Охлаждение дата-центра: прямое и непрямое Freecooling с улицы

В центрах обработки данных (ЦОД) всегда предъявляются особые требования к микроклимату в помещениях: стабильная температура, контроль влажности, фильтрация воздуха. Функционирования Дата-центра неразрывно связано с выделением большого количества тепловой энергии. Чем выше плотность нагрузки центра, тем серьёзнее задача отвода генерируемого тепла.

Используемое климатическое оборудование влияет не только на надёжность серверной техники, но и на эксплуатационные расходы. На крупных объектах система охлаждения дата центра потребляет львиную долю всей электроэнергии. Планируя создание высокоэффективных климатических систем для крупных вычислительных центров следует рассматривать не только классические чиллеры и прецизионные кондиционеры, но и Freecooling – использование холодного наружного воздуха для отвода тепла.

Freecooling: как использовать холод наружного воздуха

Freecooling – режим, при котором холодный наружный воздух полностью или частично заменяет работу компрессорного оборудования. Такой подход помогает снизить энергопотребление, продлить ресурс чиллеров и сократить эксплуатационные затраты.

Эффективность Freecooling зависит от температуры и влажности наружного воздуха, степени его запылённости, требований к микроклимату серверных залов, схемы воздухораспределения, уровня резервирования и настроек автоматики. Ни один из этих факторов нельзя рассматривать отдельно от остальных.

Прямое воздушное охлаждение (экономайзеры)

При прямом воздушном охлаждении наружный воздух после фильтрации и подготовки подаётся в серверные помещения или в систему вентиляции дата-центра. Прямое охлаждение имеет ряд преимуществ:

• высокая энергетическая эффективность в холодный период;

• снижение нагрузки на холодильные машины;

• относительно простая логика теплообмена;

• возможность быстрого перехода между режимами;

• снижение эксплуатационных затрат при подходящих климатических условиях.

Вместе с тем наружный воздух требует тщательной подготовки: фильтрации, контроля влажности, защиты от пыли, дыма, химических реагентов, насекомых и резких перепадов температуры.

Прямое охлаждение подходит не для каждого объекта – многое зависит от расположения площадки и качества окружающего воздуха. Как отмечают специалисты, при выборе схемы Freecooling важно учитывать не только среднегодовую температуру, но и состав воздуха в конкретном регионе. Подобную консультацию по вопросам применения Freecooling можно получить у инженеров компания АГК.

Непрямое охлаждение с пластинчатыми теплообменниками

При непрямом охлаждении наружный воздух не попадает напрямую в серверный зал. Он проходит через теплообменник и отбирает тепло у внутреннего контура воздуха или теплоносителя. Такая схема снижает риск попадания пыли, влаги и загрязнений в ИТ-зону.

Пластинчатые теплообменники разделяют наружный и внутренний воздушные потоки, сохраняют чистоту среды в серверном помещении и при этом позволяют использовать естественный холод с улицы.

Преимущества схемы – высокая санитарная и эксплуатационная безопасность для серверного зала, меньший риск загрязнения оборудования, лучший контроль внутренней среды. Ограничения – дополнительные потери на теплообмене, более сложная автоматика, необходимость регулярного обслуживания теплообменников, вентиляторов и фильтров.

Климатические зоны и эффективность Freecooling

Эффективность Freecooling непосредственно зависит от климата региона. Чем больший период времени внешняя температура держится ниже требуемого уровня охлаждения, тем дольше ЦОД может работать без активных чиллеров или с минимальной нагрузкой на них.

Для России разница в температурных показателях между регионами может существенно различаться. Оценивать потенциал Freecooling только по средней температуре недостаточно – важны влажность, запылённость, сезонные перепады, требования к температуре в серверном зале и допустимые режимы эксплуатации оборудования.

Сколько часов в году можно обойтись без чиллеров в разных регионах РФ

Точное количество часов Freecooling рассчитывают на основе конкретных климатических данных. Берут погодные характеристики по региону, задают допустимые диапазоны температуры подачи и возврата, учитывают влажность, режим работы оборудования и требуемый уровень резервирования.

Общий подход выглядит так:

• в северных регионах потенциал Freecooling обычно выше из-за длинного холодного периода;

• в центральной части РФ естественный холод можно использовать значительную часть года, но чаще в смешанном режиме с чиллерами;

• в южных регионах Freecooling тоже возможен, но применяют его реже, поскольку ситуация зависит от ночных температур и влажности;

• в городах с высокой запылённостью важную роль играет фильтрация воздуха и планового обслуживания систем очистки воздушных потоков.

Расчёт часов Freecooling нужно делать для конкретного объекта – переносить показатели из одного региона на другой некорректно.

Снижение PUE с помощью естественного холода

Коэффициент эффективности использования энергии (PUE, Power Usage Effectiveness) показывает, сколько электричества потребляет весь дата-центр по сравнению с электроэнергией, используемой ИТ-оборудованием. Чем меньше уходит на охлаждение, вентиляцию, работу насосов и вспомогательные системы, тем ниже PUE.

Freecooling снижает PUE за счёт уменьшения времени работы чиллеров и компрессорных систем. Но сам по себе Freecooling не гарантирует хорошего результата. Чтобы получить ожидаемый эффект, важно обеспечить правильную схему воздухораспределения, изоляцию горячих и холодных коридоров, применение правильной автоматики, использование систем резервирования, эффективную работу вентиляторов и насосов.

Реальные достижения: PUE 1,2 и ниже

PUE 1,2 и ниже – это не стандарт для любого дата-центра, а результат комплексного подхода. Такие показатели возможны при сочетании подходящего климата, эффективной схемы охлаждения с Freecooling, продуманной архитектуры серверных залов, герметизации воздушных потоков, современной автоматики и постоянного мониторинга температурных показателей.

PUE 1,2 и ниже чаще достижим для объектов, где охлаждение оптимизировано с самого начала, а не дорабатывалось после запуска. Итоговый показатель зависит от методики расчёта, состава учитываемых систем, сезонности и фактической загрузки ЦОД.

Прямое и непрямое воздушное охлаждение с использованием наружного воздуха может заметно снизить энергопотребление дата-центра. Но эффективность решения нужно оценивать по климату площадки, требованиям к качеству воздуха, рискам для оборудования и реальному влиянию на PUE.

Реклама. ООО «АГК»