Давайте вентилировать

или

как размещать оборудование в стойках чтобы уменьшить эксплутационные расходы

О.Р. Лубенченко,
генеральный директор ЗАО «Корпорация АПЦ»

Предисловие

 Вы купили оборудование для телерадиовещания или аудиовидеопроизводства.

 Разместить его можно несколькими способами.

• Поставить на поверхность. Это может быть столешница обычного стола.
• Подвесить, например, к потолку с помощью специальных кронштейнов.
• Врезать в поверхность. Для этого используется специализированная мебель. Врезаются, как правило, управляющие панели и устройства, требующие сверхоперативного доступа (в пределах досягаемости руки оператора).
• Разместить в специальной стойке. Это, прежде всего, - крупногабаритные устройства, не требующие частого доступа. Например, не содержащие механических элементов приборы: шасси (Mainframes) микшеров, генераторы, маршрутные коммутаторы и т.д.

До сих пор можно встретить и такой способ, когда в целях экономии денежных средств и физического пространства приборы и устройства размещаются путем выстраивания «башни». Такое размещение выходит «боком» уже в скором времени, особенно если эта «башня» состоит из трех приборов и больше; имеет большую потребляемую мощность; «держит» расположенные в верхней части тяжелые устройства (например, монитор или профессиональный видеомагнитофон).

В таких вариантах только по факту выясняется, что истинной причиной выхода из строя одного или нескольких приборов, размещенных в «башне», явился не брак завода-изготовителя. Причиной на самом деле стали деформация (из-за неравномерного распределения весовой нагрузки) и повышенная температура (из-за слишком близкого соседства) оборудования.

Уйти от материальных потерь позволяет применение специализированных стоек, в профессиональном обиходе называемых «рэками» (жаргонное от rack, англ. яз. – стойка, стеллаж, шасси, каркас).

Виды стоек, стандартизованных для использования в телерадиовещании и аудиовидеопроизводстве

В настоящее время для нужд AV-производства стандартизованы (стандарты IEC 297-II, BSS 5954, DIN 41494) стойки с внутренней шириной 19", или 48,26 см. По области применения различают следующие виды стоек: настольные, настенные, напольные. Все они являются стационарными.

Кроме этого, распространены также переносные стойки (flying case), выполненные в виде чемоданов, кофров на колесах и т.д. По конструктивным особенностям различают стойки обычного исполнения и экранированные. Их высоту измеряют в U (Unit) или RU (Rack Unit), причем численное значение 1U(1RU) составляет 44 мм. Производятся стойки от 6U до 45U. По глубине стойки для звуковой и видеоаппаратуры несколько различаются. Для звуковых характерны размеры 380 и 460 мм, а предназначенных для работы с видеооборудованием - 600 и 800 мм.

Аппаратура, инсталлируемая в стойки, имеет соответствующие крепления, на жаргоне называемые "рэковые уши". Но так можно крепить только аппаратуру, обладающую малым весом и размерами. Для установки объемного и тяжелого оборудования в стойках обычно предусматривают полки, чаще всего стационарные. Гораздо реже встречаются выкатывающиеся, так называемые роллерные полки.

К стойкам выпускается множество разнообразных аксессуаров: декоративные заглушки, внутристоечный свет, сетевые разветвители для подачи питания и т.д.

Верхний и нижний пределы рабочего температурного диапазона

В инструкциях по эксплуатации оборудования всегда указывается диапазон температуры, в котором данный прибор или устройство нормально работает. Такой температурный диапазон называют рабочим (РТД). Нижний предел РТД, как правило, 00.

Любой прибор теоретически не может эксплуатироваться в условиях нулевой влажности. Значит в воздухе, окружающем прибор и его элементную базу, содержится вода. Соответственно нижний предел РТД определяется точкой замерзания воды, так как температурные колебания около точки замерзания воды могут вызвать механические повреждения из-за процесса замерзания-размораживания. Приборы и устройства, не содержащие движущихся и прочих механических элементов, могут иметь нижний предел РТД, сравнимый с нижним пределом температуры, допускаемой для хранения такого оборудования. В основном это -200 С. Более низкий нижний предел РТД может даваться приборам, которые изготавливаются для эксплуатации в жесткой окружающей среде. Такие приборы имеют специальное исполнение корпуса и элементной базы.

Допустимый верхний температурный предел для большинства электронных компонентов – 700. Внутри устройства температура увеличивается в среднем на 250, если при этом обеспечивается нормальная циркуляция воздуха. Эти два параметра и определяют 450 как максимальный верхний предел РТД для большинства приборов и устройств.

Способы вентиляции для оборудования, размещенного в стойки

Когда несколько приборов размещено слишком близко друг к другу, температура внутри каждого или некоторых из них может подняться до более высокой отметки по сравнению, например, с размещением на поверхности стола.

Достаточно часто температура внутри устройства (равная температуре окружающего блоки и элементы внутреннего пространства этого устройства) может даже превышать температурные допуски для компонентов, использованных в устройстве, и в результате вызывать быстрое увеличение температуры этих самых компонентов. Последнее, как правило, приводит к выходу компонентов из строя, блокируя работу устройства в целом.

Задача вентиляционных решений – сохранить температуру внутри стойки на приемлемой отметке, т.е. не просто в пределах РТД, а по возможности на стабильном уровне.

Принудительная вентиляция

Рис. 1. Установка блоков с горизонтально расположенными лопастями вентиляторов

Принудительная вентиляция, как следует из названия, создает направленные потоки воздуха с помощью специальных средств. Направленные потоки инициируются электрическими вентиляторами и распределяются с учетом конструктивных особенностей как самой стойки, так и установленного в ней оборудования. Источники принудительной вентиляции конструктивно могут выполняться блоками, в которых лопасти вентиляторов располагаются горизонтально или вертикально. В первом случае высота блока, как правило, умещается в пределах 1U. Во втором – зависит от типа и мощности используемых вентиляторов и может составлять от 2 до 4U.

 «Рэковые» вентиляционные блоки могут иметь один, два или четыре вентилятора. Понятно, что разное количество вентиляторов обеспечивает разную мощность циркуляции воздуха.

Вентиляционные блоки с горизонтально расположенными лопастями вентиляторов устанавливаются в самом низу стойки, под устройствами, которые надо вентилировать (рис. 1).

Вентиляционная решетка в верхней крышке стойки должна обеспечивать адекватный воздушный поток. Позиционирование вентиляционного блока в стойку обеспечивается соблюдением ширины 19’’, боковыми направляющими и «рэковыми ушами». Стационарные блоки закрепляются в стойку с помощью двух или четырех винтов; выдвижные блоки имеют либо механическую пружинную защелку, либо ручку для обычного выдвигания из стойки. Надо отметить, что выдвижные вентиляционные блоки дороже стационарных (в силу использования дополнительных элементов: выдвижных направляющих и защелкивающих механизмов), но более функциональны, так как сокращают время доступа к вентиляторам для их очистки или профилактики.

Вентиляционные блоки с вертикально расположенными вентиляторами используются для так называемого «локального обдува», т.е. когда прибор содержит один или несколько особо чувствительных к температуре элементов, например винчестеров и прочих твердотельных накопителей. Их выход из строя дорого обходится любому пользователю, особенно если сохраняемая на накопителях информация не дублируется. Как говорится, лучше вентилировать, чем … Вентиляционные блоки с вертикально расположенными вентиляторами размещаются рядом с критическими местами вентилируемых приборов и устройств. В таком блоке может быть от одного до двух вентиляторов, посаженных на одну ось. Поток воздуха, создаваемый таким вентиляционным блоком, должен направляться непосредственно в точку расположения критического к температуре элемента. Высота таких вентиляционных блоков минимум 2U.

Мощность воздушного потока вентиляционных блоков любого исполнения обеспечивается общими параметрами: количеством вентиляторов, скоростью и равномерностью вращения приводных двигателей вентиляторов, количеством и геометрическими размерами лопастей вентиляторов.

Нельзя также забывать о следующем незначительном, на первый взгляд, факторе. Чем стабильнее вращение лопастей вентиляторов, тем равномернее создаваемый воздушный поток, тем продолжительнее работа оборудования, которое охлаждается такими вентиляционными блоками. Не стоит пренебрегать качеством исполнения вентиляционных блоков. «Запитывать» их надо так же, как и сами устройства, – через стабилизированные источники питания или, по крайней мере, через сетевые фильтры.

Естественная вентиляция

Рис. 2. Расположение вентиляционных рупоров

Естественная вентиляция в стойке обеспечивается просто – исключением физического контакта между соседними приборами. Добиться физического зазора можно двумя средствами.

• На лицевую сторону стойки устанавливаются не сплошные, а «пористые» панели-заглушки. Таким образом решается и декоративная, и вентиляционная задача. Поры такой панели-заглушки могут иметь различные геометрические вариации, которые позволяют воздуху свободно циркулировать.
• Второе средство – это более сложная конструкция, блок естественной вентиляции. Его передняя панель так же пористая, но за ней скрываются вентиляционные рупоры, которые разделяют потоки воздуха от соседних приборов и направляют эти потоки в распределенные точки (рис. 2).

По высоте пористые панели-заглушки и блоки естественной вентиляции исполняются в стандартных размерах: 1U или 2U. Большей высоты на один физический зазор не требуется даже для создания естественной вентиляции.

Маленькие хитрости вентиляции

Есть много полезных мелочей, которые использовались и используются в инсталляциях при реализации системных проектов оснащения телерадиокомпаний и аудиовидеостудий. Обо всех не рассказать по причине ограниченных объемов данной статьи и по причине охраны наших коммерческих секретов. Но о двух очевидных хитростях вентиляции поведаем.

Если снять верхние крышки с приборов, размещаемых в стойке, можно дать нагретому воздуху внутри этих приборов возможность «покинуть» их пределы с высокой скоростью. Такая хитрость еще эффективнее, если сами платы приборов расположены в их корпусах вертикально, так как обеспечивается более свободная циркуляция воздуха через приборы. Правда, дополнительный шум от вентиляторов может создавать некоторое неудобство.

Между двумя приборами можно разместить подряд несколько вентиляционных блоков так, чтобы тепло от приборов могло в больших объемах направляться в окружающую среду через заднюю часть вентиляционных блоков. В этом случае можно избежать взаимовлияющего нагрева, а внутреннюю температуру вентилируемых приборов поддерживать на предельно низком уровне.

Заключение

Способ вентиляции и число вентиляционных блоков в любом конкретном случае выбираются в зависимости от количества тепла, генерируемого в оборудовании, размещаемом в стойке. Каждая стойка просчитывается отдельно. Различия между приборами и устройствами (потребляемая мощность, конструктивное исполнение и т.д.) делают невозможным дать единое правило, описывающее общее количество приборов или максимально разрешенную мощность между двумя вентиляционными блоками. Однако эмпирическое определение гласит: необходимо использовать один вентиляционный блок для каждых двух приборов или устройств, размещаемых в стойку. В общем, система должна быть разработана так, чтобы поддерживать внутреннюю температуру воздуха ниже 700 – максимально допустимой окружающей температуры для большинства электронных компонентов.