Serverovna vyžaduje precizní chlazení s řízenou teplotou 18 až 27 °C a vlhkostí 45 až 55 % RH. Standardní komfortní klimatizace tyto podmínky nedokáže dlouhodobě zajistit. Správný výběr systému závisí na tepelném výkonu racků, požadované redundanci a dostupnosti chladné vody nebo volného ochlazování. Tento průvodce shrnuje technické požadavky, typy systémů a reálné náklady pro serverovny od 5 do více než 100 racků.
Proč serverovna potřebuje precizní chlazení
Serverová technika produkuje teplo konstantně, 24 hodin denně, 365 dní v roce. Tepelný výkon racku se pohybuje od 5 do 15 kW u standardní hustoty a od 20 do 50 kW u high-density konfigurace (blade servery, GPU clustery). Komfortní klimatizace je navržena pro proměnlivé tepelné zisky v obytných a kancelářských prostorech a její regulace není dostatečně přesná.
Hlavní rozdíly mezi komfortní a precizní klimatizací:
- Přesnost regulace teploty: precizní systémy CRAC/CRAH udržují teplotu s odchylkou ±1 °C; komfortní split klimatizace pracuje s tolerancí ±2–4 °C.
- Řízení vlhkosti: precizní systémy aktivně zvlhčují i odvlhčují vzduch; standardní klimatizace vlhkost neřídí.
- Poměr citelného a latentního tepla (SHR): serverovny generují téměř výhradně citelné teplo (SHR blízko 1,0); precizní systémy mají SHR 0,9 až 1,0, komfortní klimatizace pouze 0,6–0,7.
- Monitoring a alarming: precizní systémy poskytují sledování teploty, vlhkosti, tlakové diference a napájení s alertingem do BMS nebo DCIM.
- Redundance: precizní systémy jsou navrženy pro konfiguraci N+1 nebo 2N; komfortní jednotky redundanci nenabízejí.
Teplotní a vlhkostní požadavky: standard ASHRAE
Průmyslovým standardem pro prostředí datových center je ASHRAE TC 9.9. Nejpoužívanější třída A1 platí pro serverovny s řízeným prostředím:
| Parametr | Doporučený rozsah (A1) | Maximální přípustný rozsah (A1) | Riziko při překročení |
|---|---|---|---|
| Teplota přiváděného vzduchu | 18 – 27 °C | 15 – 32 °C | Přehřátí CPU/paměti, throttling, zkrácení životnosti |
| Relativní vlhkost | 45 – 55 % RH | 20 – 80 % RH (noncondensing) | Elektrostatika pod 40 %; kondenzace nad 60 % |
| Rosný bod | 5,5 – 15 °C Td | –12 – 17 °C Td | Kondenzace na elektronice, koroze |
| Rychlost změny teploty | Max. 5 °C/hod | Max. 20 °C/hod | Teplotní šok, praskliny pájení |
Poznámka: Třídy A2, A3, A4 připouštějí širší rozsahy pro zařízení odolná vůči vyšším teplotám. Většina produkčních serverů je certifikována pouze pro A1 nebo A2.
Redundance chlazení: N, N+1, 2N
Redundance chladicího systému přímo určuje, jak se serverovna zachová při výpadku nebo plánované údržbě jedné chladicí jednotky. Pro výběr je klíčová kategorie dostupnosti (Tier dle Uptime Institute):
| Úroveň redundance | Konfigurace | Dostupnost při výpadku jednotky | Typické použití | Tier dle Uptime Institute |
|---|---|---|---|---|
| N (bez redundance) | Přesně tolik kapacity, kolik je potřeba | Výpadek chlazení při poruše jakékoli jednotky | Kancelářské serverovny, dev prostředí | Tier I |
| N+1 | Jedna záložní jednotka nad potřebu | Chlazení funguje i při výpadku jedné jednotky | Podnikové serverovny, sdílená infrastruktura | Tier II – III |
| 2N (duální redundance) | Zdvojený celý systém (A+B path) | Chlazení funkční i při výpadku celé cesty A nebo B | Komerční DC, kritická infrastruktura | Tier III – IV |
| 2N+1 | Dva plné systémy + jedna záložní jednotka | Maximální odolnost pro misi kritické provozy | Finanční sektor, telekomunikace, healthcare | Tier IV |
Praktický příklad: serverovna s IT výkonem 60 kW v konfiguraci N+1 bude mít instalovány tři chladicí jednotky po 30 kW každá. Při výpadku jedné zbývají dvě s plnou kapacitou 60 kW.
Typy chladicích systémů pro serverovny
CRAC (Computer Room Air Conditioning)
Tradiční precizní klimatizace s přímým výparníkem (DX). Chladí vzduch lokálně: vlastní kompresor, expanzní ventil a venkovní kondenzátor. Vzduch cirkuluje pod zdvojenou podlahou (raised floor) nebo stropem. Jednotky mají výkon 10 až 100 kW a instalují se typicky podél stěn serverovny.
Výhody: jednoduchost, nezávislost na chladné vodě, rychlá instalace. Nevýhody: nižší energetická účinnost (COP 2,5–3,5), omezená škálovatelnost, riziko horkých skvrn u high-density racků.
CRAH (Computer Room Air Handler)
Vzduchový výměník napojený na okruh chlazené vody (typicky 7/12 °C nebo 12/18 °C). Neobsahuje kompresor, pracuje jako fan coil. Chladicí výkon zajišťuje centrální chiller nebo věžový chladič. Výkon jednotlivých CRAH jednotek dosahuje 20 až 150 kW.
Výhody: vyšší COP, snazší škálovatelnost, nižší hlučnost, vhodné pro DC nad 30 racků. Nevýhody: vyžaduje infrastrukturu chlazené vody, složitější instalace, riziko úniku vody.
In-row chlazení
Chladicí jednotky umístěné přímo mezi řadami serverových racků. Vzduch cirkuluje na krátké vzdálenosti (horká ulička / studená ulička). Systém eliminuje horkéskvrnky a je efektivní pro high-density racky od 15 kW výše. Napojení buď přímovýparné (DX) nebo na chlazenou vodu.
Rear-door výměníky tepla
Pasivní nebo aktivní výměníky montované na zadní dveře serverového racku. Chladí vzduch přímo při výstupu z racku. Vhodné jako doplněk stávajícího chlazení nebo pro retrofit high-density racků bez nutnosti rekonstrukce celé serverovny.
Free cooling a ekonomizéry
Free cooling využívá nízkou venkovní teplotu k chlazení bez nutnosti provozu kompresoru. V podmínkách České republiky je venkovní teplota pod 15 °C přibližně 180 dní ročně (říjen až duben). V tomto období lze provozovat chlazení s výrazně nižší spotřebou elektřiny. U přímého vzduchového free coolingu se úspora pohybuje kolem 40 až 60 % ročních nákladů na chlazení.
Typy free coolingu:
- Vzduchový free cooling (adiabatický): přímé přivádění chladného venkovního vzduchu s filtrací. Jednoduché, ale vyžaduje filtraci a řízení vlhkosti.
- Nepřímý free cooling: výměník mezi venkovním vzduchem a okruhem chlazené vody. Vzduch a voda se nemísí, ochrana před znečištěním.
- Hybridní chiller s free coolingem: chiller automaticky přepíná mezi kompresorem a free coolingem podle venkovní teploty.
Výpočet chladicího výkonu
Základní pravidlo: 1 kW IT výkonu = 1 kW chladicí kapacity (minimálně). V praxi se přidává rezerva 20–30 % pro budoucí rozšíření a výkonové špičky.
Tepelný výkon typických konfigurací:
- Standardní server rack (1U–2U servery): 5 až 15 kW na rack
- High-density rack (blade servery, GPU): 20 až 50 kW na rack
- HPC / AI cluster: 50 až 100+ kW na rack
Příklad výpočtu pro serverovnu s 10 standardními racky (průměr 8 kW/rack): IT výkon 80 kW, požadovaná chladicí kapacita s 25% rezervou = 100 kW. Konfigurace N+1: tři CRAC jednotky po 50 kW (kapacita 150 kW, provoz dvou při výpadku jedné).
PUE: ukazatel energetické efektivity
PUE (Power Usage Effectiveness) měří celkovou energetickou efektivitu datového centra. Vzorec: PUE = celková spotřeba DC / spotřeba IT vybavení.
| Hodnota PUE | Hodnocení | Typická konfigurace | Podíl energie na chlazení |
|---|---|---|---|
| 3,0 a výše | Velmi špatná | Starší serverovny bez optimalizace | Až 67 % celkové spotřeby |
| 1,8 – 2,5 | Průměrná | Standardní komerční DC | 44 – 56 % |
| 1,58 | Průměr EU (2023) | Většina podnikových serveroven | 37 % |
| 1,2 – 1,5 | Dobrá | Moderní DC s optimalizovaným chlazením | 17 – 33 % |
| Pod 1,2 | Vynikající | DC s free coolingem, přímým vzduchovým chlazením | Do 17 % |
Snížení PUE z 1,8 na 1,3 u serverovny s IT výkonem 100 kW představuje úsporu přibližně 438 MWh ročně, při ceně 4 Kč/kWh to je 1 752 000 Kč ušetřených nákladů za rok.
Kompatibilita s protipožárními systémy
Serverovny jsou obvykle vybaveny plynným hasicím systémem, který musí být kompatibilní s chladicím řešením. Klíčové požadavky:
- FK-5-1-12 (Novec 1230): nejpoužívanější v ČR, nezanechává residua, nízký GWP 1. Po aktivaci je nutné rychle odvětrat prostředí; chladicí systém musí mít uzavírání přívodu vzduchu.
- CO₂ systémy: vyžadují hermeticky uzavřenou serverovnu; chladicí jednotky nesmí přivádět venkovní vzduch během hasicího procesu. Vysoká koncentrace CO₂ je nebezpečná pro osoby.
- Inertní plyny (IG-541, Argonite, Inergen): přirozené plyny, nulový GWP. Vyžadují velké láhvové baterie a přetlakové odvětrávání při aktivaci.
Všechny chladicí systémy musí být v projektu hasicího zařízení explicitně zohledněny. Chladicí jednotky s přívodem venkovního vzduchu (vzduchový free cooling) musí mít motorické klapky s vazbou na EPS.
Náklady na chlazení serverovny
Orientační investiční náklady na komplexní chladicí systém pro serverovny různé velikosti (bez DPH, bez stavebních úprav):
| Kategorie | Počet racků | IT výkon | Typ systému | Investiční náklady | Roční provozní náklady (energie) |
|---|---|---|---|---|---|
| Malá serverovna | 5 – 10 racků | 25 – 80 kW | 2× CRAC DX, N+1 | 800 000 – 1 800 000 Kč | 150 000 – 380 000 Kč |
| Střední serverovna | 10 – 30 racků | 80 – 300 kW | CRAH + chiller, N+1 | 2 500 000 – 6 000 000 Kč | 380 000 – 1 100 000 Kč |
| Podnikové DC | 30 – 100 racků | 300 kW – 1 MW | CRAH + chiller + free cooling, 2N | 8 000 000 – 25 000 000 Kč | 900 000 – 3 500 000 Kč |
| Komerční DC | 100+ racků | 1 MW+ | Modulární, 2N+1, free cooling | 25 000 000+ Kč | Dle specifické konfigurace |
Provozní náklady jsou orientační při ceně elektřiny 4 Kč/kWh a PUE 1,5. Free cooling může provozní náklady snížit o 25 až 45 % v závislosti na lokalitě a konfiguraci.
Referenční projekt: Siemens, výrobní serverovna
Diamond COOL realizoval chlazení serverovny pro řídicí systémy výrobní linky v závodě Siemens. Serverovna zajišťuje provoz PLC, SCADA systémů a průmyslových IoT zásuvek. Výpadek chlazení by přímo ohrozil kontinuitu výroby.
Parametry projektu: 12 racků, IT výkon 95 kW, požadavek 99,99% dostupnosti, existence plynného hasicího systému FM-200. Řešení zahrnuje dvě CRAC jednotky v konfiguraci N+1 s výkonem 60 kW každá, samostatný monitorovací systém s alertingem do BMS závodu a klapkové uzavírání přívodu vzduchu s vazbou na EPS. Výsledné PUE 1,42.
Projekt byl realizován za plného provozu závodu, instalace probíhala během plánovaných servisních oken o víkendech. Celková délka realizace: 6 týdnů.
Více o průmyslových řešeních Diamond COOL najdete na stránce HVAC a průmyslové chlazení.
Výběr systému: přehled doporučení
- Do 5 racků, kancelářská serverovna: 1–2 CRAC DX jednotky, konfigurace N nebo N+1 podle kritičnosti.
- 5 až 20 racků, podniková serverovna: CRAC DX N+1, doporučen vzdálený monitoring, UPS pro chladicí systém.
- 20 až 50 racků: CRAH s chillerem, uvažovat in-row chlazení pro high-density zóny, free cooling ekonomicky výhodný.
- Nad 50 racků, komerční DC: CRAH + chiller + nepřímý free cooling, konfigurace 2N, DCIM systém, cíl PUE pod 1,3.
- High-density racky (nad 20 kW/rack): in-row chlazení nebo rear-door výměníky jako primární nebo doplňkový systém.
Často kladené otázky (FAQ)
Jaká teplota má být v serverovně?
Podle standardu ASHRAE A1 se doporučuje teplota přiváděného vzduchu 18 až 27 °C a relativní vlhkost 45 až 55 % RH (bez kondenzace). Překročení horní hranice zvyšuje chybovost hardware a zkracuje životnost komponent; vlhkost pod 40 % RH způsobuje elektrostatické výboje, vlhkost nad 60 % RH riziko kondenzace na elektronice.
Může být v serverovně běžná klimatizace?
Ne. Standardní komfortní klimatizace (split nebo multi-split) není pro serverovnu vhodná. Nedokáže udržet přesnou teplotu a vlhkost, nemá dostatečnou redundanci ani monitorování. Pro serverovny se používají precizní systémy CRAC nebo CRAH s řízenou vlhkostí, alarmingem a záložní kapacitou.
Co znamená redundance N+1 v chlazení serverovny?
N je počet chladicích jednotek potřebný pro pokrytí maximálního tepelného výkonu IT vybavení. N+1 znamená, že je instalována jedna záložní jednotka navíc. Při výpadku nebo servisu jedné jednotky zůstává chlazení plně funkční. 2N (duální redundance) znamená zdvojený celý systém, který se používá v datových centrech Tier III a Tier IV.
Co je PUE a jaká hodnota je dobrá?
PUE (Power Usage Effectiveness) je poměr celkové spotřeby energie datového centra k spotřebě samotného IT vybavení. Hodnota 1,0 je teoretické maximum (veškerá energie jde do IT). Průměr v České republice a EU se pohybuje kolem 1,58. Moderní efektivní datové centrum dosahuje PUE pod 1,2; špičková zařízení s free coolingem mohou dosáhnout 1,1 a méně.
Navrhněte chlazení serverovny s odborníky
Diamond COOL projektuje a realizuje precizní chladicí systémy pro serverovny a datová centra, od malých podnikových instalací až po průmyslová datová centra s požadavkem vysoké dostupnosti. Připravíme výpočet tepelné zátěže, návrh redundance a cenovou nabídku na míru vašemu provozu.
Nezávazná konzultace zdarma