Klimatizace serverovny

Proč je klimatizace serverovny kritická

Serverovna je prostředí s vysokou hustotou tepelného výkonu, citlivými elektronickými zařízeními a požadavkem na nepřetržitý provoz. Správně navržené chlazení zajišťuje stabilní teplotu a vlhkost, zabraňuje lokálním přehřátím, minimalizuje energetické náklady (PUE) a podporuje dlouhou životnost IT zařízení. Tento článek shrnuje klíčové požadavky na návrh, provoz a kontrolu klimatizace a chlazení serveroven od malé IT místnosti až po datové sály.

Projektové vstupy: tepelné zisky a kapacitní rezerva

• IT zátěž (kW): součet jmenovitých příkonů serverů, storage a síťových prvků s provozním koeficientem využití (obvykle 60–80 %).
• Infrastrukturní zisky: UPS ztráty (2–8 %), PDU, osvětlení, lidé (≈100 W/os), průnik tepla konstrukcemi.
• Růst a redundance: návrhová rezerva 15–30 % a redundance chlazení alespoň N+1 (kritická prostředí 2N).
• Hustota výkonu: tradičně 2–5 kW/rack, moderně 10–20 kW/rack; pro HPC až 30–100+ kW/rack (vyžaduje pokročilé metody chlazení).

Provozní prostředí: teplota a vlhkost

• Doporučené teploty vstupního vzduchu do IT: cca 18–27 °C (pro standardní IT třídy). Kratší exkurze mimo doporučený rozsah spadají do „povoleného“ pásma, ale zkracují životnost.
• Vlhkost: relativní 40–60 % nebo řízení podle rosného bodu (typ. 5–15 °C DP). Důležité je omezit rychlé změny, jež ovlivňují elektrostatiku a korozi.
• Teplotní gradienty: rozdíl mezi nasáváním a výfukem serveru (ΔT) je obvykle 10–15 K; návrh airflow musí držet stabilitu na čele racků.

Architektura proudění vzduchu

• Studené a teplé uličky: orientace racků „čely proti sobě“ (studené uličky) a „zády proti sobě“ (teplé uličky); distribuce studeného vzduchu k čelu serveru.
• Kontainment: fyzické oddělení (dveře, stropní panely) pro uzamčení studené nebo teplé uličky; typicky zlepšuje účinnost a zvyšuje použitelnou teplotu chladicího média.
• Utěsnění: záslepky v neobsazených pozicích racku, kartáčové průchodky pro kabeláž, zaslepené dlaždice v podlaze, eliminace by-pass a recirkulace.
• Distribuce: zdvižená podlaha se perforovanými dlaždicemi nebo overhead přívod; vyvážit průtok podle skutečných rackových zátěží.

Chladicí technologie: přehled řešení

• CRAC (DX) jednotky: kompresorové jednotky s přímým výparem, kondenzace vzduchem nebo vodou; vhodné pro menší a střední instalace, rychlý deployment.
• CRAH (chlazená voda): fancoilové jednotky napojené na okruh chlazené vody (chiller/adiabatic/free cooling). Vyšší účinnost, lepší škálování.
• In-row / in-rack chlazení: blízké zdroji tepla, krátké vzduchové cesty, vhodné pro vysoké hustoty (10+ kW/rack).
• Perimetrické vs. lokální: perimetr (na obvodu sálu) pro menší hustoty, lokální mezi racky pro hotspoty a vyšší výkon.
• Volné chlazení (free cooling): přímé (filtrace a směšování venkovního vzduchu) nebo nepřímé (suché chladiče/ekonomizéry). Výrazné snížení spotřeby v chladném klimatu.
• Kapalné/chlazení kapalinou: direct-to-chip (CDU, sekundární okruh), imerzní chlazení (single/dual-phase) pro 30–100+ kW/rack a HPC.

Napojení na zdroje chladu

• Chillery: vzduchem chlazené (jednoduché, vyšší kondenzační teploty) vs. vodou chlazené (chladicí věže, lepší účinnost).
• Suché chladiče / adiabatiky: úsporný odvod tepla s možností adiabatiky v horkých dnech.
• Hydraulika: primární/sekundární okruhy, variabilní průtok (VFD čerpadla), antikondenzační řízení teploty média.

Redundance, spolehlivost a údržba

• Konfigurace: minimálně N+1 u klíčových komponent (chladiče, čerpadla, vnitřní jednotky, napájení ventilátorů). Kritická prostředí 2N nebo distribuční soustavy A/B.
• Údržba za provozu: možnost výměny filtrů/ventilátorů bez odstávky; by-pass, dvojí napájení, izolované zóny.
• Výměníky a filtrace: filtry G4–F7 v přívodu vzduchu, pravidelný servis výměníků, odvody kondenzátu s detekcí úniku.

Regulace, měření a monitoring

• Snímače: rackové čidla teploty na vstupu (spodní/střední/vrchní pozice), vlhkost, tlakové diference mezi uličkami, průtoky vody, alarmy kondenzátu.
• Řízení: kaskáda a load-sharing jednotek podle nejvyšší rackové teploty; VFD na ventilátorech/čerpadlech pro modulaci výkonu.
• DCIM / BMS: vizualizace teplotních map, spotřeby (kW), PUE, alarmy (SNMP, Modbus, BACnet), historické trendy pro kapacitní plánování.

Mechanická integrace: stavební a instalační detaily

• Obálka místnosti: parotěsná a vzduchotěsná, izolované stěny/strop, minimalizace infiltrací (falešné zatížení HVAC).
• Dveře: automatický zavírač, prahy s těsněním; dvojité dveře u kontainmentu.
• Podlaha: zvýšená podlaha 300–600 mm (pokud použita) s výpočtovým průtokem; statika na bodová zatížení racků 1000+ kg.
• Průchodky a kabeláž: utěsněné, oddělení napájecí a datové cesty, kabelové žlaby mimo proud studeného vzduchu.

Elektrika a tepelné ztráty související infrastruktury

• UPS a baterie: umístění mimo studené uličky (zdroj tepla), dedikované větrání/klimatizace bateriových místností dle typu (VRLA/Li-ion).
• PDU a měření: měřené PDU (per outlet) pro monitoring skutečného odběru a tepelné mapy; eliminace přetížení okruhů.

Vlhkost, elektrostatika a koroze

• Suchý vzduch (<30 % RH) zvyšuje ESD rizika; zvlhčování parními/adiabatickými zvlhčovači s hygienickým dohledem.
• Vysoká vlhkost (>60 % RH) podporuje korozi a kondenzaci; důsledné řízení DP a prevence studených bodů.
• Korozní prostředí: filtrace, pozitivní tlak vůči okolí, zákaz chemikálií u sání.

Bezpečnost a požárně-technické souvislosti

• Detekce: časná kouřová detekce (např. nasávací systémy) v kombinaci se standardními hlásiči.
• Potlačení: plynové systémy (inertní/chemické) minimalizují poškození IT; koordinace s HVAC (vypnutí ventilace, uzávěry klapek).
• Vodní rizika: detekce úniku vody pod raised floor, oddělení vodních okruhů od IT, suché spojky, odvod kondenzátu s alarmem.

Specifika vysoké hustoty a HPC

• Lokální hotspoty: in-row/door-heat-exchanger (rear door) s chlazenou vodou; cílit ΔT a minimalizovat by-pass.
• Liquid/d2c: CDU s výměníkem mezi facility vodou a sekundární deionizovanou vodou; řízení teploty přívodu 20–45 °C dle procesorů.
• Imerzní chlazení: ponor serverů do dielektrické kapaliny; extrémní hustoty, výrazné snížení HVAC pro místnost, ale jiné požadavky na servis a bezpečnost.

Energie a ukazatele efektivity

• PUE (Power Usage Effectiveness): cílově ≤1,4 pro moderní menší serverovny; pokročilé systémy s free coolingem 1,1–1,3.
• Optimalizace: zvýšení teploty přívodu vzduchu v rámci doporučení, kontainment, VFD, free-cooling, rekuperace odpadního tepla.

Uvedení do provozu a validace

• CFD analýza: předběžná simulace proudění a teplot, identifikace rizik recirkulace.
• Integrated Systems Testing: testy výpadků (loss-of-power, loss-of-cooling), ověření failover logiky a alarmů.
• Teplotní mapa: instrumentace stojanů, zátěžové „load banky“ (ohřevné servery) a tuning průtoku.

Provoz, údržba a SLA

• Plán údržby: filtry, kondenzáty, těsnění, kalibrace čidel, revize ventilátorů a čerpadel, čištění výměníků.
• SLA parametry: definice rozsahů teplot/vlhkosti, reakční doby na alarmy, pravidla pro změny layoutu (Move/Add/Change).
• Kapacitní management: sledování trendů odběru a teplot, plánování rozšíření; governance pro instalaci nových zařízení.

Typické chyby a jak se jim vyhnout

• Bez kontainmentu: míšení teplé/studené uličky snižuje kapacitu až o desítky procent.
• Neutěsněné průchody: by-pass proudění a hotspoty v horních pozicích racku.
• Nesoulad kapacity a distribuce: dostatečný chladicí výkon, ale špatná lokální dodávka (nedostatek perforovaných dlaždic nebo špatné jejich rozmístění).
• Poddimenzované odvodnění: kondenzát a úniky vody bez detekce.
• Chybějící monitoring: pouze místní termostat vs. rack-level sensing → nezachycené lokální přehřátí.

Tabulka: orientační volba technologie podle hustoty

Checklist pro návrh a revizi serverovny

1. Definovat IT zátěž (kW), hustotu na rack a růstové scénáře.
2. Zvolit architekturu airflow (studené/teplé uličky, kontainment) a způsob distribuce.
3. Vybrat technologii chlazení (CRAC/CRAH/in-row/liquid) a úroveň redundance.
4. Navrhnout monitoring na úrovni racku, řízení VFD a integrační rozhraní DCIM/BMS.
5. Ošetřit stavební detaily (těsnost, dveře, raised floor, průchodky) a požární/ESD rizika.
6. Provést CFD/komisioning a integrované testy výpadků, nastavit SLA a plán údržby.

Závěr

Úspěšná klimatizace serverovny stojí na přesném stanovení tepelné zátěže, promyšleném proudění vzduchu, vhodné chladicí technologii a robustní redundanci s chytrou regulací. Doplňující pilíře – těsná obálka, monitoring, bezpečnostní a vodní management, kvalitní uvedení do provozu a disciplinovaný provoz – zajišťují stabilitu, efektivitu a dlouhodobou spolehlivost IT prostředí.