LSV: медленный экономичный холод

 Сохань Максим Александрович - генеральный директор компании «АМДтехнологии» 

Как сократить расходы на охлаждение ЦОД с помощью технологии низкоскоростной вентиляции

Основные затраты при эксплуатации Центра обработки данных (ЦОД) ложатся на потребляемую электроэнергию, причём львиная доля ее уходит на системы охлаждения. Так как ЦОД строится ради размещения в нём ИТ и телеком-оборудования, то «производительными» являются затраты электроэнергиии именно на это оборудование. Все остальные затраты каждый владелец ЦОД должен стараться минимизировать.

Эффективность использования электроэнергии в ЦОД отражает показатель PUE (Power usage effectiveness), который рассчитывается как отношение всей электроэнергии, потребляемой ЦОД, к электроэнергии, потребляемой ИТ и телеком оборудованием. Чем ближе этот показатель к 1, тем более энергоэффективен ЦОД.

Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха (ASHRAE) в своих рекомендациях для проектировщиков ASHRAE Technical Committee 9.9 «Указания по проектированию телекоммуникационного оборудования с учетом воздействия на окружающую среду» рекомендует поддерживать PUE ЦОДа на уровне не выше 1,5. То есть на охлаждение не должно уходить больше одной трети всей электроэнергии, потребляемой ЦОД.

Что такое низкоскоростная система вентиляции

Технология Low Speed Ventilation (LSV, низкоскоростная вентиляция), о которой пойдёт речь в этой статье, позволяет в сочетании со фрикулингом и адиабатической системой охлаждения снизить показатель PUE до рекордных 1,07. Эта технология разработана и запатентована голландской компанией Boersema, которая построила решение на охладительном оборудовании Alfa Laval. Эксклюзивным дистрибьютором технологии в России является компания «АМДтехнологии».

Классическим способом охлаждения серверных стоек является подача холодного воздуха межрядными или шкафными кондиционерами с ограниченной мощностью. Такие кондиционеры имеют высокую скорость воздуха на выходе из блока, как правило более 4-х м/с, при этом скорость воздуха в зоне фальшпола или общем пространстве машинного зала, составляет более 2 м/с. Потоки воздуха при движении с высокой скоростью, создают перепады давления в помещении. Неравномерное распределение воздушного потока становится причиной возникновения «точек перегрева» на тех участках, куда холодный воздух не попадает из-за высокой скорости движения («эффект Вентури») или охлаждение отсутствует.

Система Low Speed Ventilation позволяет избежать этой проблемы и существенно снизить энергопотребление. В низкоскоростной технологии вентиляции используются устройства охлаждения с большой площадью поперечного сечения, которые находятся в отдельном помещении, а не между рядами серверов. Большая площадь теплообменной поверхности и низкая скорость вращения вентилятора позволяют подавать в охлаждаемое помещение значительные объёмы холодного воздуха на низкой скорости. Благодаря этому исключается появление зон перегрева в пределах серверного помещения.

В традиционной схеме охлаждения ЦОД главным контролируемым показателем является температура или перепад давления. Так как LSV не создаёт перепадов давления в помещении, то в ней применяется другой метод климат-контроля. Измерительная система SMT (Smart Measure Tube, дословно – «умная измерительная трубка») определяет избыток или недостаток холодного воздуха в серверном помещении в целом, а определяющими факторами становятся скорость и направление движения потока воздуха.
Оборудование LSV может быть размещено в ЦОД любой конфигурации. Дополнительным преимуществом внешнего размещения устройств охлаждения является то, что при обслуживании системы охлаждения вне серверного помещения будет исключён лишний контакт с серверами.

Оборудование для низкоскоростной вентиляции

Как уже говорилось выше, технология LSV является запатентованной, и на данный момент она реализуется только на оборудовании шведской фирмы Alfa Laval. Для низкоскоростной вентиляции Alfa Laval выпустила охладители воздуха серии Arctigo LSV.
Сердцем каждого охладителя Arctigo LSV является трубчатый оребрённый теплообменник. Он выполнен из прочных гофрированных алюминиевых рёбер промышленного качества и медных труб. Медные трубы собираются в пакет, образующую жесткую конструкцию теплообменника, обеспечивающего хороший тепловой контакт между трубами и ламелями теплообменника. Все детали корпуса выполнены из антикоррозионного материала, покрытого прочным эпоксидным покрытием, которое обеспечивает лёгкость очистки и гарантирует длительный срок эксплуатации без обслуживания.

Каждая установка оборудована экономичными электронно-коммутируемыми (EC) вентиляторами. По дополнительному запросу оборудование может быть укомплектовано системой связи по протоколу Modbus RS485, необходимого для точного управления вентиляторами.

Воздухоохладители снабжены фильтрами промышленного качества с классом очистки от EU4 до F9, в зависимости от требования (эффективность более 95%), которые перекрывают всю теплообменную поверхность и легко заменяются.

На данный момент в линейке воздухоохладителей Arctigo LSV имеется 24 модели мощностью от 7,4 кВт до 311 кВт. В качестве теплоносителя во всех моделях используется вода или раствор этиленгликоля.

Номинальная мощность установок дана для следующих условий – скорость потока воздуха – 1,5 м/с, температура входящего воздуха – 36,5 °C, температура выходящего воздуха – 24 °C, температура входящей воды – 17 °C, температура выходящей воды - 23 °C.

Система контроля качества Alfa Laval соответствует стандартам ISO 9001 и ISO 14001. Весь модельный ряд имеет сертификат соответствия стандарту AHRI.

Фрикулинг и адиабатическое охлаждение как альтернатива чиллерам

Еще один «секретный ингредиент» рецепта снижения PUE - сочетание технологии LSV с фрикулингом или адиабатическим охлаждением. Чтобы блоки могли охлаждать помещение, надо подавать в него холодный воздух, который предварительно надо где-то взять. Источником холодоснабжения являются специальные устройства – чиллеры. Однако, если на улице температура воздуха ниже, чем требуется в ЦОД, тогда имеется возможность брать воздух с улицы и подавать его в ЦОД без дополнительного охлаждения (прямой воздушный фрикулинг), или использовать чиллера с функцией свободного охлаждения. Это особенно актуально для российского климата. Так, например, если требуемая температура теплоносителя 10 °C, то фрикулинг можно применять при уличной температуре в 3°C – а в Москве это возможно около 3600 часов в году.

Помимо фрикулинга можно использовать адиабатическое охлаждение, суть которого состоит в распылении в охлаждаемом воздухе мельчайших капель воды, что с энергетической точки зрения значительно эффективнее механического охлаждения. Энергия, необходимая для перевода воды из жидкого состояния в газообразное, отбирается непосредственно у воздуха, тем самым охлаждая его. В отличии от чиллеров с фрикулингом, адиабатическое охлаждение можно применять, когда температура наружного воздуха выше, чем в охлаждаемом помещении. Таким образом, при применении функции фрикулинга и адиабатического охлаждения, традиционное механическое охлаждение с использованием компрессоров нужно будет применять только в случае, если температура и относительная влажность наружного воздуха не позволяют продолжить работу системы в режиме свободного охлаждения, то есть весьма ограниченный промежуток времени.

Для адиабатического охлаждения компания Alfa Laval выпускает устройства серии Abatigo, которые могут работать в различных режимах эксплуатации. 

Так, при низких температурах Alfa Laval Abatigo работает как стандартный сухой охладитель жидкости замкнутого контура. При повышении температуры окружающей среды активируется уникальная адиабатическая камера, которая осуществляет впрыск мелкодисперсной воды, обеспечивая предварительное охлаждение воздуха, прежде чем он попадет в воздушный теплообменник.
В условиях повышенной температуры активируется третий режим, вспомогательная функция, когда вода распыляется непосредственно на теплообменник охлаждения. 

Практика внедрения оборудования Alfa Laval показывает, что в климатических условиях Москвы, при допуске повышения температуры в серверном помещении до 28 °C, можно использовать охлаждение без применения чиллеров. Система, построенная только на низкоскоростной вентиляции, фрикулинге и адиабатическом охлаждении, может давать практически идеальный PUE, равный 1,07.

Справка

Компания «АМДтехнологии» (http://amd-tech.ru) предоставляет полный комплекс инжиниринговых услуг для бизнеса: разработка концепции, проектирование под ключ, поставка оборудования, строительно-монтажные и пуско-наладочные работы, ввод в эксплуатацию, сервисное обслуживание объекта. Большинство инженерных систем технологического кондиционирования, вентиляции, энергоснабжения компания реализует силами собственных подразделений. Компания также занимается аудитом проектной документации, инженерной инфраструктуры объекта и оценкой рисков. 

Среди клиентов «АМДтехнологии» - крупнейшие российские государственные организации, международные и отечественные коммерческие компании.

Компания на рынке с 2007 г.