Проектирование системы вентиляции контейнеров для майнинга ASIC: регулирование воздушных потоков, пылеулавливание и техническое обслуживание

A горный контейнер может иметь достаточное количество вентиляторов и при этом перегреваться. Неисправность обычно начинается с проблем с давлением, рециркуляцией или фильтром, который никто не планировал чистить.

Это различие имеет значение, поскольку ферма ASIC с воздушным охлаждением не получает доход за счет количества вентиляторов, указанного в техническом паспорте. Доход формируется тогда, когда каждый майнер получает воздух в пределах допустимых условий впуска, горячий отработанный воздух покидает площадку, не возвращаясь в систему впуска, а уровень запыленности контролируется без риска перегрузки системы.

Таким образом, эффективная вентиляция контейнера для майнинга на ASIC представляет собой систему поддержания теплового баланса и управления воздушными потоками. Она учитывает мощность майнеров, допустимый рост температуры воздуха, производительность вентиляторов при статическом давлении, геометрию приточных отверстий, отделение вытяжного воздуха, загрузку фильтров, местные климатические условия и доступ для технического обслуживания. Если упустить хотя бы одну из этих переменных, номинальная производительность контейнера может оказаться недостижимой в июле, на больших высотах или после трёх недель накопления пыли.

Начинайте с расчета тепловой нагрузки, а не с количества вентиляторов

Практически вся электроэнергия, потребляемая майнером на базе ASIC, в конечном итоге превращается в тепло внутри рабочей среды. Группа майнеров, потребляющих 1 000 кВт, выделяет примерно 1 000 кВт тепла, которое необходимо непрерывно отводить.

Уравнение явного тепла первого прохода имеет следующий вид:

Тепловая нагрузка = плотность воздуха × удельная теплоемкость × расход воздуха × повышение температуры

Для предварительного проектирования:

Требуемый расход воздуха (м³/с) = тепловая нагрузка IT (кВт) / [плотность воздуха (кг/м³) × удельная теплоемкость воздуха (кДж/кг·К) × допустимый перепад температур ΔT (К)]

В условиях, приблизительно соответствующих уровню моря, инженеры часто используют в качестве исходных расчетных значений плотность воздуха около 1,2 кг/м³ и удельную теплоемкость 1,005 кДж/кг·К. Если горнодобывающий контейнер 40HC несет ИТ-нагрузку мощностью 1 300 кВт, а конструкция допускает повышение температуры на 10 °C от входа до выхода, то идеальный расход воздуха составляет примерно:

1 300 / (1,2 × 1,005 × 10) = 107,8 м³/с

Это соответствует примерно 388 000 м³/ч или 228 000 куб. футов в минуту. Если допустимый рост температуры составляет 15 °C, теоретичная потребность снижается примерно до 259 000 м³/ч или 152 000 куб. футов в минуту.

Эти цифры являются ориентировочными данными для расчета теплового баланса, а не окончательными параметрами выбора вентиляторов. В реальных проектах необходимо учитывать сопротивление фильтров, жалюзи, погодозащитные колпаки, ограничения стойки, влияние вентиляционной системы, утечки, высоту над уровнем моря, давление ветра, резервирование и запас прочности. Фактическую нагрузку майнера также необходимо рассчитывать исходя из выбранной модели и режима работы, а не просто на основе максимальной номинальной мощности контейнера.

Совет от профессионала:

Уточните у поставщика величину расхода воздуха при рабочем статическом давлении системы. Показатель расхода в кубических футах в минуту (CFM) в условиях свободного потока может выглядеть впечатляюще, но при этом практически ничего не говорит о том, какой расход воздуха поступает к шахтерам после установки фильтров и решеток.

Создать единый контролируемый путь от впуска до выхлопа

Самое краткое и понятное описание надежного контейнера с воздушным охлаждением сводится к следующему: чистый наружный воздух поступает с одной стороны, один раз проходит через каждый майнер и выходит с нагретой стороны.

Инженерные работы направлены на то, чтобы это утверждение стало реальностью.

В стойках с майнерами направление вращения вентиляторов ASIC должно совпадать с направлением воздушного потока в контейнере. Открытые зазоры вокруг стоек, незанятые места для майнеров, отверстия для прокладки кабелей и плохо уплотненные перегородки создают обходные пути. Воздух движется по пути с наименьшим сопротивлением, поэтому часть приточного воздуха может обходить майнеры, в то время как ряд, расположенный дальше от приточного отверстия, получает недостаточное охлаждение.

Не меньшее внимание следует уделить вытяжной системе. Горячий воздух не должен создавать давление за шахтами или вытесняться в стороны в соседние ряды. Размеры выпускных отверстий, стен с вентиляторами и внешнего вытяжного пространства должны рассчитываться как единая система. Двери, жалюзи и защитные сетки не должны становиться скрытыми узкими местами.

К полезным измерениям при вводе в эксплуатацию относятся:

– температура на нескольких входах в шахту, а не только по данным одного датчика в помещении
– повышение температуры в разных частях стойки
– статическое давление до и после фильтра
– перепад давления в зоне добычи
– температура выхлопных газов и ток вентилятора
– скорость вращения вентилятора майнера, температура чипа и сигналы тревоги, связанные с перегревом

Средняя температура на входе может скрывать неисправность стеллажа. Проверьте контейнер от передней части к задней и от нижней части к верхней.

Кривые распределения температуры определяют реальный воздушный поток

Вентиляторы не обеспечивают постоянный расход воздуха. Их рабочая точка изменяется в зависимости от сопротивления системы.

Номинальные характеристики вентилятора могут быть определены при высоком расходе воздуха в условиях испытаний с низким сопротивлением. Однако при добавлении забитого фильтра, жалюзи, сетки от насекомых, узкого воздухосборника и стеллажей для горнодобывающего оборудования рабочий расход воздуха смещается вдоль кривой вентилятора. Именно поэтому при подборе вентилятора необходимо учитывать кривую зависимости расхода воздуха от статического давления, КПД двигателя, рабочий ток и данные по шуму.

Термин «избыточность» также требует практического определения. Если один вентилятор выйдет из строя, смогут ли оставшиеся вентиляторы обеспечить безопасный режим работы при пониженной нагрузке? Способна ли система управления обнаружить потерю воздушного потока, повышенную температуру или аномальный ток? Можно ли изолировать и заменить вышедший из строя вентилятор без остановки всего контейнера?

Управление вентиляторами с переменной частотой или ступенчатое управление позволяет снизить потребление вспомогательной энергии в прохладную погоду, однако алгоритм управления должен учитывать температуру и давление на входе в шахту, а не только температуру наружного воздуха. Холодная погода не решает проблему забитого фильтра.

Совет от профессионала:

Прежде чем утверждать количество вентиляторов, определите тип отказа. Контейнер с 16 вентиляторами не является автоматически системой N+1, если выход из строя одного вентилятора приводит к образованию «горячей зоны», которую оставшийся воздушный поток не может охладить.

Борьба с пылью — это вопрос, зависящий от перепада давления

Работа без фильтрации снижает начальное сопротивление, но при этом пыль, содержащаяся в воздухе, попадает в радиаторы майнеров, лопасти вентиляторов, разъемы и электрические отсеки. Плотные скопления пыли сужают проходы в радиаторах, ухудшают теплоотвод, увеличивают скорость вращения вентиляторов майнеров и повышают трудозатраты на очистку. Проводящие или коррозионные загрязнения могут привести к более серьезным проблемам с надежностью.

Слишком строгая фильтрация приводит к другим потерям. Она может привести к нехватке воздуха у шахтеров, увеличить потребляемую мощность вытяжных вентиляторов и сократить интервал между заменами фильтров.

Правильный вопрос звучит не так: “Нужен ли нам более эффективный фильтр?”, а так: “Какой уровень улавливания частиц способна обеспечить данная вентиляционная система на протяжении всего срока службы фильтра?”

В доступном в линейке DroLinBox блоке пылевого фильтра используются рама из алюминиевого профиля, фильтрующая пена из полиуретана, сетка из алюминиевого сплава и пена с плотностью 25 PPI. Это практичная конструкция для грубой фильтрации, предназначенная для условий горнодобывающей промышленности, с учетом уровня запыленности на объекте и графика технического обслуживания. Показатель PPI характеризует плотность пор в пенопласте. Его не следует представлять как конкретный класс фильтрации по стандартам MERV или ISO, если полный фильтрующий узел не был испытан в соответствии с этими стандартами.

При выполнении работ, сопровождающихся образованием пыли, следует учитывать следующее:

– моющийся или сменный грубый предварительный фильтр
– площадь поверхности фильтра, достаточная для поддержания приемлемой скорости воздушного потока по поверхности фильтра и начального перепада давления
– герметичные рамы, предотвращающие обход воздуха вокруг фильтрующего материала
– измерение перепада давления на фильтрующем блоке
– безопасный доступ для замены при том, что вентиляторы находятся под управлением или остановлены
– хранение запасных фильтров в условиях, предотвращающих их намокание и деформацию
– интервал технического обслуживания, определяемый на основе данных о нагрузке, а не по календарному графику

Пустынный песок, сельскохозяйственная пыль, строительная пыль и прибрежная соль представляют собой разные проблемы загрязнения. Фильтр, материал корпуса, покрытие и метод очистки должны соответствовать условиям эксплуатации.

Пресекайте пустые разговоры, пока они не возобновились

Рециркуляция горячего воздуха может нивелировать значительную часть охлаждающей способности контейнера без изменения количества работающих вентиляторов. Выходящий из контейнера воздух, имеющий повышенную температуру, сталкивается со стеной, другим контейнером, крышей, рельефом местности или неблагоприятным ветром и возвращается к впускному отверстию.

Затем майнер получает воздух, который уже поглотил тепло. Его внутренние вентиляторы начинают работать быстрее, температура чипа повышается, и система тепловой защиты может снизить хешрейт или остановить работу устройства.

При планировании объекта следует учесть следующее:

– преобладающее направление летнего ветра
– расположение впускного и выпускного отверстий
– расстояние между рядами контейнеров
– высота и расположение выхода выхлопных газов
– близлежащие здания, заборы, насыпи и растительность
– источники тепла трансформаторов и генераторов
– будущее расширение, которое может перекрыть нынешний свободный путь воздушного потока

Визуализация дыма, построение температурных карт и вычислительная гидродинамика могут оказаться полезными для сложных объектов или объектов с несколькими рядами. В случае небольших проектов систематические полевые измерения, проводимые во время ввода в эксплуатацию при полной нагрузке, часто позволяют быстро выявить основные пути рециркуляции.

Совет от профессионала:

Проверьте температуру на входе в самый жаркий час при работе всего комплекса на полную мощность. Утреннее испытание без нагрузки не может подтвердить, что установка мощностью 3 МВт или 5 МВт позволит избежать рециркуляции в пиковых условиях.

Изменения климата влияют на проектирование систем вентиляции

Нельзя слепо применять одну и ту же спецификацию контейнера ко всем странам.

Жаркие и засушливые районы: высокая температура окружающей среды сокращает доступный температурный запас. Установка дополнительной системы водяной завесы или системы с испарительным охлаждением может снизить температуру всасываемого воздуха в подходящих засушливых климатических условиях, однако при этом необходимо комплексно учитывать такие факторы, как качество воды, влажность, образование накипи на фильтрующих элементах, снос и техническое обслуживание.

В жарких и влажных условиях: эффективность испарительного охлаждения снижается, в то время как риск образования конденсата, коррозия и контроль влажности приобретают все большее значение. Предельные значения влажности, установленные производителями оборудования, по-прежнему остаются в силе.

Высокогорные участки: из-за более низкой плотности воздуха тот же объемный расход воздуха переносит меньшую массу и меньшее количество тепла. Производительность вентилятора, охлаждение двигателя и расчет расхода воздуха необходимо корректировать с учетом высоты над уровнем моря.

Холодные объекты: При очень низкой температуре входящего воздуха может потребоваться установка заслонок, система регулирования рециркуляции или ступенчатая регулировка расхода воздуха, чтобы обеспечить работу оборудования в пределах допустимых эксплуатационных условий и предотвратить образование конденсата во время запуска или при резких изменениях погодных условий.

Прибрежные или промышленные объекты: солевой туман, мелкая проводящая пыль и коррозионные газы могут потребовать применения усиленной фильтрации, специальных покрытий и сокращения интервалов между проверками.

Компания DroLinBox указывает диапазон адаптации к условиям окружающей среды при воздушном охлаждении от примерно -40 °C до 55 °C, а также целевой показатель PUE на уровне около 1,05. Эти данные являются ориентирами для позиционирования продукта, а не гарантиями для каждого конкретного объекта. Окончательная мощность, показатель PUE и диапазон рабочих температур зависят от модели майнера, расчетных условий окружающей среды, высоты над уровнем моря, системы фильтрации, сопротивления воздушному потоку и стратегии управления.

Типовые конфигурации контейнеров DroLinBox с воздушным охлаждением

Данные представляют собой эталонные конфигурации, приведенные в документации по продукции DroLinBox. Окончательное количество майнеров необходимо проверять с учетом удельной мощности, геометрии стойки, схемы распределения электроэнергии, местных условий окружающей среды и рабочей точки установленного вентилятора. Описание модели 1220# является справочной информацией о продукте; в коммерческом предложении по проекту должны быть указаны точная модель вентилятора, его характеристическая кривая, количество и способ управления.

Для небольших ферм или поэтапных инвестиций формат 20HC позволяет сократить первоначальные капитальные затраты (CAPEX) и упростить расширение площадки. Формат 40HC обеспечивает более высокую плотность на единицу установки и часто служит практичным строительным блоком для модульных ферм мощностью от 3 до 5 МВт. Правильный выбор — это не контейнер с наибольшим количеством слотов, а конфигурация, которая соответствует доступной мощности и позволяет поддерживать равномерные условия на входе майнеров.

Ознакомьтесь с контейнером для майнинга с воздушным охлаждением DroLinBox, чтобы узнать о конфигурациях продукта.

Техническое обслуживание является частью холодопроизводительности

Эффективность вентиляции снижается постепенно, из-за чего эту проблему легко не заметить, пока сигналы тревоги не станут появляться все чаще. Эффективный план технического обслуживания предусматривает привязку периодичности проверок к измеримым показателям.

В условиях, где присутствуют песок, пыль, соль или сельскохозяйственные загрязнения, интервалы между очистками могут потребоваться значительно сократить. Устройства Miners следует отключать от питания и проводить их техническое обслуживание в соответствии с инструкциями по технике безопасности и очистке, предоставленными производителем оборудования. Не следует заталкивать загрязнения глубже в электронные компоненты с помощью неконтролируемого сжатого воздуха под высоким давлением.

Ведите учет. Увеличение перепада давления на фильтре, скорости вращения вентилятора шахты или температуры на входе в стойку дает более ценную информацию, чем субъективная запись о том, что фильтр “выглядит грязным”.”

Стоимость плохой вентиляции с точки зрения рентабельности инвестиций

Плохая вентиляция негативно сказывается на прибыли по нескольким причинам:

– термическое ограничение снижает эффективный хешрейт
– из-за остановок производства теряются доходы от добычи полезных ископаемых
– вентиляторы для майнеров и контейнерные вентиляторы потребляют больше электроэнергии
– частая ручная уборка приводит к увеличению затрат на рабочую силу
– нагрев и загрязнение сокращают срок службы компонентов
– экстренная замена фильтра или вентилятора приводит к незапланированным простоям

С помощью простой операционной модели можно отслеживать:

Ежедневные расходы на электроэнергию для вентиляции = мощность вентилятора контейнера × 24 часа × стоимость электроэнергии

Расчетная потеря дохода из-за простоя = количество майнеров, находящихся в режиме офлайн × хешрейт одного майнера × текущая цена за хеш × количество часов простоя / 24

Годовая стоимость фильтров = количество фильтров на одну замену × количество замен в год × стоимость единицы + стоимость работ

Стоимость хэша постоянно меняется, поэтому цель данной модели не в том, чтобы дать гарантию срока окупаемости. Ее цель — сравнить варианты проектирования на основе одинаковых допущений. Более крупный фильтрующий блок может потребовать более высоких начальных затрат, но при этом снизит перепад давления, энергопотребление вентилятора и частоту его замены. Более дешевый комплект вентиляторов может повысить риск простоев, если он не предусматривает запас по рабочим параметрам или доступ для технического обслуживания.

Не ограничивайтесь только стоимостью контейнера. Рассчитайте производительность по воздушному потоку на каждый доллар эксплуатационных затрат.

Совет от профессионала:

Включите в коммерческое предложение датчики перепада давления и несколько датчиков температуры на входе в майнеры. Они обходятся недорого по сравнению с диагностикой скрытой проблемы с воздушным потоком после того, как сотни майнеров будут запущены.

Информация, необходимая поставщику перед проектированием системы вентиляции

Серьёзное предложение должно начинаться с данных по проекту, а не со стандартной брошюры:

1. марка, модель, количество и режим работы горнодобывающего оборудования
2. общая нагрузка на ИТ-оборудование и доступная мощность объекта
3. страна реализации проекта и точное местоположение
4. расчетные летние и зимние температуры
5. высота над уровнем моря
6. условия влажности и осадков
7. воздействие песка, пыли, солевого тумана или промышленных загрязнений
8. Целевая температура на входе в майнер
9. Нормы шума и расстояние до соседних участков
10. Желаемый интервал обслуживания фильтра
11. Расположение рядов контейнеров и преобладающий ветер
12. План расширения и необходимая резервированность

На основании этой информации поставщик может рассчитать предварительный расход воздуха, определить площадь фильтра, проанализировать статическое давление вентилятора, спланировать систему вытяжки и определить, подходит ли использование испарительного охлаждения.

Окончательный вердикт: конструкция, рассчитанная на загрязнённый фильтр и самый жаркий день

Лучшая схема вентиляции контейнера для майнинга на ASIC — это не та, которая хорошо работает с новым фильтром, открытыми дверями и прохладным утренним воздухом. Это та схема, которая обеспечивает равномерную температуру на входе в майнер, когда ферма работает на полной мощности, на фильтре скопилась пыль, а на объекте установлены расчетные летние условия.

Начните с фактической мощности майнеров. Пересчитайте эту нагрузку в ориентировочные требования к воздушному потоку. Выберите вентиляторы по их характеристическим кривым с учетом ожидаемого сопротивления системы. Разделите приточный и вытяжной воздух. Обеспечьте фильтрам достаточную площадь и удобство обслуживания. Затем проведите тестирование готового контейнера под нагрузкой.

Этот процесс позволяет сохранить хешрейт, сократить излишние расходы на вентиляторы и техническое обслуживание, а также обеспечить ферму системой охлаждения, которая не просто установлена, а действительно работает.

Для расчёта воздушного потока и вместимости контейнера с учётом конкретного проекта [обратитесь в компанию DroLinBox](https://drolin-box.com/en/contact/), указав модель майнера, количество устройств, мощность электросети на объекте, местоположение, высоту над уровнем моря и диапазон температур окружающей среды.

Часто задаваемые вопросы

Какой расход воздуха необходим для контейнера для майнинга на ASIC?

Это зависит от общей тепловой нагрузки майнера и допустимого перепада температур между входящим и выходящим воздухом. Для предварительной оценки воспользуйтесь уравнением явного тепла, а затем внесите поправки с учетом высоты над уровнем моря, фильтров, жалюзи, стеллажей, ветра, утечек и требуемой резервированности. При окончательном выборе вентилятора необходимо учитывать расход воздуха при рабочем статическом давлении.

Всегда ли более высокий показатель CFM лучше для майнингового контейнера?

Нет. Увеличение интенсивности воздушного потока может улучшить отвод тепла, но только в том случае, если воздух доходит до майнеров, а вытяжной воздух не попадает обратно в систему. Чрезмерная мощность вентиляторов, неравномерное распределение воздушного потока и проблемы, связанные с работой при низких температурах, могут привести к увеличению затрат, не решая при этом проблему перегрева отдельных участков.

Следует ли использовать пылевые фильтры в контейнере для горных работ с воздушным охлаждением?

На большинстве запыленных или открытых объектов целесообразно использовать фильтрацию, однако площадь и эффективность фильтра должны соответствовать давлению, создаваемому вентилятором. Фильтр, создающий сопротивление или сильно загрязненный, может снизить расход охлаждающего воздуха. Контроль перепада давления помогает определить правильный срок технического обслуживания.

Соответствует ли пенопласт с плотностью 25 PPI рейтингу MERV?

Не всегда. Показатель PPI характеризует плотность пор в пенопласте, тогда как классификации MERV и ISO основаны на результатах стандартизированных испытаний. Использовать сертифицированный рейтинг следует только в том случае, если для фильтра в сборе имеются соответствующие данные испытаний.

Как майнинговая ферма может предотвратить рециркуляцию горячего воздуха?

Расположите впускные и выпускные отверстия с учетом преобладающего ветра, обеспечьте достаточное расстояние между рядами, избегайте препятствий вблизи выпускного отверстия и измеряйте температуру на впуске при полной нагрузке в жаркую погоду. На сложных объектах может оказаться полезным провести CFD-анализ.

Как часто следует чистить фильтры контейнеров для добычи?

Универсального интервала между обслуживаниями не существует. Принимайте решение с учетом перепада давления в фильтре, температуры на входе в вентилятор, видимой загруженности и уровня запыленности на объекте. На объектах, расположенных в пустынных и сельскохозяйственных районах, может потребоваться гораздо более частое обслуживание, чем в чистых условиях.