서버 랙 에어컨: 냉각 방법, CFM 가이드 및 모범 사례

IT 관리자에게는 익숙한 상황입니다. 서버실 모퉁이 근처에 있는 42U 랙은 일년 내내 잘 작동하다가 여름이 되면 온도 경고를 보내기 시작합니다. 실내 온도 조절 장치에는 22°C가 표시되어 있지만 스위치로 유입되는 공기는 30°C 이상입니다. 문제는 실내 냉각 용량이 아니라 랙 수준의 에어컨 또는 그 부족입니다.

서버 랙 에어컨은 캐비닛 수준에서 열을 관리하는 것을 의미합니다. 즉, 랙 전면에 충분한 시원한 공기를 공급하고, 후면에서 뜨거운 배기 가스를 제거하고, 해당 공기 흐름을 지원하는 하드웨어를 선택하는 것입니다. 이 가이드에서는 예상할 수 있는 열 부하, 냉각 및 공기 흐름 요구 사항을 계산하는 방법, 실제로 열 성능을 향상시키는 랙 구성 요소에 대해 설명합니다.

랙 수준 냉각에 더 많은 관심을 기울여야 하는 이유

랙 입구 온도는 실내 온도와 동일하지 않습니다. ASHRAE 기술 위원회 9.9에서는 IT 장비 유입 공기를 18°C~27°C(64.4~80.6°F) 사이로 유지할 것을 권장합니다. 랙에 공기 흐름 관리 기능이 부족하면 뜨거운 배기 가스가 캐비닛 상단과 측면 주변으로 재순환되어 흡입구 온도가 실내 평균보다 훨씬 높아질 수 있습니다.

캐비닛 수준 냉각이 중요한 이유를 두 가지 사실로 설명합니다.

완전히 채워진 랙은 5~15kW의 장비를 수용할 수 있으며 단일 블레이드 섀시는 5kW 이상을 소비할 수 있습니다.
널리 사용되는 전자 신뢰성 규칙에 따르면 작동 온도가 10°C 상승할 때마다 구성 요소의 예상 서비스 수명이 대략 절반으로 줄어듭니다.

따라서 랙은 캐비닛 상단 근처에 이미 핫스팟을 개발하면서 실내 온도 조절기에서는 괜찮아 보일 수 있습니다. 랙 수준에서 계획된 냉각을 통해 핫스팟이 실패하는 것을 방지할 수 있습니다.

서버 랙에 실제로 필요한 냉각 양은 얼마입니까?

시작점은 열부하입니다. 서버나 스위치가 소비하는 거의 모든 전력은 열로 변환되므로 설치된 모든 장치의 전력 소비량을 합산하여 랙 열 출력을 추정할 수 있습니다.

장치 유형별 일반적인 열 출력 일반적인 랙 장비의 대표적인 전체 부하 값입니다.

총 킬로와트 수치를 얻은 후에는 두 가지 변환이 유용합니다.

BTU/hr 단위의 열 부하 = kW × 3413.
공기 흐름 요구량은 랙 입구와 배기 사이의 온도 차이가 11°C일 때 kW당 약 160CFM입니다.

kW당 160CFM 및 11°C 온도 차이를 기준으로 다양한 랙 부하에서의 냉각 수요입니다.
랙 로드	열 출력(BTU/시간)	대략. 필요한 공기 흐름(CFM)
2kW	6,826	320
4kW	13,652	640
6kW	20,478	960
8kW	27,304	1,280
10kW	34,130	1,600

예: 500W 서버 8대가 포함된 랙은 4kW를 소비합니다. 이는 대략 13,650BTU/hr의 열입니다. 표준 11°C 델타에서 랙에는 약 640CFM의 공기 흐름이 필요합니다. 실내 공급이 그 절반만 제공한다면 입구 온도는 꾸준히 올라갈 것입니다.

명판 등급은 최악의 경우 값이며 측정된 부하는 종종 10~30% 더 낮습니다. 그렇더라도 부하가 가장 높을 때 냉각 문제가 항상 나타나기 때문에 현실적인 최고 부하에 맞춰 공기 흐름을 조정하십시오.

공기 흐름 관리는 랙 냉각의 기초입니다

팬이나 특수 냉각 장치를 추가하기 전에 기본 사항을 수정하세요. 거의 모든 랙 마운트 장비는 전면에서 후면으로의 공기 흐름을 위해 설계되었습니다. 즉, 차가운 공기는 전면에서 들어오고 따뜻한 공기는 후면에서 나옵니다. 흡입구를 막는 유리문, 벽에 붙은 후면 패널, 뜨거운 공기를 재순환시키는 열린 U 공간 등 그 경로를 방해하는 모든 요소는 냉각 효과를 감소시킵니다.

전면에서 후면으로의 공기 흐름: 시원한 공급 장치가 천공된 도어로 들어갑니다. 장비 배기 장치가 뒤쪽으로 나갑니다.

랙 수준의 공기 흐름을 개선하는 실제 단계:

흡입구 면이 차가운 통로에서 만나고 배기면이 뜨거운 통로에서 만나는 랙을 배열합니다.
각 랙 앞뒤로 최소 60cm(약 24인치)의 여유 공간을 유지하십시오.
사용하지 않는 모든 U 공간에 블랭킹 패널을 설치하여 수평 재순환을 방지합니다.
케이블이 전면 흡기 또는 후면 배기를 막지 않도록 수직 관리자를 통해 케이블을 배선하십시오.
차가운 공기가 바닥 아래 공간으로 누출되는 대신 랙 전면에 도달하도록 이중 바닥의 케이블 입구를 밀봉합니다.

재순환은 랙 흡입구 온도가 실내 온도를 초과하는 주된 이유입니다. 온도 조절 장치가 22°C로 표시되는 방에서 관리되지 않는 랙은 28~30°C의 공기를 상단 베이로 끌어들일 수 있습니다. 공기 흐름 혼합이 불량하면 사용 가능한 냉각 용량의 20~30%가 낭비될 수 있으며, 이는 데이터 센터 효율성 평가에서 자주 인용되는 수치입니다. 공기 흐름과 캐비닛 디자인이 어떻게 상호 작용하는지 자세히 알아보려면 다음을 참조하세요. 네트워크 캐비닛의 공기 흐름 관리를 통해 IT 장비 과열을 방지하는 방법 .

캐비닛 도어도 냉각에 직접적인 역할을 합니다. 대형 유리창이 있는 견고한 전면 도어는 공기가 유입될 수 있는 열린 공간을 거의 남기지 않으므로 캐비닛은 사각지대가 됩니다. 천공 도어 또는 환기를 위해 특별히 설계된 도어는 활성 스위치와 서버를 운반하는 랙에 더 나은 선택입니다. 통풍이 잘되는 도어는 찬 공기가 실제로 장비에 도달하도록 하는 동시에 보안을 유지합니다.

Vented front door for heavy-duty soundproof server cabinet

견고한 방음 서버 캐비닛을 위한 통풍 전면 도어 이 통풍 도어는 보안을 유지하면서 공기 흐름을 제공하여 활성 스위치와 서버의 냉각 요구 사항을 해결합니다. 약 1000kg을 지원하고 옵션으로 곡선형 프레임을 제공하며 표준 19인치 랙에 맞습니다. 제품보기 →

랙 장착형 냉각 하드웨어: 팬, 도어 및 온도 조절 장치

따뜻한 장소에 설치하거나 밀도가 높은 장비를 보관하는 캐비닛의 경우 랙 팬 장치는 저렴하고 효과적인 추가 장치입니다. 1U 또는 2U 팬 패널은 랙에 직접 장착되며 뜨거운 공기를 후면에서 끌어내거나 찬 공기를 전면으로 밀어냅니다. 가장 유용한 버전에는 온도 조절 스위치가 포함되어 있어 내부 온도가 설정점을 넘을 때만 팬이 작동합니다. 이는 지속적인 팬 작동에 비해 에너지를 절약하고 소음을 줄여줍니다.

Thermostat-controlled rack fan unit for server cabinets

서버 캐비닛용 온도 조절 장치로 제어되는 랙 팬 장치 따뜻한 랙을 위한 저가형 냉각 추가 기능인 이 팬 패널은 1U 또는 2U 공간에 장착되고 내부 온도가 설정점을 초과할 때만 작동하여 에너지를 절약하고 소음을 줄입니다. 제품보기 →

폐쇄형 캐비닛과 벽걸이형 인클로저에는 더욱 간단한 순환 보조 장치가 필요할 수 있습니다. 캐비닛 냉각 팬을 측면 또는 상단 패널에 장착하여 자연 대류가 약한 공간에서 내부 공기 흐름을 개선할 수 있습니다. 완전한 정밀 냉각 시스템이 적합하지 않은 복도, 상점 및 소규모 사무실의 벽 장착형 캐비닛을 위한 실용적인 옵션입니다.

Compact intelligent cooling fan for network cabinets

네트워크 캐비닛용 소형 지능형 냉각 팬 이 팬은 측면 또는 상단 패널에 장착되어 자연 대류가 약한 곳의 공기 순환을 개선합니다. 장치 온도에 따라 속도를 조정하고 조용하게 작동하며 벽걸이형 캐비닛에 적합합니다. 제품보기 →

보다 까다로운 경우에는 내부 냉각기, 후면 도어 열교환기 및 독립형 에어컨 랙을 사용할 수 있습니다. 이는 단일 랙이 대략 10kW 이상이고 실내에서 충분한 조절된 공기를 공급할 수 없는 경우 필요합니다. 그러나 대부분의 서버실과 네트워크실의 경우 깨끗한 공기 흐름 패턴, 통풍 도어, 온도 조절 장치로 제어되는 팬을 결합하면 적은 비용으로 안정적인 랙 냉각이 가능합니다. 추가 냉각 하드웨어는 방 자체가 총 열 부하를 거부할 수 있는 경우에만 효과적이라는 점을 기억하십시오. 랙은 방에 따라 다르며 방은 에어컨 시스템에 따라 다릅니다.

랙 입구 온도를 모니터링하고 이러한 실수를 방지하세요

서버 랙에 대한 가장 의미 있는 수치는 실내 평균이 아니라 장비의 입구 온도입니다. 랙 전면, 중간 높이에 온도 센서를 배치하고 몇 주 동안 기록합니다. 작업 부하 및 실내 냉각 주기에 따라 온도가 어떻게 변하는지 확인하고 해당 데이터를 사용하여 팬 임계값을 설정할 수 있습니다.

랙 입구 온도가 권장 범위 이상으로 올라가면 상대적 실패율이 높아집니다.

입구 온도가 조금만 상승해도 구성 요소에 스트레스가 추가됩니다. 따라서 랙을 ASHRAE 권장 범위 내에 유지하는 것이 실용적인 신뢰성 계획입니다. 피해야 할 일반적인 실수:

공기 흐름 용량을 추가하지 않고 랙을 과도하게 채웁니다.
상자, 케이블 또는 벽이 너무 가까이 배치되어 후면 배기를 차단합니다.
온도 조절기 제어 모델을 선택하는 대신 소음 때문에 랙 팬을 비활성화합니다.
습도 무시: 상대 습도를 적당한 범위(약 20-80%)로 유지하여 정전기 방전 및 응결 위험을 줄입니다.
실내 온도 조절 장치를 불필요하게 낮게 설정하면 랙을 보호하지 않고도 에너지 사용량이 늘어납니다.

권장 범위의 상단 근처에 랙을 설치하는 것에 대한 에너지 논쟁도 있습니다. 과냉각의 각 정도는 일반적으로 냉각 에너지 소비를 약 2-4% 증가시킵니다. 왜냐하면 에어컨 시스템이 공간을 필요한 것보다 더 차갑게 유지하기 위해 더 열심히 작동하기 때문입니다. 적절한 환기 및 열 방출 방법은 위에서 설명한 랙 수준 조치를 보완합니다.