Вентиляция с охлаждением для майнинг-ферм, серверных и дата центров

• Зачем вентиляция на майнинг-ферме и в серверной
• Требования в микроклимату
• Расчеты вентиляции майнинг-ферм
• Устройство
• Схемы систем вентиляции майнинг-ферм и серверных
  • Вариант 1 Принципиальная схема с воздуховодами и компрессорно-конденсаторным блоком
  • Вариант 2 Принципиальная схема с реализацией приточных устройств в конструкции наружных ограждений (без использования воздуховодов), а также с применением водяного охлаждения приточного воздуха

Зачем нужна вентиляция майнинг-ферм, серверных, дата-центров

Оборудование для майнинга и серверное оборудование — дорогостоящее и ломкое — требует особых условий эксплуатации: оптимальной температуры, правильного теплообмена и воздухообмена, хорошей системы фильтрации воздуха. Тепло, выделяемое видеокартами и асик-майнерами, должно отводится из помещения — в противном случае майнинговая ферма неизбежно столкнется с последствиями перегрева:

• снижением производительности
• перманентным отключением оборудования
• поломками
• быстрой изнашиваемостью устройств

Грамотно устроенная вентиляция решит проблему охлаждения воздуха и поддержания необходимых температурных условий на майнинг-ферме и в серверной. Мы рекомендуем приточно-вытяжной тип вентиляции — он лучше других способен обеспечивать оптимальные условия микроклимата на майнинг-ферме.

Требования к микроклимату

Нормативное регулирование проектирования вентиляции в серверных, дата-центрах, майнинг-фермах на сегодня несколько устарело. Наиболее подробные требования к микроклимату прописаны в строительных нормах  СН 512-78 “Инструкция по проектированию зданий и помещений для электронно-вычислительных машин”. В соответствии с ними:

• Запыленность воздуха в в залах ЭВМ и помещениях сервисной аппаратуры не должна превышать -0,75 мг/м3 при размерах частиц не более 3 мкм
• Количество наружного воздуха в системах кондиционирования принимается из расчета 60 м3/ч на одного работающего, но при этом должен обеспечиваться не менее чем двукратный воздухообмен в час.
• При подаче охлажденного воздуха непосредственно к устройствам ЭВМ температура его на входе должна быть не ниже 14° С, относительная влажность не более 80%
• Рекомендуются температурный и влажностный режимы, а также параметры скорости движения воздуха (для рабочей зоны помещения):

 

Также данные нормы устанавливают схемы воздухообмена:

• «сверху вверх» —  при тепловой нагрузке, включая поступление тепла через ограждающие конструкции помещения, не превышающей 350 ккал/ч на 1 м площади пола;
• «снизу вверх» — при тепловой нагрузке, превышающей 350 ккал/ч на 1 м площади пола;
• комбинированную с удалением воздуха 30-40% снизу и 70-60% сверху — при тепловой нагрузке, превышающей 350 ккал/ч на 1 м площади пола.
• Вытяжные отверстия следует размещать над оборудованием, выделяющим тепло

Разработаны различные стандарты организаций по устройству систем вентиляции и кондиционирования серверных помещений, например Стандарт национального объединения строителей 2017 г. содержит такие требования к серверным помещениям:

 

Отметим, что лучше всего ориентироваться на те условия работы оборудования, которые указаны в рекомендациях производителя (например, технической документации на установки).

Расчет вентиляции для майнинг фермы и в серверной

Первый шаг в устройстве системы вентиляции — расчет теплопотерь и воздухообмена. Полученные данные позволяют понять, какой тип вентсистемы использовать, какое оборудование выбрать и как расположить.

Расчет делается на основании следующих данных:

• Расчетная температура воздуха в помещении — температура, которую необходимо поддерживать для оптимальной производительности майнинг-оборудования и серверного оборудования. Для корректного расчета лучше запрашивать данный параметр у производителя устройств.
• Тепловыделения — сумма тепла от работающего оборудования и теплопоступления от солнечной радиации
• Расчетная температура наружного воздуха —  поскольку мы будем забирать воздух с улицы и подавать его в помещение. Данные  о температуре наружного воздуха в расчетный период можно определить по  СП 131.13330.2020 "Строительная климатология" .
• Объем помещения
• Материал ограждающих конструкций, количество проемов и др. параметры для расчета теплопотерь
  

Для обустройства вентиляции требуется вычислить кратность воздухообмена — интенсивность обмена воздуха, определяемая числом смены воздуха за единицу времени. Это значение, которой показывает, сколько раз в течение одного часа воздух в помещении полностью меняется на новый.

Кратность воздухообмена рассчитывается по формуле:

N = Q возд / V пом.

Где:

N или n — кратность (раз в час);

Q возд — нужное количество свежего воздуха в час, м³/ч;

V пом — объем помещения, м³;

Также рассчитывается расход воздуха  — или объем воздуха, который должен проходить через помещение каждый час. 

Далее необходимо определить технические характеристики вентиляционных установок:

• производительность вентиляторов;
• давление вентиляторов (напор выводимого воздуха, Па);
• частота вращения вентиляторов(количество оборотов в единицу времени, об/мин);
• мощность нагревателя приточного воздуха
• мощность охладителя приточного воздуха
• размеры воздуховодов

Расчетов достаточно много и не все они простые. Чтобы не рассчитывать вентиляцию майнинг-фермы или серверной самостоятельно, вы можете обратиться к нам.

Оставить заявку на расчет

Устройство приточно-вытяжной вентиляции майнинг-фермы

Состав вентсистемы для майнинга должна включать следующие компоненты:

• Вентиляторы —  создают необходимое давление для подачи/удаления воздуха. Вентиляторы используют осевые и центробежные. Преимущества осевого: малый вес, легкость монтажа; преимущество центробежного (радиального): высокая производительность и высокий напор.
• Воздуховоды - необходимы для проведения и подачи воздушного потока. Форма воздуховодов, материал, а также их параметры определяются исходя из расчетов.
• Воздухораспределители (диффузоры, решетки) - служат для подачи воздуха в помещения.
• Регулировочные клапаны, шиберы, заслонки – выполняют роль регулирования расходов воздуха и балансировки системы.
• Фильтры – предназначены для защиты системы и помещения как от относительно крупного мусора (пыль, насекомые, пух), так и от мелких загрязнений.
• Калориферы (нагреватели - водяные или электрические) - служат для подогрева подаваемого в помещение воздуха в зимний период года до комнатной температуры. Подавать холодный зимний воздух в помещение майнинг-фермы нельзя — это может привести к образованию конденсата, который может намочить и испортить оборудование
• Воздушный клапан — устройство, перекрывающее вентиляционный канал при выключении вентиляции. Необходим в зимний период, когда под действием разности давления, которая возникает из-за большого перепада температур внутри и снаружи помещения, холодный наружный воздух может проникать в помещение даже при выключенном вентиляторе. Отсутствие данного устройства может также привести к выпадению конденсата. 
• Решетка наружная воздухозаборная — защищает вентиляцию от попадания внутрь посторонних предметов
• Шкаф автоматики —  выполняет функцию управления системой и взаимодействие компонентов системы

Как еще можно улучшить систему вентиляции на майнинговой ферме и в серверной

• Компрессорно-конденсаторный блок. Данное оборудование позволяет охлаждать приточный воздух, который подается в помещение. Особенно актуально на майнинг-фермах в летнее время года в теплых странах.
• Секция рециркуляции. Рециркуляция — один из способов использования тепла, которое отводится из помещения. Актуально в холодное время года, когда приточный воздух необходимо подогреть во избежание образования конденсата в системе. Заключается рециркуляция в том, что часть вытяжного воздуха подмешивается к приточному. После смешения мы получаем воздух более высокой температуры, по сравнению с зимним уличным.
• Рекуператор.Также позволяет применять тепло вытяжного воздуха, но другим способом: рекуператор нагревается от тепла вытяжного воздуха, а затем передает это тепло приточному. Таким образом, в отличии от предыдущего пункта, воздушные массы здесь не смешиваются.
• Увлажнитель. Канальные увлажнители в системах вентиляции поддерживают оптимальный показатель влажности в помещении, препятствуя образованию электростатических зарядов и пыли на поверхности оборудования.
• Осушитель. Пригодится в регионах с высокой влажностью, где ее необходимо снизить.

Опционально в системе вентиляции могут также присутствовать и другие составляющие, о которых мы расскажем в конце статьи.

Схемы систем вентиляции майнинг-фермы и серверной

Существует несколько принципиальных схем обустройства систем вентиляции, каждая имеет свои преимущества и недостатки. Рассмотрим несколько наиболее распространенных.  

Представим два варианта вентиляции для серверных, дата-центров и майнинг-ферм.

Вариант 1 Принципиальная схема с воздуховодами и компрессорно-конденсаторным блоком 

Организуется при помощи воздуховодов, расположенных над горячими коридорами, приточных вентиляторов, нагнетающих свежий воздух в помещение майнинг-фермы, а также вытягивающих нагретый воздух вытяжных вентиляторов. Нагрев приточного воздуха в зимний период реализуется при помощи калорифера, также для этого может использоваться рециркуляция (подмес теплого вытяжного воздуха) или рекуперация (передача тепла вытяжного воздуха приточному при помощи теплообменника). За охлаждение приточного воздуха в теплое время года отвечает компрессорно-конденсаторный блок.

Плюсы данной схемы:

• Гибкое управление
• Эффективность

Минусы: 

• Высокая стоимость организации (капитальные вложения) и эксплуатации, необходимость в большом количестве дорогого оборудования (например, мощных промышленных вентиляторах)
• Обустройство большого количества воздуховодов

Вариант 2 Принципиальная схема с реализацией приточных устройств в конструкции наружных ограждений (без использования воздуховодов), а также с применением водяного охлаждения приточного воздуха

Такую схему вентиляции принято считать менее затратной, так как вы можете уменьшить капитальные и эксплуатационные  затраты за счет использования естественных сил. 

Приточный воздух подается в область «холодного коридора», через организованные приточные устройства в наружных ограждающих конструкциях, между стойками майнинг-ферм, в свою очередь, вытяжная вентиляция располагается над «горячим коридором», где скапливается нагретый воздух. Это именуются принципом холодного и горячего коридора.

При этом отток воздуха организуется как можно выше — поскольку горячий воздух имеет меньшую плотность,  т.е. он легче относительно наружного воздуха и скапливается под кровлей здания. Такая система вентиляции работает по принципу снизу-вверх. Обычно такой же тип вентиляции реализуется в серверных и дата центрах. 

Данный тип вентиляции позволяет наиболее эффективно удалять теплоизбытки из помещения и обеспечивать оптимальные условия микроклимата на майнинговых фермах. 

В более доступной по стоимости системе вентиляции применение воздуховодов и вентиляторов сведено к минимуму, применение компрессорно-конденсаторных блоков (в теплый период) и нагревателей приточного воздуха (в холодный период) также можно исключить за счет водяного охлаждения и рециркуляции горячего воздуха.

Схема выглядит следующим образом:

В теплое время года приточный воздух подается на кассеты испарительного охлаждения — такие, как Pad Cooling. Они представляют собой панели, состоящие из гофрированных целлюлозно-бумажных листов с различными углами гофров, по которым стекает холодная вода.

Теплый воздух, проходя через влажную кассету,  охлаждается и увлажняется, затем попадает в холодный коридор, откуда воздух “забирают” видеокарты и асики. Холодный коридор и горячий коридор разделены перегородками (например, плотным полиэтиленом или любыми другими газоплотными ограждающими конструкциями), чтобы воздушные массы не смешивались. Горячий воздух в данной системе поднимается к вытяжному вентилятору и вытягивается наружу.

Для подогрева приточного воздуха зимнее время года в данной системе можно организовать рециркуляцию — теплый вытяжной воздух при помощи рециркулятора подмешивать к приточному, как бы возвращая обратно в помещение. Однако, стоит учесть разность плотности воздуха из-за разности температур — необходим грамотный расчет для правильного подбора и размещения оборудования, чтобы избежать расслаивания воздушных масс в объеме “холодного коридора” (иначе холодный воздух будет проходить в нижней части помещения, а горячий — в верхней, необходимо учесть распределение воздушных потоков, а также скорость и равномерность смешения потоков).

Плюсы данной схемы:

• Дешевая организация и эксплуатация

• Эффективность

Минусы: 

• Требует тщательного расчета различных режимов. В данной схеме приходится учитывать большее количество факторов, чем в случае с первой схемой — мы используем меньше оборудования, заставляющего воздух активно циркулировать, используем испарительное охлаждение, т.е. процессы происходят более естественно и менее управляемо. Однако расчет и моделирование позволяют предусмотреть все нюансы процесса вентиляции, разработать подходы к регулированию системы. Вложения в проектирование и расчет окупятся на этапе закупки оборудования, строительства и эксплуатации.
  

Оставить заявку на проектирование

Также существует варианты комбинированной компоновки двух схем, т.е. исключение того или дополнение иным оборудованием. В действительности выбор схемы вентиляции зависит от региона строительства, особенностей площадки на которой возводится объект. Для подбора оптимальной схемы мы рекомендуем проконсультироваться со специалистом.

Про нас

Мы занимаемся отоплением и вентиляцией более 12 лет. Огромный опыт расчетов, проектирования, подбора агрегатов, а также теплотехническое образование наших инженеров позволяет успешно работать с самыми специфичными объектами.

Используем проверенные системы расчета и подбора техники. Устройство подбирается индивидуально под каждый объект в зависимости от технических условий и пожеланий заказчика.

Для поставки доступно современное оборудование, отвечающее высоким стандартам качества и безопасности.

Основы нашего подхода к работе:

• Рациональность. Если вы не знаете, какой агрегат будет экономичнее и эффективнее в долгосрочной перспективе, мы учтем все факторы, влияющие на это — специфику производства, географическое расположение, изнашиваемость оборудования — и исходя из этих данных посоветуем наиболее разумный вариант.
• Честность. Мы честно говорим, если то или иное оборудование не подходит под ваши задачи или если есть более рациональный вариант. Мы не руководствуемся принципом “лишь бы продать”. О минусах и нюансах техники, если такие есть, предупреждаем. 
• Ответственность. Для подбора мы делаем точные расчеты, за которые отвечаем. Если для точного расчета по какой-то причине недостаточно данных — предупреждаем заказчика и подбираем агрегат так, чтоб его мощности хватало с запасом.