Шкафы серверные

Шкафы серверные: классификация, конструкция, критерии выбора и эксплуатация

Серверный шкаф (телекоммуникационный стойка, rack) – это стандартизированная металлическая конструкция, предназначенная для компактного монтажа, интеграции, защиты и обеспечения штатных условий работы активного и пассивного сетевого, серверного и телекоммуникационного оборудования. Он является фундаментальным элементом любой ИТ-инфраструктуры, центра обработки данных (ЦОД), аппаратной или телекоммуникационной комнаты, обеспечивая физическую организацию, электробезопасность, температурный контроль и управление кабельными системами.

Классификация и типы серверных шкафов

Классификация осуществляется по ряду ключевых параметров: габаритам, конструктивному исполнению, глубине, назначению и уровню защищенности.

1. По габаритным размерам и стандартам

Основной единицей измерения высоты шкафа является «юнит» (U или Unit). 1U = 44,45 мм (1,75 дюйма). Стандартная ширина монтажной стойки – 19 дюймов (482,6 мм). Глубина варьируется.

• Напольные шкафы: Наиболее распространенный тип. Устанавливаются непосредственно на пол, обладают высокой устойчивостью и грузоподъемностью. Высота: от 6U до 47U и более.
• Настенные шкафы: Крепятся к капитальной стене. Используются для размещения ограниченного количества оборудования (коммутаторы, патч-панели, малогабаритные серверы). Высота обычно от 4U до 15U. Грузоподъемность ниже, чем у напольных.
• Колонные стойки (Open Frame Rack): Открытая конструкция без боковых панелей, задней и передней дверей. Обеспечивает максимальный доступ к оборудованию и вентиляции. Применяются в тестовых лабораториях, ЦОД с контролируемой средой. Требуют отдельного ограждения для безопасности.

2. По глубине

• Малой глубины (600-800 мм): Для коммутационного, сетевого оборудования, патч-панелей.
• Стандартной/средней глубины (800-1000 мм): Универсальное решение для большинства стоечных серверов и оборудования.
• Большой глубины (1000-1200 мм и более): Для крупного серверного оборудования, систем хранения данных (СХД), устройств с задним подключением питания и кабелей. Позволяют организовать прокладку кабелей внутри шкафа без перегибов.

3. По уровню защиты и исполнению

• С защитой от несанкционированного доступа: Оснащаются замками на передней и задней дверях (механические, электронные), перфорированными или цельностеклянными дверьми для обзора.
• Пылевлагозащищенные: Имеют степень защиты оболочки IP (Ingress Protection), например, IP54. Применяются в промышленных и нестандартных условиях.
• Экранированные (EMI/RFI): Обеспечивают защиту от электромагнитных и радиочастотных помех. Все панели (включая двери) имеют токопроводящее уплотнение, специальные контактные гребенки. Критичны для объектов с высокими требованиями к ЭМС.

Конструктивные элементы и компоненты

Современный серверный шкаф – это модульная система, состоящая из следующих ключевых элементов:

1. Рама (стойка)

Несущий каркас, состоящий из вертикальных монтажных профилей (стоек) и горизонтальных/поперечных элементов, обеспечивающих жесткость. Монтажные стойки имеют квадратные или круглые отверстия с резьбой (резьбовые стойки) или безрезьбовые отверстия под быстросъемные крепления (кейдж-гайки). Стандартным является чередование отверстий по группам: три отверстия с шагом 15,9 мм (1U) составляют одну группу, между группами – промежуток в 11,1 мм.

2. Панели (обшивка)

• Боковые панели: Съемные левая и правая панели. Могут быть сплошными (для защиты и направленной вентиляции) или перфорированными.
• Задняя дверь: Обычно выполняется в виде перфорированной или решетчатой панели для выхода горячего воздуха. Может быть распашной или съемной.
• Передняя дверь: Перфорированная (до 70% перфорации) для входа охлаждающего воздуха, цельностеклянная (закаленное стекло) или комбинированная. Обязательно наличие замка.
• Верхняя и нижняя панели (крыша и дно): Могут быть сплошными или перфорированными. Нижняя панель часто имеет отверстия для ввода кабелей.

3. Система вентиляции и охлаждения

Обеспечивает температурный режим. Бывает пассивной и активной.

• Пассивная: Основана на естественной конвекции через перфорацию дверей и панелей. Требует правильно организованного холодного/горячего коридора в помещении.
• Активная: Включает встроенные вентиляторные модули (fan panels), устанавливаемые обычно в верхнюю часть шкафа для вытяжки горячего воздуха. Могут иметь регулировку скорости. Для высокоплотных решений используются индивидуальные климатические системы (прецизионные кондиционеры, дверцы с водяным или фреоновым охлаждением).

4. Система электропитания и распределения

• Силовые панели распределения (PDU – Power Distribution Unit): Устанавливаются вертикально в монтажные стойки или горизонтально. Бывают базовыми (разветвитель) и интеллектуальными (iPDU) с возможностью удаленного управления, мониторинга потребления по каждой розетке, пороговой сигнализацией.
• Шинные каналы (кабельные короба): Организуют прокладку силовых и слаботочных кабелей внутри шкафа, обычно по боковым стойкам.

5. Система кабельного менеджмента

Набор компонентов для упорядочивания кабелей:

• Горизонтальные и вертикальные органайзеры.
• Кабельные кольца и держатели.
• Панели заглушек.
• Направляющие для патч-кордов.
• Системы маркировки.

Правильная организация предотвращает перекрытие воздушных потоков, облегчает идентификацию и замену кабелей.

Ключевые технические характеристики и критерии выбора

Выбор серверного шкафа осуществляется на основе анализа следующих параметров.

Таблица 1. Основные критерии выбора серверного шкафа

Критерий	Описание и типовые значения	Влияние на выбор
Высота в юнитах (U)	От 6U до 47U. Стандартные: 42U, 45U, 47U.	Определяет количество и габариты устанавливаемого оборудования. Необходим запас 10-20% для будущего расширения и вентиляции.
Полезная глубина	600, 800, 1000, 1200 мм. Измеряется между внутренними поверхностями передней и задней дверей.	Должна превышать глубину самого габаритного устройства минимум на 100-150 мм для прокладки кабелей и обеспечения воздушного потока.
Статическая нагрузка	От 500 кг до 1500 кг и выше. Указывается для равномерно распределенной нагрузки.	Суммарный вес всего устанавливаемого оборудования (серверы, СХД, БП, кабели) не должен превышать допустимую нагрузку с коэффициентом запаса.
Ширина монтажная	Стандарт – 19 дюймов (482,6 мм). Реже – 23 дюйма (телекоммуникации).	Подавляющее большинство серверного и сетевого оборудования рассчитано на 19-дюймовую стойку.
Материал и толщина металла	Холоднокатаная сталь, толщиной 1.0-2.0 мм. Алюминиевые сплавы (легче, но дороже).	Толщина металла напрямую влияет на жесткость конструкции, виброустойчивость и долговечность. Минимум 1.2 мм для нагруженных стоек.
Перфорация дверей	Процент свободной площади: от 50% до 80%.	Большая перфорация улучшает воздушный поток, но снижает защиту от пыли и физического воздействия. Баланс между охлаждением и безопасностью.
Система охлаждения	Пассивная, активная (вентиляторы), жидкостная (дверцы).	Зависит от тепловыделения оборудования (кВт/шкаф). При плотности выше 3-5 кВт на шкаф требуется активное охлаждение.
PDU и электропитание	Тип розеток (C13, C19, Schuko), количество, номинальный ток (16А, 32А, 3-фазное), наличие мониторинга.	Определяется энергопотреблением оборудования, схемой резервирования (A/B), необходимостью удаленного управления питанием.

Организация холодных и горячих коридоров

Это стандартный метод повышения эффективности охлаждения в ЦОД. Шкафы устанавливаются рядами так, чтобы лицевые панели (забор воздуха) оборудования были обращены друг к другу, образуя «холодный коридор». Тыльные стороны (выход горячего воздуха) также обращены друг к другу, образуя «горячий коридор». Холодный воздух от системы кондиционирования подается в холодный коридор, забирается оборудованием, нагревается и выбрасывается в горячий коридор, откуда возвращается к охладителям. Для реализации этой схемы критически важно использовать шкафы с глухими верхними панелами и, желательно, с глухими боковинами, чтобы предотвратить смешивание холодного и горячего воздуха внутри ряда.

Нормативная база и стандарты

• IEC 60297 / ГОСТ Р МЭК 60297: Габариты механических конструкций для электронного оборудования (19-дюймовая стойка).
• IEC 60529 (ГОСТ 14254): Степень защиты оболочки (IP).
• ANSI/TIA-942: Стандарт для телекоммуникационной инфраструктуры ЦОД, включая требования к размещению оборудования.
• ISO/IEC 27001: Требования к физической безопасности, включая контроль доступа к шкафам.
• СНиП, ПУЭ: Нормы по заземлению, электробезопасности, размещению электроустановок.

Проектирование и монтаж: основные принципы

1. Расчет нагрузки: Определение общего веса оборудования, распределение тяжелых устройств в нижней части шкафа для снижения центра тяжести.
2. Тепловой расчет: Суммирование тепловыделения (в Вт) всего устанавливаемого оборудования. Выбор системы охлаждения шкафа и помещения с запасом 20-30%.
3. Планирование пространства: Размещение оборудования с учетом длины кабелей (питания и данных), зон горячей замены. Серверы и СХД – в центральной части, коммутаторы и панели – сверху, PDU и органайзеры – по бокам.
4. Заземление: Обязательное наличие шины заземления внутри шкафа (обычно на задней стойке). Все металлические части шкафа и оборудование должны быть надежно заземлены для электробезопасности и защиты от помех.
5. Кабельный менеджмент: Раздельная прокладка силовых и слаботочных (медные данные, оптика) кабелей. Минимальный радиус изгиба для оптических патч-кордов. Использование маркировки на обоих концах.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

1. Чем отличается серверный шкаф от телекоммуникационной стойки?

Термины часто используются как синонимы. Однако «стойка» (rack) чаще обозначает базовую несущую раму (open frame или с минимальной обшивкой), а «шкаф» (cabinet) подразумевает полностью закрытую конструкцию с дверями, панелями, системами охлаждения и управления. Серверный шкаф обычно рассчитан на более высокие нагрузки и тепловыделение.

2. Как рассчитать необходимое количество юнитов (U) для оборудования?

Суммируйте юниты всех устройств, указанные в их технических характеристиках. Добавьте 2-4U для вертикальных PDU и кабельных органайзеров. Обязательно заложите запас 20-30% от полученной суммы для будущей модернизации. Например, если оборудование занимает 25U, минимальный шкаф – 32U-36U, оптимальный – 42U.

3. Нужно ли заземлять серверный шкаф и как это правильно сделать?

Да, это обязательное требование ПУЭ и условие электробезопасности. Шкаф должен иметь собственную шину заземления (PE). Шина шкафа с помощью проводника сечением не менее 6 мм² (медь) соединяется с главной заземляющей шиной (ГЗШ) помещения или контуром защитного заземления. Сопротивление заземления должно соответствовать нормам для электроустановок.

4. Что такое интеллектуальный PDU (iPDU) и когда он необходим?

Интеллектуальный блок распределения питания обеспечивает не только разводку электроэнергии, но и удаленный мониторинг тока, напряжения, мощности, коэффициента мощности по отдельным розеткам или группам. Позволяет дистанционно включать/выключать розетки. Необходим в ЦОД для точного учета энергоэффективности (PUE), планирования нагрузки, удаленного перезапуска «зависшего» оборудования и построения отказоустойчивых схем питания.

5. Как бороться с перегревом оборудования в шкафу?

Последовательность действий: 1) Провести тепловой аудит, измерить температуру на входе и выходе оборудования. 2) Организовать холодные/горячие коридоры, установить заглушки на неиспользуемые юниты. 3) Упорядочить кабели, устранив блокировку воздушных потоков. 4) Установить активные вентиляторные панели на вытяжку. 5) Для высоких плотностей (>5 кВт) рассмотреть установку шкафной системы охлаждения (дверцы с водяным или фреоновым охлаждением).

6. Каковы требования к полу под напольный серверный шкаф?

Пол должен быть ровным, жестким и выдерживать точечную нагрузку от веса полностью укомплектованного шкафа. Для высоких (42U-47U) и тяжелонагруженных (более 800 кг) шкафов обязательна установка на фальшпол или на специальную несущую раму (подиум), распределяющую нагрузку. Необходимо проверить соответствие нагрузки предельно допустимой для перекрытия здания.

7. В чем преимущества и недостатки стеклянных передних дверей?

Преимущества: эстетичный внешний вид, возможность визуального контроля индикаторов оборудования без открывания двери, отсутствие препятствий для воздушного потока (если стекло цельное). Недостатки: меньшая механическая прочность по сравнению с перфорированной сталью, риск образования конденсата при перепадах температур, более высокая стоимость. Цельностеклянные двери не подходят для организации холодного коридора, так как не обеспечивают приток воздуха.