Вентиляция серверной комнаты: зачем нужна и как влияет на работу оборудования

Серверное, телекоммуникационное и компьютерное оборудование превращает почти всю электрическую мощность в тепло. Без управляемой вентиляции и охлаждения температура в помещении растёт — серверы начинают троттлить, выдают ошибки и аварийно отключаются. Ключевые риски: троттлинг и аварийные отключения из за перегрева, коррозия и статическое электричество из за неправильной влажности. Обычное «окно и вытяжка» не решают задачу: нужен контроль температуры, влажности и чистоты воздуха.

Стабильность микроклимата важнее абсолютных цифр. ASHRAE Equipment Thermal Guidelines (5-е издание, 2021) задаёт рекомендуемый диапазон температуры 18–27°C и допустимый 15–32°C для классов оборудования A1–A4. Влажность регламентируется через точки росы: рекомендуемая от −9°C DP до 15°C DP, допустимая — от −12°C DP (или 8% RH) до 60–70% RH. Превышение верхней границы влажности ведёт к конденсату и коррозии, падение ниже нижней — к статическому электричеству. Чистота воздуха обеспечивается фильтрацией по ANSI/ASHRAE Standard 52.2 (классы MERV 8–11 и выше).

Вентиляция — это подача и удаление воздуха, но не охлаждение. Обычная вытяжка удаляет часть тепла, однако при высоких плотностях мощности требуется активное охлаждение серверной. Без контроля температуры, влажности и фильтрации серверная превращается в зону риска: перегревы вызывают троттлинг и отказы, влажность — статику и конденсат, пыль — засорение радиаторов.

Процессоры и накопители имеют критические температуры. Для Intel Xeon Scalable 3-го поколения максимальная температура корпуса (Tcase) составляет 86°C, для AMD EPYC 4-го поколения максимум (Tjmax) — 95°C. При приближении к этим порогам оборудование снижает производительность (троттлинг) или аварийно отключается.

В отчётах Uptime Institute 2023–2025 отказы систем охлаждения не выделены отдельно среди причин простоев ЦОД — 52% impactful outages связаны с power disruptions. Однако это не означает отсутствие проблемы: сбои климатических систем часто «растворены» в общей статистике отказов оборудования.

Низкая относительная влажность (ниже 8–12% RH) резко увеличивает риск ESD (электростатического разряда). ANSI/ESD S20.20 и IEC 61340 требуют тестирования ESD элементов при 12% ± 3% RH; полы и материалы теряют соответствие при RH < 20%. Высокая влажность (выше 60–70% RH) и скачки приводят к конденсату на холодных поверхностях (при температуре ниже точки росы) и коррозии медных и серебряных проводников.

Пыль на теплообменниках образует слой теплоизоляции, снижая эффективность теплообмена. В одном проекте загрязнённый теплообменник привёл к росту температуры на выходе из кондиционера на 3–7°C при той же нагрузке (условия: IT-нагрузка 15 кВт, датчик на выходе теплообменника, эксплуатация 6 месяцев без замены фильтров). Пыль также накапливается в стойках, создавая горючий материал — риск пожара. Фильтрация по ASHRAE 52.2 (MERV 8–11 и выше) и герметизация помещения снижают запыленность до допустимых значений.

Бытовые сплиты спроектированы для переменной нагрузки и циклической работы (несколько часов в день). Серверная требует непрерывного охлаждения 24/7/365, точности поддержания температуры ±0.5–1.0°C (против ±1–2°C у бытовых), управления влажностью, работы при отрицательных температурах и резервирования. Прецизионные кондиционеры обеспечивают мониторинг параметров, диспетчеризацию, сервисопригодность и отказоустойчивость.

Проектирование вентиляции и кондиционирования серверной опирается на нормативы и стандарты. В России применяются местные СП/ГОСТ Р и международные рекомендации ASHRAE/TIA. СН 512-78 признан недействующим с 02.12.2020 постановлением Правительства РФ от 16.11.2020 №1850.

TIA-942-B определяет четыре уровня (Rating 1–4) для механических систем: Rating 1 — N (одно рабочее оборудование без резервирования); Rating 2 — N+1 (резервирование компонентов для локального отказа); Rating 3 — Concurrent Maintainability (N+1 для критических элементов, обслуживание без остановки); Rating 4 — Fault Tolerance (2N) (полное резервирование и отказоустойчивость).

Вентиляция в серверной решает несколько задач: подаёт приточный воздух с фильтрацией, создаёт подпор для защиты от пыли из коридора, удаляет загрязнённый воздух и обеспечивает аварийное проветривание. При наличии кондиционера вентиляция компенсирует избыточное давление, а не охлаждает — основную нагрузку снимает кондиционирование.

Приточная вентиляция подаёт больше воздуха, чем вытяжная, создавая избыточное давление 5–20 Па относительно коридора. Этот подпор исключает приток пыли через неплотности двери и вводов. Приточный воздух проходит фильтры (MERV 8–11+), при необходимости подогревается или охлаждается и подаётся в холодный коридор. Расход притока балансируется с вытяжкой для поддержания стабильного подпора.

Вытяжная система удаляет нагретый воздух из горячего коридора или верхней зоны помещения. Важно: одна вытяжка без притока не охлаждает и создаёт отрицательное давление, подсасывая пыль через щели из коридора.

Правильная организация потоков воздуха — основа эффективного охлаждения. Холодный воздух должен поступать на вход в стойки, а горячий — отводиться из выхода, не смешиваясь. «Короткое замыкание» воздуха (байпас холодного потока мимо стоек) снижает эффективность кондиционирования и создаёт локальные зоны перегрева (hot spots).

Стойки расставляются рядами: передние панели (забор воздуха) направлены в холодный коридор, задние (выброс) — в горячий. Кондиционер подаёт холодный воздух в холодный коридор (через фальшпол или напрямую), серверы забирают его и выбрасывают в горячий, оттуда воздух возвращается в кондиционер. Смешивание потоков минимизируется за счёт изоляции: торцы коридоров закрываются дверями или перегородками, пустые юниты в стойках заглушаются, кабели проводятся через щёточные вводы.

Выбор системы кондиционирования зависит от режима работы (24/7), зимней эксплуатации, точности поддержания параметров, резервирования, сервисопригодности, мониторинга и стоимости владения (TCO). Бытовые сплиты — дешёвое решение для малых серверных с низкой критичностью; полупромышленные (подпотолочные/кассетные) — компромисс для круглосуточной работы; прецизионные кондиционеры (шкафные/межрядные/InRow) — для высоких плотностей мощности и требований к отказоустойчивости.

Зимний комплект обеспечивает работу кондиционера при отрицательных температурах наружного воздуха (до −20…−30°C). Состав: регулятор давления/скорости вентилятора (РДК) — снижает обороты вентилятора при падении давления конденсации; нагреватель картера компрессора — предотвращает загустение масла и вскипание хладагента при запуске; нагреватель капиллярной трубки/ТРВ — стабилизирует дроссельный узел; нагреватель дренажа — предотвращает замерзание конденсата.

Прецизионные кондиционеры спроектированы для серверных: точность ±0.5–1.0°C, управление влажностью, резервирование, диспетчеризация. Межрядные (InRow) устанавливаются между стойками, обеспечивая короткий путь холодного воздуха к входам серверов — минимизируется смешивание с горячим потоком. Шкафные (CRAC/CRAH) — крупные напольные блоки для больших помещений. DX (прямое испарение) — хладагент в контуре; водяные (chilled water) — вода от чиллера.

Free Cooling (фрикулинг) — охлаждение наружным воздухом без включения компрессора, когда температура наружного воздуха ниже температуры обратной воды/воздуха на 3–5°C. Принцип: наружный воздух охлаждает гликоль в драйкулере, гликоль передаёт холод во внутренний теплообменник (косвенный фрикулинг — без смешения потоков).

В типовых климатических условиях средней полосы РФ (с учётом холодного климата зимой и умеренного летом) фрикулинг может применяться значительную часть года при правильной уставке температуры. Ограничения: переход к полному режиму при недостатке перепада температур, требования к фильтрации наружного воздуха (для косвенного типа), риски по влажности и загрязнению (для прямого смешения).

Расчёт начинается от IT-нагрузки (электрическая мощность оборудования в кВт). Почти вся электрическая мощность превращается в тепло: базовое допущение Q_тепл ≈ P_IT (в кВт). Расчёт «по площади» — ошибка, нужно считать от фактического энергопотребления стоек. Требуемая холодопроизводительность переводится в расход воздуха через ΔT (разность температур подачи и обратки). Резервирование (N+1/2N) и ротация закладываются на этапе выбора количества блоков.

Базовая формула: Q_тепл ≈ P_IT (в кВт). Для перевода в BTU/h: Q[BTU/h] = P_IT[kW] × 3412; для тонн: Q[ton] = P_IT[kW] / 3.516.

Примечание: упрощённая формула Q ≈ P_IT служит для предварительной оценки; детальный проект требует моделирования потоков и тепловой нагрузки.

Расход воздуха связан с тепловой нагрузкой и ΔT (разность температур подачи и возврата). Формула: G[м³/ч] = Q[кВт] × 3600 / (ρ × c_p × ΔT), где ρ — плотность воздуха (~1.2 кг/м³), c_p — теплоёмкость (~1.005 кДж/(кг·К)), ΔT — разность температур (обычно 8–15°C).

Если утечки высоки, ΔT падает, требуется больший расход. Измерения проводятся в холодном коридоре на входе в стойки (не в общем помещении). ASHRAE рекомендует датчики на уровнях низ/середина/верх стойки (геометрический центр впуска) или на уровнях колена/бедра/головы (knee/hip/head).

N — количество блоков, необходимых для покрытия нагрузки. N+1 — один резервный блок сверх необходимого (выдерживает отказ одного). 2N — полное дублирование (каждая система продублирована). Ротация — попеременное включение блоков для равномерного износа.

Монтаж определяет надёжность и сервисопригодность системы. Ключевые принципы: защита от протечек (дренаж с уклоном, датчики), доступ к обслуживанию, правильное направление потоков воздуха, герметизация утечек. Запрещено размещать внутренние блоки кондиционеров и трассы с риском протечки над стойками — конденсат может залить оборудование.

Внутренние блоки кондиционеров устанавливаются в стороне от стоек или над коридором (не над оборудованием). Дренаж прокладывается с уклоном к сливу, оборудуется сифоном и датчиком протечки. При срабатывании датчика система отключает блок и подаёт аварийный сигнал. Трассы хладагента и дренажа изолируются для предотвращения конденсата.

Воздуховоды прокладываются с учётом схемы коридоров: приточные каналы подают холодный воздух в холодный коридор (через фальшпол или подпотолочные решётки), вытяжные — забирают из горячего коридора или верхней зоны. Герметизация утечек: щёточные вводы кабелей, заглушки в пустых юнитах стоек, уплотнение стыков воздуховодов. Балансировка расходов: регулировочные заслонки в ветках воздуховодов, замеры после пусконаладки.

Современные требования эксплуатации включают автоматический контроль параметров, аварийные оповещения и журналирование событий. Без мониторинга перегрев обнаруживается постфактум — после отказа оборудования. Датчики фиксируют температуру, влажность, протечки, задымление/пыль; автоматика управляет уставками, резервированием, ротацией и аварийными сценариями.

ASHRAE рекомендует размещать датчики температуры в холодном коридоре на геометрическом центре впуска воздуха верхнего, среднего и нижнего оборудования (Scheme 1) или на уровнях колена/бедра/головы (Scheme 2). Для критичных стоек рекомендуется 3 точки на входе (топ/миддл/боттом); контроль выхода — опционально. Датчики влажности — в репрезентативных точках помещения. Датчики протечки — у дренажа, под фальшполом в местах прохода трасс.

Автоматика работает по логике: основной блок → резерв → авария → уведомление → эскалация. Уставки задают пороги температуры/влажности для включения/выключения блоков. Гистерезис (зона нечувствительности) предотвращает частые переключения. Ротация кондиционеров: контроллер попеременно включает 2 из 3 блоков (например, СРК-D/DM) с интервалом от часов до суток для равномерного износа.

Резервирование — защита от простоев при отказе основного блока. Ротация — равномерная наработка блоков для продления срока службы.

N+1 — один резервный блок сверх необходимого; стоимость реализации ~125% от базы (N + 1 запасной). Выдерживает одиночный отказ. 2N — полное дублирование систем; стоимость ~200% от базы. Выдерживает множественные отказы. Выбор зависит от критичности: офисная серверная — N+1; узел связи/мини ЦОД с жёсткими SLA — 2N.

Резервирование климатических систем бессмысленно без надёжного электропитания. Цепочка: ввод → ИБП (для автоматики и кратковременной поддержки вентиляторов) → АВР/генератор (для длительного энергоснабжения кондиционеров и вентиляции) → питание автоматики для отказоустойчивого управления. Без ИБП автоматика «слепнет» при отключении электричества; без АВР/генератора кондиционеры встают через несколько минут.

Семь типичных ошибок приводят к локальным зонам перегрева (hot spots), несмотря на достаточную общую мощность кондиционера: негерметичность фальшпола и байпасы; неправильная организация холодных/горячих коридоров; концентрация мощных серверов в части стойки; смешение направлений потоков в стойке; блокировка потоков кабелями/оборудованием; недостаточная статическая тяга/балансировка воздуховодов; отсутствие заглушек в пустых юнитах/плитках пола.

Для малых серверных с IT-нагрузкой до 5–10 кВт минимальный комплект включает:

Стоимость и сроки зависят от IT-нагрузки, критичности, требований к резервированию и состояния помещения. Ниже — типовые диапазоны для трёх уровней решения (без обязательств, для ориентировки).

Нет. Открытое окно и вытяжной вентилятор без притока создают неконтролируемый режим: пыль, влажность, отсутствие фильтрации, риск безопасности (доступ извне). Вытяжка без притока создаёт отрицательное давление, подсасывая загрязнённый воздух через щели.

Рекомендуемая температура на входе в стойки — 18–27°C (ASHRAE). Допустимая — 15–32°C. Критическая — выше 32°C: начинается троттлинг, при 40–50°C — риск аварийного отключения. Для Intel Xeon Scalable 3-го поколения Tcase = 86°C, для AMD EPYC 4-го поколения Tjmax = 95°C — это температуры корпуса/кристалла процессора, а не воздуха. Сверяйте с datasheet производителя вашего оборудования (см. официальные спецификации HPE и Dell).

Выбор зависит от мощности (кВт IT-нагрузки), режима работы (24/7), требований по резервированию и зимней эксплуатации.

• ASHRAE Equipment Thermal Guidelines, 5th ed. (2021) — рекомендуемые и допустимые диапазоны температуры и влажности для классов оборудования A1–A4. https://www.ashrae.org/file%20library/technical%20resources/bookstore/supplemental%20files/therm-gdlns-5th-r-e-refcard.pdf
• ASHRAE TC9.9 Data Center Power Equipment Thermal Guidelines (2016, revised) — параметры для энергооборудования ЦОД. https://www.ashrae.org/file%20library/technical%20resources/bookstore/ashrae_tc0909_power_white_paper_22_june_2016_revised.pdf
• ANSI/TIA-942-B (2017) — инфраструктурный стандарт для ЦОД, описание Rating 1–4.
• ГОСТ Р 70735-2023 — требования к системам вентиляции и кондиционирования серверных помещений в РФ.
• СП 541.1325800.2024 — правила проектирования зданий ЦОД (введён в действие 24.01.2025).
• Uptime Institute Data Center Survey 2023/2024/2025 — статистика простоев и причин отказов.
• Google Research, Failure Trends in a Large Disk Drive Population (2007) — исследование AFR HDD в зависимости от температуры.
• CMU Sigmetrics, Temperature Management in Data Centers (2012) — линейный рост AFR HDD с температурой.
• HPE Support — Operating environment для серверов ProLiant. https://support.hpe.com/hpesc/public/docDisplay?docId=a00061354ru_ru
• Dell PowerEdge технические характеристики — рабочая влажность и температура для серверов.

Примечание: проверяйте актуальность редакций документов и применимость к вашему объекту перед проектированием.