Серверный шкаф с интеллектуальным активным шумоподавлением

Не секрет, что серверное оборудование, как правило, устанавливается в стойку/шкаф, которые, в свою очередь, размещаются в специально выделенном месте.
Система охлаждения серверного оборудования проектируется исходя из требований к эффективности отвода тепла из корпуса, а такой параметр как уровень шума в расчет не берётся. Поэтому установка серверного шкафа или стойки вблизи с рабочими местами сотрудников исключена.
В основном, оборудование размещают в удалённых дата-центрах, локальных серверных или любом другом помещении предприятия, которое должно быть изолировано от рабочего пространства офиса и обеспечивать необходимый внутренний температурный режим.
В больших и средних организациях проблем с выделением помещения под серверную комнату не возникает. Да и в маленьких офисах можно встретить серверную «кладовку» размером два на полтора метра.
Но что делать, если IT-инфраструктура включает существенное кол-во стоечного оборудования, а места для серверной, по каким-либо причинам, не предусмотрено? Как решить вопрос размещения серверного шкафа в офисном помещении без ущерба для комфорта рабочего процесса сотрудников компании? Или же стоит задача демонстрации на выставочных мероприятиях стоечного оборудования или комплексных инфраструктурных решений. При установке классического шкафа/стойки, комфортно вести переговоры вблизи подобного стенда не получится.
Для решения подобных задач разработан уникальный серверный шкаф Silentium AcoustiRACK ACTIVE, который позволяет обеспечить отвод до 8 кВт тепла, минимизируя при этом шум, издаваемый установленным в нём оборудованием. Решение не ново, но все же я хочу посвятить ему эту статью, т.к. шкаф уже есть в лаборатории STSS и я проверил его способности на реальных задачах.
Секрет заключён не только в конструкции шкафа: стеклопакет в передней двери, шумоизоляция всех стенок, заглушек и задней двери безусловно снижают звукопроводимость. Но в шкафу должны быть отверстия для беспрепятственного прохода воздушного потока, обеспечивающего эффективное охлаждение оборудования. Как быть с подавлением шума, выходящего через них?
Для этих задач разработаны уникальные вентиляторные блоки, оснащённые интеллектуальной акустической системой активного шумоподавления.
Принцип работы заключается в анализе через встроенный микрофон общего шума оборудования и собственных вентиляторов, и формировании противофазного акустического сигнала, который компенсирует этот шум.

Заявленные характеристики

— Рассеиваемая тепловая мощность: до 8кВт
— Количество вентиляторов: 4шт.
— Пассивное шумопоглащение низких и высоких частот
— Защита от вибрации
— Активное шумоподавление низких и высоких частот

Ниже приведена диаграмма эффективности шумоподавления шкафа, заявленная производителем.

Источник Silentium

Конструкция шкафа

Основа шкафа состоит из сварного каркаса и 19-дюймовой стойки, имеющей между рамами расстояние 745мм. При необходимости рамы можно раздвинуть или сдвинуть с шагом в 25-30мм.

Больше фото шкафа в разобранном виде

Все внутренние поверхности шкафа покрыты трехслойным шумоизоляционным материалом.

Входная группа также имеет шумоизоляцию. А на воздухозаборнике, который расположен на дне шкафа, установлен фильтр.

Боковые стенки крепятся снаружи, но имеют контровку изнутри, что исключает возможность снятия стенок без открытия дверей.

Передняя и задняя двери имеют 3 петли и 4-точечную систему заперания. Обе двери замыкаются на ключ и имеют возможность смены типа открывания (право-лево).

Так как масса пустого шкафа составляет более 200 кг, он имеет мощные колёса для передвижения и выдвижные резиновые стопоры.

Система электропитания шкафа выполнена с резервированием основных компонентов. Два блока розеток предназначены для подключения к разным ИБП. Блоки питания вентиляторных модулей также продублированы — каждый вентилятор имеет свой БП, и подключены к разным источникам питания.

Шкаф имеет высоту 41U, но 8 из них занимают вентиляторные блоки Silentium ASFT. Блоки идентичны, имеют высоту 4U, но устанавливаются по разному.

Нижний модуль выдвинут вперёд для нагнетания холодного воздуха в переднюю часть шкафа. Установленное оборудование протягивает воздух через себя к задней части шкафа. Для забора нагретого воздуха верхний вытяжной модуль сдвинут назад — он выводит воздух наружу через выходное отверстие в крышке шкафа.
Эти модули и представляют особый интерес, так как снабжены системой активного шумоподавления.

Сняв крышку вентиляторного модуля, мы увидим два короба и контроллер управления.

Каждый короб шумоизолирован изнутри. На входе оснащён высокоскоростным вентилятором Delta FFB1424UHE (367CFM, 5500RPM, 3.35A, 80.4W)

На выходе короба установлен акустический блок с мощным динамиком.

Источник Silentium

Интеллектуальная система оценивает характеристики шума вентиляторов через встроенный микрофон, а динамик воспроизводит противофазный сигнал, который гасит шум оборудования.

Тестирование и результаты

Для тестирования решения в шкаф было установлено типовое серверное оборудование:

2 x 2U-сервер, 2 х Xeon E5
1 х 4U-сервер, 2 х Xeon E5
1 х 5U-сервер, 2 х Xeon E5

Для теста все вентиляторы серверов были установлены на максимальное количество оборотов.

Кроме того, чтобы обеспечить максимальный уровень шума и иметь возможность оперативно его изменять, в стойку были установлены две мощные колонки с усилителем. Колонки воспроизводили стандартный шум, издаваемый серверной комнатой с открытыми стойками.

Тестирование проводилось в 20 режимах с замером шума с расстояния 1 метр от передней двери шкафа:

Последние 8 этапов измерений были повторены для создания показательного видеоролика:

Для замера использовался шумомер Testo 816-1.
Для записи — видеокамера Panasonic HC-V750, встроенный микрофон, автоматическая регулировка звука отключена

Выводы

Работа пассивного шумоподавления

Шумоизоляция шкафа показала высокую эффективность во всех режимах испытания. Разница с открытыми и закрытыми дверями при выключенном охлаждении шкафа составляла от 13 до 437 раз. Основной шум выходил как раз через верхнюю крышку шкафа, где расположен вытяжной вентиляторный модуль.

Работа активного шумоподавления

Здесь результаты были не такие однозначные. В общих значениях эффективность с открытыми и закрытыми дверями при включенном охлаждении шкафа составляла от 10 до 575 раз. Но если рассмотреть каждый замер в сравнении с отключенной вентиляцией шкафа, то наблюдается следующая картина:
— когда серверы работали с динамическими установками скорости вращения вентиляторов, включение охлаждения шкафа добавляло 2,7дБ, что громче почти в 2 раза (это объяснимо — активно выводить до 8 кВт тепла бесшумно невозможно)
— при увеличении оборотов охлаждения серверов до максимума эта разница практически исчезала
— далее, при увеличении уровня искусственного шума, дельта в пользу акустического шумоподавления только росла: от 1,5 до 1.86 раза — при закрытых дверях, и от 1,26 до 1,41 раза — при открытых.

Минусы

— вентиляторы шкафа сами по себе далеко не бесшумные, и в случаях небольшого количества серверов внутри по факту слышно только охлаждение шкафа
— воздушный фильтр расположен на дне шкафа под входным вентиляторным блоком, для его замены требуется отключение и частичное извлечение блока из шкафа (он двигается по угловым направляющим)

Плюсы

— трёхслойная шумоизоляция внутренней поверхности шкафа превосходно снижает шум любого уровня громкости (в тестах имитировался шум не одной серверной стойки, а целого дата-центра)
— активное шумоподавление показало положительный результат при средних и высоких уровнях нагрузки
— шкаф отлично защищён от несанкционированного доступа — без ключа его не вскрыть и не раскрутить, это позволяет его устанавливать в помещениях общего пользования: коридор, офис, склад, выставочный стенд и пр.

Позиционирование

При оценке результатов тестирования следует принять к сведению окружающие условия:
— тестирование проводилось в офисном помещении площадью 12 кв. метров, почти без мебели, с высотой потолка 3,5 метра, перегородками из бетона; при эксплуатации в более крупных помещениях уровень шума будет в разы ниже
— замеры производились с расстояния 1 метр, при отдалении от источника шума громкость кратно снижается

Учитывая все данные, полученные в результате тестов, и условия проведения тестирования, можно выделить следующие варианты использования этого шкафа с активным шумоподавлением:
— бесшумная серверная (при наличии любой перегородки и двери — шум, издаваемый шкафом, отсутствует)
— серверная в офисе (при использовании 4-5 4U-серверов с динамическими установками оборотов вращения вентиляторов, шум от шкафа, установленного в кондиционируемом офисном помещении, не составит более 55дБ, что не превышает норму длительного воздействия шума)
— демонстрационный стенд для выставочных мероприятий, требующих размещения шумного оборудования.

Для возможности рассчитать стоимость шкафа с дополнительным оборудованием, мы подготовили удобный лаконичный конфигуратор решения — STSS Flagman RQ41A-6W11D.

Шкаф доступен в нашей демо-зоне в Москве на Бережковской набережной.
Приезжайте посмотреть, послушать, потрогать.

Спасибо за внимание, жду Ваших комментариев.

ссылка на оригинал статьи https://habrahabr.ru/post/279245/