stendi lielam objektam tas nozīmē ikgadējas taupīšanas summu no 120 000 USD līdz 210 000 USD pie tarifa 0,12 USD/kWh. Galvenie finanšu rādītāji:

*Vidējais laiks starp kļūmēm

Dzesēšanas sistēmas enerģijas patēriņa un efektivitātes standarti

ASV Enerģētikas departamenta 2023. gada ENERGY STAR® datcentru ventilatoru vadlīnijas nosaka ≥ 85% motora efektivitāti pie 50–100% slodzes. Augstākās klases modeļi sasniedz 0,62 kW/tonnu atdzesēšanas efektivitāte— 27% uzlabojums salīdzinājumā ar 2020. gada bāzes līnijām. Optimāli sistēmas ietver:

• ASHRAE 90.4 atbilstošus gaisa plūsmas optimizācijas algoritmus
• Reāllaika patērētās jaudas uzraudzību (±2% precizitāte)
• Harmonisko izkropļojumu zem 5%, lai minimizētu elektriskos zudumus

Operatori, kuri sasniedz ≤ 0,7 PUE ziņojums par 19% zemākas enerģijas izmaksas ventilatoriem salīdzinājumā ar nozares vidējiem rādītājiem (Uptime Institute 2024. gada globālais pētījums).

Telpu-, rindu- un stenda bāzētu dzesēšanas sistēmu salīdzinājums

Telpu bāzēta dzesēšana: pārskats un ierobežojumi ar mūsdienu siltuma slodzēm

Telpu bāzēta dzesēšana balstās uz perimetra gaisa apstrādes iekārtām, taču tā nespēj efektīvi tikt galā ar mūsdienu augstas blīvuma stendiem. Elektroenerģijas blīvumam virs 3 kW uz stendu, tā cieš no gaisa plūsmas neefektivitātes, ko izraisa gaisa sajaukšanās un temperatūras stratifikācija (Building Engineering žurnāls, 2024). Bez aizturem aukstais gaiss bieži vien iziet garām aprīkojumam, izšķērdējot 20–30% no dzesēšanas enerģijas.

Rindu bāzēta dzesēšana: mērķtiecīga gaisa plūsma un uzlabota enerģijas efektivitāte

Datu centros rindu bāzētas dzesēšanas sistēmas novieto ventilatorus tieši starp serveru rindām, kas samazina gaisa plūsmas attālumu. Rezultāts? Apmēram par 40% mazāk izšķērdēta gaisa plūsmas salīdzinājumā ar tradicionālām telpas mēroga iekārtām, kā arī labāka kontrole pār karstajām vietām. Pētījumi liecina, ka šādas klastera izkārtojums var palielināt dzesēšanas efektivitāti aptuveni par 15%, galvenokārt tādēļ, ka tie koncentrējas uz konkrētām zonām, nevis mēģina dzesēt visu vienlaikus. Tomēr nepareizs izkārtojums faktiski var izraisīt problēmas, piemēram, pretrunīgas gaisa plūsmas visā telpā. Daudzas iekārtas beigās instalē speciālus deflektorus vai regulējamas vārstu sistēmas, kad sākotnējais dizains neņem vērā šādas potenciālas problēmas instalācijas laikā.

Rātveida dzesēšana: Precīza termo kontrole ar integrētām dzesēšanas ventilatoru iekārtām

Rātī uzstādīti ventilatoru bloki nodrošina ļoti koncentrētu dzesēšanu, novēršot karstās vietas augstas blīvuma iekārtās (≤10 kW/rātī). Iebūvētie sensori dinamiski pielāgo ātrumu atkarībā no reāllaika termo datiem, uzturot ieplūdes temperatūru ±0,5 °C robežās no vērtības. Lai gan šī metode nodrošina labāku kontroli, tā palielina sākotnējās izmaksas par 25–35 % salīdzinājumā ar koplietošanas sistēmām.

Salīdzinoša analīze: kad izmantot katru dzesēšanas stratēģiju

Datu avots: 2024. gada termoenerģētikas pārvaldības pētījums, kurā redzams, ka rīķu bāzētas sistēmas mazina PUE par 0,15–0,25 AI/MK slodzēs, savukārt rindu bāzētas konstrukcijas ir efektīvākas jauktās blīvuma vides apstākļos. Telpu bāzēta dzesēšana joprojām ir piemērota tikai vecā tipa objektiem ar vienmērīgi zemas jaudas rīķiem un pareizu gaisa plūsmas ierobežošanu.

Energoefektīvas dzesēšanas ventilatoru tehnoloģijas un inteligentas vadības stratēģijas

Sasniegumi enerģiju taupīšanas risinājumos datu centriem

Šodienas sistēmas attālinās no vecmodīgajām iestatījumu shēmām, izmantojot bezķeržu līdzstrāvas motorus, kas apvienoti ar gudrām ventilatoru matricām, kuras faktiski uztver savas apkārtējās vides stāvokli. Šīs jaunās tehnoloģijas saskaņā ar jaunākajiem 2025. gada energoefektivitātes ziņojuma datiem samazina enerģijas patēriņu aptuveni par 70% salīdzinājumā ar novecojušajiem modeļiem. Patiesais spēles mainītājs ir mašīnmācīšanās algoritmi, kas nepārtraukti pielāgo gaisa plūsmu atkarībā no pašreizējās situācijas. Daži pētījumi liecina, ka šāds pieeja samazina neērtos karstos punktus aptuveni par 40%, pat kad slodze ir visaugstākajā līmenī. Un nerunājot nemaz par modulāra dizaina elementiem, kas ļauj pakāpeniski veikt uzlabojumus, nevis pilnīgi pārbūvēt sistēmu. Tas ir saprātīgi gan vides, gan finansiālā ziņā, jo uzņēmumi var atjaunināt komponentus pēc nepieciešamības, vienlaikus virzoties uz videi draudzīgāku darbību, neiztērējot uzreiz lielas naudas summas.

Mainīga ātruma dzesēšanas ventilatori un inteligenta gaisa plūsmas vadība datu centros

Gudrie mainīgā ātruma ventilatori, kurus parasti regulē ar PWM vai impulsu platumu modulāciju, patiešām patērē aptuveni 30% mazāk enerģijas salīdzinājumā ar tās vecās pastāvīgā ātruma versijām, kā norādīts siltuma pārvaldības ziņojumā no 2023. gada. Daudzonu gaisa plūsmas sistēma darbojas, virzot aukstu gaisu tieši tajās vietās, kur rodas karstās vietas. Piemēram, reālā situācija no 2024. gada rāda, ka uzņēmumi, kas izmanto šādas gudrās vadības sistēmas, redzēja savu gadskārtējo dzesēšanas izmaksu samazināšanos par aptuveni 18 ASV dolāriem katram serveru stendam. Šāda precīza regulēšana novērš nevajadzīgu dzesēšanu, no kuras cieš daudzas iekārtas. Un nemaz nerunājot par naudu, kas tiek izšķiesta tikai pārmērīgai dzesēšanai — vidēji lielos datu centros tā ik gadu sasniedz aptuveni 740 000 ASV dolāru, kā 2024. gadā ziņoja Uptime Institute.

Integrācija ar DCIM rīkiem reāllaika siltuma optimizācijai

Vadošie datu centri tagad apvieno savu dzesēšanas infrastruktūru ar DCIM platformām, lai pārvaldītu slodzes, pirms tās kļūst par problēmām. Pievienojot klasisko CFD modelēšanu, operators pēkšņi iegūst gandrīz piecus devītniekus dzesēšanas darbības laikā, vienlaikus patērējot aptuveni par ceturto daļu mazāk enerģijas salīdzinājumā ar vecajām sistēmām. Jaunākie 2025. gada testi, kas veikti divpadsmit lieliem mākoņpakalpojumu sniedzējiem, parādīja kaut ko interesantu: tie, kas izmanto dzesēšanu rīķa līmenī kopā ar DCIM, sasniedza vidējos PUE rādītājus ap 1,15. Tas ir labāks par tradicionālo telpas bāzēto pieeju, kas parasti svārstās ap 1,35. Patiesībā tas ir saprotams, jo konkrētu karstās vietas dzesēšana ir efektīvāka nekā visas telpas dzesēšana, kas tikai izšķiež enerģiju.

Vai tradicionālās gaisa dzesēšanas sistēmas joprojām ir dzīvotspējīgas?

Vecmodīgas CRAC iekārtas (tās datoristabu gaisa kondicionēšanas iekārtas) joprojām darbojas pietiekami labi tādās vietās, kur aprīkojuma blīvums ir zems, piemēram, zem 5 kW uz rātiņu. Tomēr, skatoties uz to, kas notika 2025. gadā, stāsts ir cits. Skaitļi parādīja, ka šīs tradicionālās sistēmas patērēja aptuveni trīs reizes vairāk enerģijas uz katru dzesēšanas tonnu salīdzinājumā ar jaunām hibrīdfanātu šķidrās dzesēšanas sistēmām, strādājot ar blīvi pakārtotiem serveriem, kas pārsniedz 10 kW uz rātiņu. Tomēr dažas kompānijas ir atradušas veidus, kā pagarināt savu veco CRAC sistēmu kalpošanas laiku. Viena datu centra kompānija izdeva apmēram 22 procentus mazāk enerģijas, vienkārši pievienojot maināmas ātruma ventilatorus un labāku eju aizturēšanu, nevis pilnībā nomainot visu. Patiešām saprotami, jo neviens negrib izmest pilnīgi labi funkcionējošu aparatūru, ja ir pieejams lētāks risinājums.

Labākie dzesēšanas ventilatoru modeļi un pierādīti datu centru implementācijas piemēri

Vadošie ražotāji un to uzticamākie dzesēšanas ventilatoru modeļi

Nozares līderi piedāvā aksiālos un centrifugālos ventilatorus, kas speciāli izstrādāti datu centriem, uzsvērot enerģijas efektivitāti (par 17–35% labāku salīdzinājumā ar vecākiem modeļiem) un kļūdu izturīgu darbību. Augstākās klases vienības aprīkotas ar bezķermeņa līdzstrāvas motoriem un mainīgā ātruma piedziņām, kas pielāgojas siltuma slodzēm, minimizējot enerģijas izšķiešanu daļējas slodzes laikā.

Pielietojuma piemērs: PUE samazināšana, izmantojot optimizētus ventilatoru balstītus dzesēšanas risinājumus

2024. gada siltuma pārvaldības pētījums parādīja, kā hiperskalas operators uzlaboja PUE par 0,15, izmantojot šķidruma palīdzību gaisa dzesēšanai ar inteligentiem ventilatoru masīviem. Hibrīda dzesēšanas sistēma samazināja kopējo objekta enerģijas patēriņu par 18,1%, vienlaikus nodrošinot 100% stenda pieejamību, uzsvēpjot adaptīvo ventilatoru tehnoloģiju efektivitāti augstas blīvuma vides apstākļos.

Enerģijas efektīvu dzesēšanas tehnoloģiju reālā ieviešana

Eiropas kolokācijas objekti ir veiksmīgi ieviesuši trīs galvenās stratēģijas, kas identificētas globālajos dzesēšanas efektivitātes analīzēs:

• Vertikāli montēti ventilatoru paneļi, kas nodrošina par 40% labāku gaisa plūsmas vienmērīgumu
• Mākslīgā intelekta vadīta ventilatoru ātrumu sinhronizācija visās dzesēšanas iekārtās
• Karstās eju ierobežošana, ko papildina mainīgas frekvences izplūdes ventilatori

Šie pieejas nodrošina 22–31% enerģijas ietaupījumu salīdzinājumā ar pastāvīga ātruma ventilatoru sistēmām, apstiprinot mūsdienu ventilatoru arhitektūru liela mēroga ražošanas procesos.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kādi ir galvenie siltuma avoti datu centros?

Galvenie siltuma avoti datu centros ir serveri, tīkla aprīkojums un enerģijas pārveides procesi.

Kā nepietiekama dzesēšana ietekmē datu centra darbību?

Nepietiekama dzesēšana var izraisīt kļūdu biežuma palielināšanos, samazinātu komponentu kalpošanas laiku, paaugstinātas dzesēšanas izmaksas un iespējamus termiskos izslēgšanās gadījumus.

Kāda ir nozīme gaisa plūsmas pārvaldībai datu centros?

Efektīva gaisa plūsmas pārvaldība samazina dzesēšanas prasības un enerģijas patēriņu, vienlaikus uzturot drošas ekspluatācijas temperatūras.

Kādi ir atšķirības starp telpas, rindas un stenda bāzētajiem dzesēšanas sistēmām?

Telpas bāzētās sistēmas apkalpo zemāku blīvumu un rada lielas gaisa sajaukšanas zudumus, rindas bāzētās nodrošina mērķtiecīgu dzesēšanu ar mazāk izšķiestu gaisa plūsmu, bet stenda bāzētās nodrošina precīzu vadību augsta blīvuma iekārtām.

Kāpēc ir svarīgi integrēt dzesēšanas sistēmas ar DCIM rīkiem?

Integrācija ar DCIM rīkiem ļauj labāk pārvaldīt slodzes, reāllaikā optimizēt siltuma parametrus un uzlabot enerģijas efektivitāti.