Kalkulator gęstości mocy w szafie
Sala ma obciążenie. Szafa ma limit. To, co pomiędzy, rozstrzyga plan sali.
Wpisz całkowite obciążenie IT i liczbę szaf, na które się rozkłada. Kalkulator poda gęstość mocy na szafę i na jednostkę U, prąd w każdym torze zasilania, wyłącznik wynikający z tego prądu po zastosowaniu reguły obciążenia ciągłego oraz przepływ powietrza, jakiego szafa potrzebuje przy typowym przyroście temperatury.
To na gęstości mocy planowanie pojemności najczęściej się wykłada, bo salę rzadko ogranicza łączna liczba kilowatów. Ogranicza ją to, ile mocy można doprowadzić do jednej szafy, ile ciepła da się z niej odebrać i ile fizycznie udźwignie – a te trzy limity prawie nigdy nie wypadają w tym samym miejscu.
Przykład obliczeniowy – 250 kW w dwudziestu szafach
Średniej wielkości hala z gęstością, przy której wciąż wystarcza chłodzenie powietrzem z zabudową korytarzy.
- Całkowite obciążenie IT – 250 kW. Zmierzona lub prognozowana moc IT dla całej sali, na granicy szaf.
- Zajęte szafy – 20 szt.. Szafy, w których faktycznie pracuje sprzęt IT. Puste szafy nie rozrzedzają gęstości.
- Użyteczna wysokość szafy – 42 U. Jednostki U dostępne dla sprzętu po odjęciu PDU, krosowania i zaślepek.
- Zasilanie szafy – 230 V, jednofazowe. Napięcie i liczba faz doprowadzone do listwy zasilającej (rack PDU).
- Przyrost temperatury powietrza – 11 °C. Różnica między wlotem a wylotem szafy, używana tylko do oszacowania przepływu powietrza.
Moc na szafę: 12,50 kW – Wysoka gęstość – wymaga zabudowy korytarzy, kontrolowanej temperatury na wlocie i monitoringu każdej szafy
| Waty na jednostkę U 42 U użytecznej wysokości na szafę | 298 W/U |
|---|---|
| Prąd, gdy szafę zasila jeden tor 230 V, jednofazowe | 54,3 A |
| Prąd na tor przy zrównoważonym poborze A/B To widzisz na co dzień – ale nie na to trzeba dobrać tor | 27,2 A |
| Wyłącznik według reguły obciążenia ciągłego 125% obciążenia to 67,9 A | 80 A |
| Wymagany przepływ powietrza na szafę 3392 m³/h przy ΔT 11,0 °C | 1997 CFM |
| Liczba szaf przy 5 kW na szafę | 50 szt. |
| Liczba szaf przy 15 kW na szafę | 17 szt. |
Powyżej mniej więcej 12 kW szafa przestaje być problemem przepływu powietrza, który sala jest w stanie wchłonąć, a staje się problemem, wokół którego trzeba zaprojektować cały rząd. Sprawdź korytarz, zanim zamówisz PDU.
Wzór
kW na szafę = całkowite obciążenie IT ÷ liczba zajętych szaf; prąd (A) = kW × 1000 ÷ V (÷ V × √3 przy trzech fazach)
Dobór wyłącznika uwzględnia regułę obciążenia ciągłego: obwód zasilający szafę dobiera się na 125% obciążenia, czyli tak, żeby obciążać go najwyżej w 80%. Przepływ powietrza liczony jest z tych samych stałych dla powietrza co w kalkulatorze obciążenia chłodniczego.
Przedziały gęstości i ich wymagania
Reguły kciuka do orientacji. Przy każdej gęstości wiąże ten limit, który skończy się pierwszy: zasilanie, chłodzenie albo nośność podłogi.
| Na szafę | Zwykle określane jako | Czego zwykle wymaga |
|---|---|---|
| 1–3 kW | Stara serwerownia | Otwarta sala, minimalna zabudowa, szerokie korytarze |
| 3–6 kW | Standardowa serwerownia firmowa | Zaślepki, przepusty szczotkowe, porządnie prowadzone okablowanie |
| 6–12 kW | Nowoczesna kolokacja | Zabudowa gorącego lub zimnego korytarza, opomiarowanie każdej szafy |
| 12–25 kW | Wysoka gęstość | Pełna zabudowa, kontrolowana temperatura na wlocie, chłodzenie międzyrzędowe (in-row) lub przy źródle ciepła (close-coupled) |
| 25–50 kW | Bardzo wysoka gęstość | Wymienniki ciepła na tylnych drzwiach albo odbiór ciepła direct-to-chip dla części obciążenia |
| Powyżej 50 kW | AI i HPC | Chłodzenie cieczą, wzmocniona nośność podłogi, dedykowany rozdział zasilania |
Średnia gęstość to planistyczna fikcja
Podzielenie obciążenia sali przez liczbę szaf daje średnią, a prawie żadna prawdziwa hala nie jest jednorodna. Kilka szaf pełnych GPU stoi obok rzędów sprzętu sieciowego, który pobiera dziesięć razy mniej, a system chłodzenia musi wytrzymać najbardziej obciążoną szafę, a nie przeciętną. Użyj tej liczby do zwymiarowania sali, a potem osobno sprawdź najgorszą szafę.
To samo dotyczy zasilania. Listwa PDU o prądzie znamionowym 32 A nie oznacza, że da się wykorzystać 32 A: reguła obciążenia ciągłego ogranicza ją do około 80%, a szafa zasilana dwutorowo musi przetrwać utratę jednej strony, więc każdy tor przenosi całą szafę, a nie jej połowę. Planowanie pod zrównoważony, codzienny pobór to prosta droga do tego, żeby okno serwisowe zamieniło się w awarię.
Trzy limity, rzadko ta sama liczba
- Elektryczny. Ile może dostarczyć jeden obwód przy zainstalowanym napięciu, po uwzględnieniu reguły obciążenia ciągłego i przy jednym torze wyłączonym z pracy.
- Termiczny. Ile ciepła rząd faktycznie odbierze – zależy to od zabudowy korytarzy, temperatury na wlocie i przepływu powietrza, jaki szafa jest w stanie przez siebie przeciągnąć.
- Fizyczny. Głębokość szafy, nacisk na podłogę lub płytę podłogi technicznej, promień gięcia kabli i miejsce z przodu, w którym człowiek może bezpiecznie pracować.
Dlaczego waty na U znaczą dziś więcej niż kiedyś
Szafa 42U przy 5 kW to około 120 W na jednostkę U, z czym poradzi sobie niemal każda konstrukcja chłodzona powietrzem. Ta sama szafa przy 40 kW to prawie kilowat na jednostkę U, a to ciepło musi pokonać kilka centymetrów obudowy, zanim w ogóle dotrze do powietrza.
Na tym polega przejście na chłodzenie cieczą: nie chodzi o to, że powietrze przestaje działać w sali, tylko że przestaje działać wewnątrz obudowy. Waty na U to najwcześniejszy sygnał, że projekt zmierza w stronę wymienników na tylnych drzwiach albo odbioru ciepła direct-to-chip.
Najczęściej zadawane pytania
Ile kW na szafę rack to norma?
Większość serwerowni firmowych pracuje przy 3–6 kW na szafę, nowoczesne hale kolokacyjne przy 6–12 kW, a wdrożenia wysokiej gęstości lub AI znacznie powyżej 20 kW. Średnia dla całego obiektu jest zwykle dużo niższa niż w najbardziej obciążonych szafach, dlatego chłodzenie projektuje się pod szafę szczytową, a nie pod średnią.
Ile amperów pobiera szafa 5 kW?
Przy 230 V jednofazowo 5 kW to około 21,7 A. Przy 208 V jednofazowo około 24 A, a przy 400 V trójfazowo około 7,2 A na fazę. Zanim wybierzesz wyłącznik, zastosuj regułę obciążenia ciągłego: obciążenie ciągłe 21,7 A wymaga obwodu 32 A, a nie 25 A.
Dlaczego każdy tor musi udźwignąć całą szafę?
Bo drugi tor istnieje po to, żeby przetrwać utratę pierwszego. Jeśli A i B przenoszą po połowie szafy, a A zostanie wyłączony do konserwacji, B nagle pracuje w 100% – a jeśli dobrano go na 50%, zadziała zabezpieczenie. Sprzęt z dwoma zasilaczami (dual-corded) planuje się zwykle tak, żeby każdy tor osobno mógł przenieść pełne obciążenie.
Czym są waty na U i dlaczego mają znaczenie?
To moc oddawana przez szafę podzielona przez liczbę jej użytecznych jednostek U. Opisuje, jak bardzo skoncentrowane jest ciepło, a nie ile go jest. Od około 900 W na U w górę ograniczenie przenosi się z sali na samą obudowę – i właśnie tam zaczynają się pojawiać wymienniki na tylnych drzwiach i chłodzenie direct-to-chip.
Jak przeliczyć kW na ampery dla szafy trójfazowej?
Podziel obciążenie w watach przez napięcie międzyfazowe pomnożone przez pierwiastek z trzech. Dla 10 kW przy 400 V trójfazowo: 10 000 podzielone przez (400 × 1,732) to około 14,4 A na fazę, przy założeniu symetrycznego obciążenia i współczynnika mocy bliskiego jedności.
Czy pusta szafa obniża gęstość mocy?
Obniża średnią dla obiektu i nie zmienia niczego w szafach, które są obciążone. W planowaniu gęstości licz zajęte szafy – wliczanie pustych daje uspokajającą liczbę, której system chłodzenia nie rozpozna.
Gdzie kończy się to obliczenie
To arytmetyka na granicy szafy. Nie dobiera rozdzielnicy, nie sprawdza selektywności ani koordynacji zabezpieczeń, nie uwzględnia współczynnika mocy ani harmonicznych i nie weryfikuje, czy podłoga udźwignie szafę.
Przepływ powietrza zakłada powietrze standardowe na poziomie morza i jednorodny przyrost temperatury. W prawdziwych szafach powietrze recyrkuluje, ucieka szczelinami i układa się warstwami – modele CFD istnieją właśnie dlatego, że ta arytmetyka to nie cała historia.