Модульные системы охлаждения в серверных комнатах и ЦОДах

Модульность. В последнее время модульные решения находятся в центре внимания специалистов по серверным комнатам и центрам обработки данных (ЦОД). В случае с системами охлаждения, видимо, следует рассматривать модульность на уровне ряда (системы типа In-Row) и на уровне отдельного шкафа (локальное охлаждение). В обоих случаях блоки охлаждения "снабжаются" водой или иным жидким теплоносителем.

Насколько часто такие решения стали применяться в сравнении с "классикой": кондиционерами CRAC, подающими воздух под фальшпол?

Модульность в данном случае подразумевает размещение кондиционеров максимально близко к источнику тепла. Такой подход позволяет повысить предсказуемость охлаждения и оптимизировать энергию потребления вентиляторов.

Подобные решения внутрирядного охлаждения находят всё большее применение в современных серверных комнатах и ЦОДах. Связано это и с повышением средней мощности на шкаф, когда традиционное фальшпольное охлаждение перестает быть эффективным, и с увеличением динамики энергопотребления, например, при внедрении "облачных" вычислений, когда пики потребления могут перемещаться от шкафа к шкафу внутри машзала, и с растущими требованиями по гибкости, масштабируемости и отказоустойчивости системы охлаждения. Появившись около пяти лет назад, внутрирядные кондиционеры на сегодняшний день занимают порядка 15% всех систем кондиционирования в серверных комнатах и ЦОДах, что позволяет говорить об успешности применения подобных систем.

Каковы преимущества и ограничения ("подводные камни") использования подобных модульных систем?

Системы локального охлаждения позволяют существенно повысить эффективность работы кондиционеров. Например, выделение группы шкафов с максимальным тепловыделением в отдельную зону дает возможность применять адекватное охлаждение в соответствии с мощностью потребления и не переохлаждать все помещение серверной комнаты или ЦОДа. Однако для построения действительно эффективной системы необходимо на этапе проектирования представлять и учитывать направление дальнейшего развития. Поскольку модульность подобных решений все равно должна опираться на некоторые основные элементы инженерной инфраструктуры, например, трубопроводы.

Основным ограничением в использовании систем внутрирядного охлаждения, является присутствие в серверной комнате или ЦОДе шкафов с нестандартным направлением продува охлаждающего воздуха, например, с вертикальным или "спереди-вверх".

Как, на ваш взгляд, будут развивать модульные системы охлаждения?

Подобные системы охлаждения, на мой взгляд, будут развиваться в сторону повышения энергоэффективности. С одной стороны, это будет происходить за счет уменьшения собственного потребления кондиционеров. С другой стороны, современное серверное оборудование требует меньшее количество воздуха для охлаждения, одновременно с этим увеличивается температурная дельта между охлажденным и нагретым воздухом в сервере. Соответственно, повышение температуры "горячего" коридора позволяет более эффективно использовать естественное охлаждение в ЦОДе.

Free Cooling. Естественное охлаждение - один из основных способов повышения энергоэффективности серверных комнат и ЦОДов. Однако до недавнего времени в России его использовали крайне редко.

Насколько изменилась эта ситуация и как часто сегодня режим естественного охлаждения (free cooling) задействуют в традиционных кондиционерах и чиллерах? Можете ли вы привести данные об его экономической эффективности?

Раньше при построении серверных комнат и ЦОДов охладительные системы с режимами естественного охлаждения не рассматривались всерьез. В основном причиной тому были более низкая стоимость электричества и низкие температуры для работы ИТ-оборудования. На сегодняшний день функция свободного охлаждения или фрикулинга используется практически во всех чиллерных системах. В последнее время вследствие дорогой электроэнергии и нехватки мощностей в серверных комнатах и ЦОДах помимо классического фрикулинга для чиллерных систем ведутся работы в направлении энергоэффективного "зеленого" охлаждения, в которых режим естественного охлаждения становится доминантным. В определенных климатических условиях подобные системы могут экономить более 70% годовой стоимости энергии системы охлаждения, что приводит к 15% снижению среднегодового коэффициента энергоэффективности.

Поделитесь, пожалуйста, опытом (или соображениями) относительно перспектив использования решений, основанных на принципах Green Cooling? К таким решениям можно отнести разработки Kyoto Cooling, APC (EcoBreeze), Ayaks?

В последнее время при строительстве ЦОДов всё большее внимание уделяется оптимизации эксплуатационных затрат, среди которых затраты на электроэнергию составляют существенную долю. К тому же часто возникают ситуации, когда дополнительные мощности к ЦОДам подвести нельзя, но при этом необходимо выделить дополнительные ресурсы под ИТ-оборудование. В таких случаях следует обратить внимание на "зеленое" охлаждение. APC by Schneider Electric разработала энергоэффективное решение EcoBreeze, позволяющее использовать условия нашего климата для естественного охлаждения большую часть года. Система охлаждения EcoBreeze, как и многие другие решения APC by Schneider Electric, построена по модульному принципу - охлаждающие модули могут добавляться постепенно по мере роста нагрузки. Решение сочетает в себе три способа охлаждения: прямое охлаждение теплообменника воздухом без перемешивания наружного воздуха и воздуха в машзале, дополнительное орошение и компрессорная фреоновая система. Это позволяет получить холодильный коэффициент на уровне 25, что недостижимо на чиллерных системах. Также стоит отметить тот факт, что при уменьшении нагрузки на систему охлаждения, например, при построении отказоустойчивой системы уровня 2N, эффективность данного решения только увеличивается за счет того, что естественное охлаждение работает практически круглогодично без подключения компрессорной системы.

Несомненно, у подобных систем есть ограничения и особенности внедрения. Создание энергоэффективного охлаждения требует обязательного разделения горячего и холодного воздуха в машинном зале, конструкция самого здания должна позволять размещение охлаждающих модулей, также необходимо наличие площадей в непосредственной близи ЦОДа. Поэтому при модернизации существующего помещения и строительстве нового ЦОДа необходима серьезная проектная работа. Применение подобных систем охлаждения совместно с другими энергоэффективными компонентами инженерной инфраструктуры ЦОДа позволяют достичь значений среднегодового PUE в пределах 1,25 - 1,3.

Что вы думаете о заявлениях ASHRAE по поводу очередного повышения верхнего предела рабочих температур для вычислительной техники (в первой редакции Thermal Guidelines for Data Processing Environments было 25 ⁰С, во втором - 27 ⁰С, в третьем намечается дальнейшее повышение)? Насколько это расширит возможности использования режима free cooling? Повлечет ли удорожание серверного оборудования?

Данный вопрос корректнее было бы адресовать производителям серверного оборудования. С точки зрения инженерной инфраструктуры серверных комнат и ЦОДов повышение верхнего предела рабочих температур для ИТ-оборудования наряду с увеличением температурной дельты на входе и выходе из сервера позволяет существенно повысить энергоэффективность систем охлаждения и дает возможность применять системы с естественным охлаждением в более теплом климате, чем раньше. Дальнейшее прогнозируемое повышение рабочих температур позволит использовать климатические условия для естественного охлаждения в течение большего промежутка времени и может привести к внедрению решений, в которых компрессорная система будет полностью исключена.

Альтернативные варианты. Будем благодарны, если вы поделитесь своими данным об альтернативных (малоизвестных) подходах, снижающих энергопотребление системы охлаждение, например: размещение резервуара с холодной водой глубоко под землей, использования холодной воды подземных рек, технологии охлаждения испарением (evaporative cooling), использование в качестве холодоносителя CO2 и пр.

На сегодняшний день существуют разработки, когда энергопотребление системы охлаждения варьируется в зависимости от времени суток, используются аккумуляторы холода. В системе охлаждения EcoBreeze применяется технология охлаждения испарением в виде дополнительного охлаждения к основному воздушному охлаждению. Следует отметить, что погоня за энергоэффективностью решения не должна влиять на надежность системы, т.к. стоимость простоя оборудования ЦОДа значительно превосходит выгоду от экономии энергии.

www.apc.com