2017-02-22. IT-менеджеры постоянно сталкиваются с проблемой оптимизации эксплуатационных затрат в центре обработки данных. Обширным блоком издержек производства является необходимая для охлаждения энергия. Так почему бы не взять в расчет естественное охлаждение и дать подуть свежему воздуху в центр обработки данных? Данная статья познакомит Вас с концепциями, как предприятия используют холодную воду или прохладный воздух для оптимизации энергосбережения в центре обработки данных. Статья также даёт указания, на что компании должны обращать внимание при использовании естественного охлаждения.

Тот, кто в связи с техникой кондиционирования воздуха говорит о естественном охлаждении, не подразумевает тем самым полностью бесплатную систему для IT-охлаждения. Скорее всего речь идёт о том, чтобы уменьшить время использования компрессора в составе чиллеров в максимально возможной степени. В идеале — до момента, при котором используется только лишь энергия для вентиляторов естественного охлаждения и всевозможных насосов для подачи холодной воды. И поэтому эффективность всей системы во многом зависит от конкретных климатических условий на месте: обслуживание центра обработки данных в Скандинавии будет намного экономичнее, чем обслуживание такого же центра где-нибудь в Южной Европе.

Как работает система естественного охлаждения?

При естественном охлаждении устройства используют принцип конвекции: охлажденное вещество,в большинстве случаев водно-гликолевая смесь, лишается тепла посредством наружного воздуха. Это достигается с помощью установленного снаружи теплообменного устройства, например, трубчатый теплообменник с пластинчатым оребрением или аналогичную технологию, через которую циркулирует горячая вода. Здесь вода лишается своего тепла. Чем больше площадь контакта, тем более эффективно работает система. Дополнительные вентиляторы позволят увеличить расход воздуха и тем самым повысить охлаждающую мощность. Затраченные средства: небольшое количество энергии для охлаждения. Тем не менее, входная температура , которая может быть достигнута с помощью этого метода несколько выше чем температура окружающего воздуха. Это превышение около + 3 ° С и обычно фигурирует в качестве руководства при проектировании.

Прямое естественное охлаждение: преимущества и недостатки

При осуществлении естественного охлаждения различают прямое и косвенное естественное охлаждение. Прямое естественное охлаждение использует охлаждающее вещество по возможности напрямую, тем самым устраняя возникающее тепло в центре обработки данных. Например, крупные предприятия центра обработки данных с гомогенной окружающей средой используют наружный воздух непосредственно для охлаждения, т.е. фактически в центр обработки данных подаётся наружный воздух. Примером этого может служить самоохлаждение центров обработки данных Yahoo в американском штате Нью-Йорк вблизи границы с Канадой. Здесь здания были построены поперек к преобладающему направлению ветра и снабжались воздухом с помощью проходящей по всей протяженности установки на крыше, похожей на петушиной гребень. Поэтому своеобразный дизайн устройства получил также прозвище «курятник». Через пластины в боковых стенах холодный воздух поступает в здания, в то время как теплый воздух выходит через конструкцию крыши. В идеале — при данном решении дополнительная энергия нужна только лишь для движения воздуха вентиляторами.

Так же просто, как звучит принцип, так же сложно и корректировать принципиальные недостатки этого способа. Поступающий воздух должен быть очищен с помощью фильтровальной установки. Кроме того, необходимы меры для корректирования связанной с погодными колебаниями температуры. Например, через смеситель потоков слишком холодного наружного воздуха целенаправленно может подаваться вытяжной воздух из центра обработки данных. Однако при слишком теплой наружной температуре должен быть включен холодильный компрессор. Еще одной проблемой является постоянно меняющаяся влажность, например, из-за дождя. Повышенная влажность, также как и сухой воздух могут отрицательно повлиять на срок эксплуатации ИТ-компонентов. Необходимые для всасывания свежего воздуха каналы в большинстве случаев очень велики и требуют надежной защиты от грызунов и насекомых.

Адиабатическое охлаждение: Внимание микроорганизмы

С помощью принципа действия системы адиабатического охлаждения доступен дополнительный ресурс для улучшения эффективности прямого естественного охлаждения. Еще до того как всасываемый воздух попадает в теплообменник, он смешивается с распыленной водой. Мелкие капельки воды в потоке теплого воздуха немедленно испаряются . При этом переходе из жидкого в газообразное состояние происходит термодинамическое изменение состояния, через которое вода поглощает тепло окружающего воздуха. Таким образом, можно дополнительно понизить температурутеплоносителя подаваемого в охлаждающую систему. Одна из проблем этого способа заключается в риске образования микроорганизмов. Всюду там, где работают с водой, существует опасность заражения легионеллой. Поэтому необходимы дополнительные меры предосторожности, например, регулярная чистка, высокая пропускная способность воды или защита от солнечного света. В целом адиабатические системы охлаждения предлагают большой потенциал для оптимизации энергопотребления, однако требуют точного планирования и опытного специалиста для реализации.

При использовании большого количества воды необходимо обратить внимание на её расход. Для использования в центре обработки данных союз The Green Grid определил ключевой показатель эффективности использования воды (ЭИВ). Данный показатель измеряет ежегодное потребление воды, соотнося с текущем потреблением активных ИТ-компонентов. Единица измерения показателя ЭИВ — литр на киловатт в час (л/кВт-ч). Оценка этой информации может быть предоставлена в рамках определения дополнительной величины потребления и, таким образом, помогает оптимизировать текущие издержки на ИТ-предприятиях.

Непрямой фрикулинг: чистое решение

Тот, кто ищет систему охлаждения для средней ИТ-инфраструктуры, примерно до 200 кВт, то в наших широтах отдают предпочтение в пользу непрямого фрикулинга. Это особенно актуально для компаний малого и среднего бизнеса, которые не располагают ресурсами для разработки узкоспециализированных систем охлаждения.

В системах с непрямым фрикулингом наружный воздух охлаждает жидкость теплоносителя, такую как вода, которая используется для охлаждения внутри здания. Таким образом, вода является веществом, с которым холод транспортируется в центр обработки данных — все-таки вода проводит тепло до 4000 раз лучше, чем воздух. Еще одно преимущество: влажность воздуха не проникает в здание снаружи . Так как охлаждающий воздух не подаётся в центр обработки данных снаружи, то фильтровальная система не так необходима. Тем не менее по меньшей мере один воздухо-водяной теплообменник, а также насосы должны присутствовать в системе охлаждения воды, что требует электроэнергии для работы.

Многие компании предпочитают такое решение с непрямым охлаждением с фрикулингом, так как оно является чистым и стабильным, а также прогнозируемо работает. Данный способ хорошо выдерживает неустойчивые погодные условия и вызванные временами года температурные изменения.

Рациональный пример: шахта Лефдаль в Норвегии

Примером может служить Lefdal Mine Datacenter с высокой степенью масштабируемости и эффективной облачной системы центра обработки данных Cloud, который в настоящее время строится в заброшенной шахте на побережье Норвегии. Разработчики берут в расчёт эффективное охлаждение посредством морской воды из соседнего фьорда. Вода во вторичном контуре центра обработки данных в теплообменнике охлаждает холодную воду приблизительно на восемь градусов. Поскольку погодные и температурные условия весьма стабильны, то эксплуатирующая организация постоянно контролирует термодинамическую систему. Только агрессивная морская вода требует использование поверхности с титановым покрытием в контуре первичного охлаждения.

Практический совет: индивидуальный способ охлаждения

Как показывает пример Lefdal , тепло от работы некоторых систем центра обработки данных для подогрева слишком холодной воды. Поэтому при проектировании системы охлаждения в начале должна быть произведена оценка минимальной нагрузки, необходимой для работы. Еще один важный момент для практики: система охлаждения должна быть всегда индивидуально спроектирована и рассчитана. Производители, такие как Rittal, используют, к примеру, актуальные данные погоды с целью расчёта температуры для естественного охлаждения на конкретном местоположении объекта индивидуально. Другими важными параметрами являются влажность воздуха и температура конденсации. Во всем мире признанная федерация промышленников ASHRAE предписывает необходимые директивы для этих параметров. Вместе с производителями определяются условия, при которых ИТ-среда может безопасно эксплуатироваться. Таким образом, допускается эксплуатация сервера также и при температуре окружающей среды 25 °С.

Заключение

Используемые системы охлаждения в больших центрах обработки данных, как например, Facebook, Google или других широкомасштабных сетях, как правило, нельзя купить или адаптировать. Это индивидуально разработанные решения с учетом ИТ-инфраструктуры, использования систем, а также температуры окружающей среды. Тот, кто хочет действовать наверняка, выбирает закрытую систему охлаждения, которую можно контролировать самостоятельно посредством всех параметров охлаждающего контура. Только те, кто вычеркивает из уравнения неопределенности, такие как погода, становятся стабильной и, прежде всего безаварийной ИТ-инфраструктурой.