что такое адиабатическое охлаждение воздуха
Адиабатическое охлаждение воздуха в современном ЦОДе
Один из действенных способов повысить эффективность использования энергии в ЦОДе – применить адиабатическое охлаждение воздуха, в основе которого лежат уникальные свойства воды.
Как известно, для оценки эффективности использования энергии в ЦОДах применяют показатель PUE (Power Usage Effectiveness) – отношение общего энергопотребления к энергопотреблению ИТ-оборудования дата-центра. Существует и обратный показатель – DCE (Data Center Efficiency). Типовыми считаются значения PUE от 1,5 до 2,0; последнее означает, что на ИТ-оборудование расходуется только 50% потребляемой энергии (DCE = 0,5). В случае традиционных систем механического охлаждения с использованием специализированных кондиционеров CRAC (Computer Room Air Conditioner) на них обычно приходится примерно 35–40% общего энергопотребления.
Но есть подход, позволяющий гораздо более эффективно использовать энергию в ЦОДе, – это адиабатическое охлаждение воздуха.
 |
 |
 |
Принцип метода
Адиабатическое охлаждение обусловлено уникальными свойствами воды, которая имеет одно из наибольших среди жидкостей значение скрытой теплоты парообразования (584,8 ккал/кг). Принцип его состоит в распылении воды в виде мельчайших капель – с энергетической точки зрения это значительно эффективнее механического охлаждения (тот же принцип встречается и в природных явлениях). В адиабатических условиях, в которых общее энергосодержание среды (выражаемое энтальпией) остается неизменным, при испарении 1 л воды в час 680 Вт (584,8/0,86, где 0,86 – переводной коэффициент ккал/Вт) явного тепла, содержащегося в воздухе и характеризуемого его температурой, переходит в скрытое тепло, содержащееся в образующихся парах воды. При использовании увлажнителей воздуха распылительного типа затраты внешней энергии сравнительно невелики, их типовое значение составляет всего 4 Вт на 1 л распыляемой воды, что обусловлено относительно небольшим значением поверхностного натяжения воды. Таким образом, эффективность процесса адиабатического охлаждения в целом характеризуется отношением 680/4 = 170.
Прямое и косвенное охлаждение
Различают два способа адиабатического охлаждения: прямое DEC (Direct Evaporative Cooling) и косвенное IEC (Indirect Evaporative Cooling); схема их конструктивной реализации показана на рис. 1. Прямое охлаждение осуществляется путем распыления воды на стороне притока. Охлажденный за счет испарения взвешенных в воздухе капелек воды приточный воздух подается непосредственно во внутренний объем обслуживаемого объекта. При косвенном же охлаждении вода распыляется на стороне вытяжки. Охлажденный воздух поступает в пластинчатый теплообменник, где с эффективностью примерно 65% происходит обмен явным теплом без передачи скрытого тепла, сосредоточенного в парах воды, которые образуются за счет испарения распыляемой воды на вытяжке.
Условия использования
Оба способа имеют определенные ограничения в использовании в зависимости от тепло-влажностных характеристик атмосферного воздуха. При относительно низких температурах и небольшой влажности атмосферного воздуха прямое адиабатическое охлаждение DEC существенно расширяет возможности популярного способа свободного охлаждения, или фрикулинга (FC), осуществляемого без распыления воды как на притоке, так и на вытяжке. Фрикулинг возможен при условии, что температура атмосферного воздуха не превышает температуры внутри обслуживаемого объекта. В случае DEC за счет адиабатического испарения распыляемой воды температура воздуха на притоке дополнительно понижается по отношению к температуре атмосферного воздуха. Таким образом, обеспечивается естественное охлаждение, без применения механического, при температурах атмосферного воздуха, несколько превышающих температуру внутри обслуживаемого объекта. Однако при этом существует ограничение, связанное с насыщением воздуха парами воды. Сопутствующее этому увеличение энтальпии не должно превышать значений, отвечающих требуемым значениям температуры и относительной влажности внутри обслуживаемого объекта.
В противоположность этому адиабатическое охлаждение IEC возможно только тогда, когда температура воздуха и его энтальпия внутри обслуживаемого объекта ниже температуры и энтальпии атмосферного воздуха.
Следует также иметь в виду, что фрикулинг помимо указанного выше температурного ограничения возможен только при условии, что абсолютная влажность (влагосодержание) атмосферного воздуха не превышает значения, соответствующего требуемым значениям температуры и относительной влажности внутри обслуживаемого объекта.
Отсюда на долю механического охлаждения (Mechanical Cooling, MC) остается лишь такое сочетание тепло-влажностных характеристик атмосферного воздуха, когда одновременно и его температура, и абсолютная влажность превышают значения, соответствующие требуемым значениям температуры и относительной влажности внутри обслуживаемого объекта.
Оптимальные значения температуры и относительной влажности в ЦОДах задаются рекомендациями ASHRAE TC 9.9 (редакция 2008 г.) и составляют соответственно 230°С и 60%. На рис. 2 представлена i-d-диаграмма, отражающая перечисленные выше ограничения с учетом этих значений, на которой четко видны области преимущественного использования различных методов охлаждения ЦОДов.
Сравнительный анализ энергопотребления
Мы провели сравнительную оценку энергопотребления при использовании различных методов охлаждения ЦОДов (результаты этих расчетов сведены в таблицу). При этом предполагалось, что кондиционеры CRAC, используемые в системе механического охлаждения, имеют значение холодильного коэффициента COP (Coefficient of Performance, характеризует отношение холодопроизводительности к потребляемой мощности), равное 2,8, как у большинства моделей присутствующих на рынке устройств. Энергопотребление используемых в системах водоподготовки установок обратного осмоса (Reverse Osmos, RO) принято равным 2,4 вт/(л/ч), что соответствует типовым значениям.
Адиабатическое охлаждение
Заказать услугу Задать вопрос
Преимущества системы адиабатики:
Увеличение температуры полного фрикулинга;
Снижение занимаемой площади (при той же производительности);
Увеличение количества часов фрикулинга в году.
В наши дни применение адиабатического охлаждения в системах холодоснабжения ЦОД набирает все большую популярность и основных причин тому две:
Во-вторых, федеральный закон N 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» от 23.11.2009, целью которого является снижение энергозатрат во всех отраслях экономики в среднем на 40%. Достигнуть данного значения необходимо к 2020 году. Требования закона и общая тенденция в вопросе экономии энергоресурсов, стали для нас мощным стимулом к поиску и созданию новых энергоэффективных решений в системах холодоснабжения и промышленного кондиционирования, с некоторыми из них мы Вам предлагаем ознакомится.
Энергоэффективные решения с системой адиабатического охлаждения для ЦОД на базе оборудования ведущих европейских производителей.
Устройство «DATABATIC», итальянской компании Hiref, представляет собой систему воздушного охлаждения с рекуперацией тепла и встроенной системой адиабатического охлаждения для Центров обработки данных. Линейка оборудования «DataBatic» представлена в широком диапазоне холодопроизводительности (от 10 до 330 кВт) в трех основных размерных вариантах:
Конструктивно «DataBatic» представляет собой моноблок, оснащенный системой адиабатического охлаждения, которая установлена во внешнем контуре. Принцип действия адиабатического охлаждения заключен в мелкодисперсном распылении воды на потоки наружного воздуха через множественные форсунки. Благодаря адиабатическому эффекту вода испаряется и охлаждает воздух. Далее воздух проходит через перекрестноточный рекуператор, при температуре близкой к температуре влажного термометра, что значительно увеличивает время работы агрегата в режиме Free Сooling. Конструктивные возможности перекрестноточного рекуператора позволяют полностью исключить смешивание воздушных потоков, а также перенос влаги из внешнего контура во внутренний.
Особое внимание хотелось бы уделить системе автоматического управления и контроля, которой укомплектован агрегат «DataBatic». Возможности системы автоматики позволяют связывать между собой до 16 юнитов, обеспечивать работу оборудования в основных режимах (раб./рез., ротация, каскад), гибко и точно настраивать работу агрегата, получая всю подробную информацию.
Моноблок поставляется уже в собранном виде, что упрощает процесс его монтажа, а также довольно прост в обслуживании и ремонте. Удобное расположение основных узлов и деталей внутри агрегата позволяет иметь полный доступ ко всем основным компонентам и производить сервисные или ремонтные работы, даже при работающем оборудовании.
Основные характеристики «DataBatic»:
Фото №1. Решение с адиабатическим охлаждением для Дата-центров Data Batic от 10-330 кВт.
Чиллер с системой адиабатического охлаждения.
Чиллеры серии HCB ChillBatic Hiref представляет собой высокоэффективные холодоснабжающие воздухоохлаждаемые агрегаты, оснащенные адиабатической системой охлаждения. Конструктивно адиабатическая система представляет собой специальные панели, оборудованные соплами, через которые подается вода и происходит равномерное охлаждение поверхности теплообменников. Капли быстро испаряются с поверхности, обеспечивая оптимальный охлаждающий эффект, тем самым помогая конденсаторам достичь значения их номинальной производительности даже в самый жаркий сезон, когда холодильные агрегаты работают на пике или с превышением своей максимальной нагрузки.
За счет увеличения охлаждающей способности агрегата, эффективность его работы многократно возрастает. По средним расчетам годовая экономия электроэнергии при использовании системы адиабатического охлаждения достигает более чем 35%.
ВАЖНО! В чиллерах HCB ChillBatic Hiref используются V-образные теплообменники, площадь которых в два раза больше, чем у подобных охлаждающих установок той же мощности других производителей, что позволяет достичь высоких показателей теплообмена, обеспечить высокую производительность и эффективность работы, в том числе в режиме свободного охлаждения. Это преимущество выгодно выделяет данное оборудование и делает его уникальным!
Система контроля и управления позволяет полностью контролировать и регулировать процесс работы системы. На дисплей выводятся все необходимые данные и ошибки.
Расположение ключевых элементов чиллера находится в зоне легкой досягаемости, что значительно упрощает процесс проведения сервисных мероприятий. Компрессоры размещены в отдельном съемном модуле.
Оборудование выполнено на высоком профессиональном уровне и соответствует европейским стандартам качества ISO 9001:2000.
Фото №2. Чиллер Hiref серии HCB ChillBatic.
Сухие градирни с системой адиабатического охлаждения.
Еще одним вариантом, предлагаемым нами в рамках энергоэффективных решений с применением адиабатического охлаждения, являются гибридные градирни немецкой фирмы «Thermofin®», которые совмещают в себе все плюсы мокрой градирни и сухого охладителя, объединенные в одно устройство.
Конструктивно гибридная градирня представляет собой сухой охладитель со специальным защитным покрытием для возможности использования адиабатического охлаждения. Система адиабатики выполнена в виде конструкции водяных трубопроводов с форсунками, размещенными по всему периметру градирни, через которые на стенки теплообменников производится равномерное распыление воды. Для обеспечения необходимой температуры охлаждающей жидкости, градирня работает в сухом режиме (20-27 °C). Как только температурные показатели начинают превышать требуемые значения, гибридная установка моментально переключается во влажный режим. Смена данных режимов работы дает возможность обеспечивать оптимальное использование производительности агрегатов, при изменяющихся условиях окружающей среды.
Благодаря своей сравнительно небольшой установочной площади и низкому уровню шума, гибридные градирни Thermofin® отвечают самым высоким требованиям Заказчиков. По уровню шума они могут быть выполнены в трех основных исполнениях: стандартном, малошумном и сверх малошумном. Регулировка скорости вращения вентиляторов производится посредством TCS-контроллера, представляющего собой «интеллектуальное» устройство управления современными приводами вентиляторов. TCS осуществляет контроль, регулирование и учет данных гибридных градирен. Благодаря ему оборудование получает оптимальную настройку для достижения заданной производительности. В зависимости от заявленных требований, гибридные градирни могут поставляться с различными вариантами регулирования производительности.
Мы предлагаем 2 основных типа данного оборудования в широком диапазоне производительности от 20 до 2000 кВт:
Адиабатическое охлаждение ЦОД
До 35-40 % всей энергии, потребляемой ЦОДом, расходуется на охлаждение серверных стоек и инженерных систем. Адиабатический принцип охлаждения дата-центра позволяет заметно снизить энергопотребление в сравнении с традиционными системами. Экономичный способ охлаждения ЦОДа будет реализован в дата-центре компании DataPro в Москве.
Погода в ЦОДе
За последние годы плотность размещения оборудования в дата-центрах существенно увеличилась, а вместе с ней выросли и расходы на электропитание. В российских коммерческих дата-центрах одна стойка в среднем потребляет от 3 до 10 кВт — примерно столько же от нее приходится отводить тепла. При этом самый весомый «вклад» а общий ландшафт энергопотребления вносят системы охлаждения: их доля достигает 35-40 %.
В стремлении оптимизировать традиционную схему, специалисты пытались отводить тепло путем применения более эффективных хладагентов и за счет выбора оптимальных параметров работы системы. Но эти были полумеры, которые не позволяли добиться существенной экономии.
Самое энергоемкое звено в традиционной схеме охлаждения — это компрессор и конденсаторные агрегаты. Отказ от этих компонентов в сочетании с использованием холода наружного воздуха (freecooling — именно так по-научному называется использование естественного охлаждения) стал первым революционным шагом на пути к оптимизированной, низкозатратной в отношении энергоресурсов системе охлаждения. Этот подход взяли на вооружение многие дата-центры мира. Принцип фрикулинга сегодня широко применяется и во многих ЦОДах России — в основном в тех регионах, где на протяжении многих месяцев держится низкая температура за окном. Очевидно, применение такой технологии вполне оправдано в Мурманске или Норильске. Но можно ли построить энергоэффективный ЦОД в жарком климате? Для российских дата-центров этот вопрос тоже не праздный, так как в летние месяцы в средних и даже северных широтах температура воздуха бывает довольно высокой.
Горячее охлаждение
ЦОД «Меркурий» компания eBay
Как ни парадоксально, но во всем мире известно немало примеров расположения дата-центров в жарком климате — в условиях, гораздо более экстремальных по сравнению с российскими. К примеру, ЦОД «Меркурий» компания eBay построила в американском городе Финикс, штат Аризона — в жаркой пустыне, где столбик термометра летом достигает 50 градусов C. И это при том, что для бизнеса eBay чрезвычайно важен такой фактор как непрерывность и время реакции приложения на запрос пользователей по всему миру — каждую секунду на портале этой компании заключается громадный объем сделок общей суммой около 2 тыс долларов. То есть безотказность всех систем ЦОДа стоит в списке приоритетов на первом месте. Казалось бы, для охлаждения такого ЦОДа разумнее было бы расположить его в северных широтах.
И, тем не менее, eBay построила свой ЦОД именно в Аризоне, — и не прогорела. Казалось бы, об использовании внешнего воздуха и речь не могла идти. Но, проанализировав все имеющиеся возможности снижения уровня потребления энергии, эксперты eBay пришли к выводу, что именно фрикулинг лучше всего обеспечит требуемую эффективность нового ЦОД в пустыне. Секрет в том, что в сочетании с фрикулингом на этом объекте было применено адиабатное увлажнение.
Ветер с моря дул
Уже давно было замечено, что воздух, приходящий с моря, прохладнее, чем степной ветер, дующий в направлении акватории. В Древнем Риме таким образом охлаждали дома: под распахнутыми окнами располагался бассейн с фонтаном: проходя над водой, воздух охлаждался в результате ее испарения.
На этом принципе основаны и мокрые градирни, — один из самых старых методов охлаждения, который активно используется на производствах. Принцип действия этих систем основан на охлаждении воды потоком воздуха, продуваемого через ее поверхность.
Более продвинутый вариант этого процесса применяется в адиабатических системах охлаждения воздуха.
Экономика вопроса
Адиабатическое охлаждение ЦОД — недорогая и надежная система, в которой отсутствуют сложные агрегаты и не требуется резервирование узлов. Для реализации адиабатического увлажнения практически не требуется затрат электроэнергии — расходуется только вода. Таким образом, стоимость охлажденного воздуха низка, что при правильном его использовании может существенно повысить энергоэффективность систем кондиционирования.
В целом оборудование современных ЦОДов неплохо переносит и более высокую температуру, и увеличение влажности воздуха. В качестве допустимых границ используются параметры, рекомендованные ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). В первой редакции этих рекомендаций, опубликованной в 2004 г., был установлен верхний предел в 25 градусов Цельсия при влажности 40%, во второй (2008 г.) – 27 градусов при влажности 60%. В рекомендациях 2011 года появились два новых класса оборудования для ЦОДов – А3 и А4 с температурным диапазоном до 40 и 45 градусов. Хотя такое «жаркое» охлаждение еще не распространено повсеместно, любители инноваций активно начинают его использовать. Это позволяет существенно расширить географию применения «зеленого» охлаждения.
Адиабатическое охлаждение требуется далеко не всегда, — только в самые жаркие месяцы. В холодное время года охлаждение идет с помощью внешнего воздуха. Не так давно системы адиабатического охлаждения в основном использовались в регионах с сухим и жарким климатом. Но последние разработки производителей климатического оборудования показали большой потенциал использования систем адиабатического охлаждения в европейских регионах с умеренным климатом.
— Следует отметить, что ни начальная температура воды, ни температура воздуха на процесс практически не влияют, — в отличие от влажности, — поясняет Михаил Балкаров, технический эксперт компании Emerson Network Power. — Так что если ЦОД находится в пустыне, но при этом имеет источник воды, получается вполне эффективная система. А вот если идет дождь при температуре воздуха плюс 25 градусов Цельсия, то, увы, никакого охлаждения из системы извлечь не удастся, поскольку во время дождя влажность наружного воздуха близка к 100%.
Михаил отмечает, что необходимо учитывать локальные аномалии влажности, возникающие рядом с крупными водоемами. Кроме того, в российских регионах с переменчивой погодой, возможно, придется иметь одновременно две системы — традиционную и альтернативную, что заметно увеличит размер капитальных инвестиций и может свести к нулю все попытки сэкономить.
Недостатком метода адиабатического охлаждения становится также увеличение влажности воздуха. Могут возникнуть опасения, что влажность станет угрозой для чувствительного электронного оборудования в дата-центре. Один из примеров такого инцидента рассматривается ниже (см. раздел «Facebook под дождем»).
Среди других недостатков системы адиабатического охлаждения эксперт отмечает расход воды и необходимость эту воду подготавливать. «Воды тратится порядка 2 л/ч на 1 кВт/ч в пике потребления и порядка 0,3 л/ч в теплый сезон в среднем, — рассказывает Балкаров. — Это заметные деньги, а считая с расходами на очистку, — еще более заметные».
Очищать воду нужно, подчеркивает Михаил Балкаров, потому что при испарении все минералы оказываются в воздухе в виде мелкой пыли. «И если для градирен это достаточно дешевый процесс, связанный с грубой очисткой, — очищение в основном предусмотрено для предотвращения накипи, — то форсунки в адиабатической системе требуют микрофильтров и осмотической фильтрации», — объясняет эксперт. Так что не только стоимость системы, но и эксплуатационные расходы возрастают».
При использовании адиабатического охлаждения следует помнить о том, что придется решать еще и вопросы водоснабжения, водоотведения и водоподготовки, которые, в свою очередь, перетекут в проблемы архитектуры и строительных конструкций. Не стоит забывать и о стоимости воды. Пока ее цена несравнима со стоимостью электроэнергии, но она постоянно растет.
Коэффициент WUE
Использование систем адиабатического охлаждения приводит к снижению PUE и энергопотребления, но при этом расход воды может быть очень велик. Поэтому организация Green Grid в марте 2011 г. ввела еще один параметр, характеризующий полезное потребление воды в дата-центре, – коэффициент использования воды WUE (Water Usage Effectiveness). Коэффициент рассчитывается по формуле:
WUE = годовое потребление воды / мощность ИТ-оборудования
Единицей измерения WUE является л/кВт/ч.
Facebook стал первым оператором дата-центра, который открыто поделился значением WUE. В ЦОДе, расположенном в г. Прайнвилль во втором полугодии 2011 г. этот параметр составлял 0,22 л/кВт*ч.
В целом использование адиабатического охлаждения позволяет добиться высокой энергоэффективности ЦОДа: коэффициент PUE может достигать значения 1,043, за счет того, что вспомогательное оборудование, включая систему охлаждения, даже летом потребляет всего около 4% электроэнергии энергии ЦОДа, а зимой – и того меньше (в зимний период PUE – около 1,018). Эффективность компрессорно-конденсаторных систем на основе чиллеров или DX-кондиционеров существенно ниже, для них PUE = 1,3 – великолепный результат.
Упомянутый в начале статьи ЦОД «Меркурий» площадью 12 600 квадратных метров и мощностью 4 МВт функционирует уже больше года. Использование фрикулинга совместно с адиабатным испарительным охлаждением в этом ЦОДе доказало свою эффективность.
ЦОДы Facebook
Адиабатическая система охлаждения в ЦОД Facebook
Еще один яркий пример использования новых технологий охлаждения – ЦОДы Facebook. Первый собственный дата-центр Facebook построила в американском городке Прайнвилль, в 2010 году. Через год был построен второй, дублирующий дата-центр в Форест-Сити, штат Северная Каролина. Коэффициенты энергоэффективности (PUE) этих площадок составляют: 1,07 для ЦОД в Прайнвилле и 1,09 — для ЦОД в Форест-Сити. Этого удалось достичь только благодаря снижению потерь при передаче и преобразовании электроэнергии, а также более высоким рабочим температурам воздуха внутри ЦОДа (допускается +35 °C в стойках в холодном коридоре).
В дата-центрах установлена традиционная система охлаждения, но используется она только в аварийных случаях. Основная же система кондиционирования воздуха — прямой фрикулинг с несколькими камерами подготовки воздуха, через которые проходит наружный воздух.
Первоначально воздух извне забирается воздухозаборниками на втором ярусе и поступает в камеру подготовки, где фильтруется и смешивается с горячим воздухом. Далее воздух проходит через холодильные панели. Они представляют собой камеру увлажнения с большим количеством труб, разбрызгивающих дистиллированную воду форсунками под высоким давлением, благодаря чему повышается влажность и понижается температура продуваемого воздуха. Чтобы мелкодисперсная влага не могла проводить электричество, используют дистиллированную воду. Далее на пути воздуха стоят мембранные фильтры, отделяющие крупные частицы влаги. Затем воздух мощными вентиляторами направляется в машинный зал. Отработанная вода собирается в специальном резервуаре и очищается.
Фейсбук под дождем
Однажды внутри охлаждаемого помещения дата-центра компании Facebook в Прайнвилле образовалось облако влаги, которое в буквальном смысле накрыло собой серверные помещения вместе с их (извините за каламбур) «облачными» вычислениями.
В 2001 г. этот дата-центр столкнулся с проблемой в работе системы управления, из-за чего температура воздуха, используемого для охлаждения серверов, достигла более 26 градусов Цельсия, а влажность — свыше 95%. В результате стал накапливаться конденсат и образовалось дождевое облако, заполнившее собой все пространство с вычислительным оборудованием. В происходящее было невозможно поверить. Начались звонки коллегам в центр эскалации проблем, а те долго не могли вникнуть, о каком дождевом облаке идет речь? Проще было убедить их в том, что яблони зацвели на Марсе, чем в сказку о дожде.
Ради экономии электричества Facebook использовал наружный воздух для охлаждения своего дата-центра вместо традиционной системы. Но после того как система управления вышла из строя, началась рециркуляция подогретого воздуха с низким уровнем влаги через систему охлаждения на базе водяного испарителя.
Это привело к тому, что воздух сильно увлажнился и образовалось облако, которое натворило много бед. Некоторые серверы полностью вышли из строя: те специалисты, кто находился в дата-центре, могли наблюдать, как искрят и агонизируют серверы. Хуже ничего и представить было невозможно. Впрочем, инцидент больше не повторился: специалисты Facebook тщательно изолировали контакты в местах подключения серверов к источникам питания, защитив их от влаги.
А что в России?
Адиабатические системы охлаждения в России пока не очень популярны, но специалисты считают, что в ближайшие годы проектировщики дата-центров будут проявляет к ним все больший интерес. Причина тому — Федеральный Закон ФЗ-261, который устанавливает жесткие рамки для энергопотребления и требует повышения энергетической эффективности на 40 % к 2020 году. Единственный возможный сценарий, который позволит удовлетворить такие требования — это переход на фрикулинг в сочетании с адиабатическим охлаждением. И первые примеры таких внедрений уже есть. В частности, данный принцип охлаждения будет использован в новом строящемся дата-центре компании DataPro в Москве.
Проект этой площадки подразумевает использование экономичного в эксплуатации решения для обеспечения необходимых климатических условий — модульной системы EcoBreeze производства Schneider Electric. Компания DataPro планирует реализовать крупнейшую в Европе инсталляцию данной системы в собственном мега-ЦОДе в Москве на Авиамоторной улице — объекте с установленной мощностью 20 МВт. Система EcoBreeze построена с использованием принципа мокрой градирни (разновидности технологии адиабатического охлаждения) в сочетании с фрикулингом, о которых говорится в данной статье. В Москве, где установлены высокие тарифы на электроэнергию, использование этой системы позволит добиться существенной экономии операционных расходов в дата-центре.
«Технические решения с использованием адиабатического охлаждения нельзя назвать инновационными, поскольку они успешно применяются во многих ЦОДах за рубежом, — поясняет Алексей Солдатов. — Но использование этого принципа в российских дата-центрах — явление редкое. Инсталляция EcoBreeze на нашей московской площадке — одно из первых внедрений».
А вот на другом объекте, в дата-центре компании DataPro в Твери, для охлаждения серверных помещений и электротехнического оборудования используется традиционный принцип с использованием фреоновых трасс, что обусловлено невысокими капитальными затратами и низкими тарифами на электроэнергию.
На объекте в Твери применяется еще одна разновидность адиабатического принципа — изотермическое увлажнение для поддержания необходимого уровня влажности в серверных помещениях, о нем мы расскажем в нашей следующей статье.
Принцип действия
Михаил Балкаров. Отрывок из книги «Охлаждение серверных и ЦОД.Основы.», 2011 г.
Принцип действия адиабатической системы охлаждения состоит в распылении воды в виде мельчайших капель, которые впрыскиваются в горячий воздух. (Вода при этом должна быть очищена от всяческих примесей.) Вода, испаряемая в воздухе, способна охладить его до температуры, близкой к температуре мокрого термометра.
Строго теоретически предел охлаждения в этом процессе заметно ниже и равняется температуре точки росы. Для реализации этой возможности достаточно часть исходного воздуха охладить до температуры мокрого термометра испарением воды, а потом с его помощью охладить остаток, не увлажняя. Далее холодный воздух также увлажняется, приобретая более низкую температуру. Процесс можно повторить еще раз с частью воздуха, достигнув температуры, близкой к точке росы. Единственная очевидная техническая трудность достижения минимально возможной температуры — увеличение в несколько раз требуемых объемов подаваемого воздуха и площади теплообменника.
Подобные системы делают либо по принципу мокрых градирен, — то есть используют большую поверхность пластин, покрытую тонкой пленкой воды, — либо распыляют воду под давлением в несколько сот атмосфер, через микронные форсунки, очень мелкими каплями непосредственно в воздуховоды.
Далее либо происходит обмен температурой с тем, что необходимо охладить, либо влажный воздух напрямую используется для охлаждения оборудования. Расход воды составляет около 2 Кг на 1 кВт/ч отводимого тепла. Поскольку испаряется большая часть воды, — соответственно растут требования к ее химическому составу, что требует использования ионнообменных фильтров или фильтров обратного осмоса.
При использовании форсунок строгие требования предъявляются к механическим загрязнениям, требуется установка микрофильтров после насоса высокого давления. Эти усложнения связаны с тем, что начиная с определенного размера капли процесс испарения происходит очень быстро, и за счет этого значительно уменьшаются размеры оросительной камеры.
Использование форсунок большего диаметра, среднего и низкого давления, проще с точки зрения эксплуатации форсунок и процесса водоподготовки. Но при этом часть воды не участвует в процессе и сливается (капли не успевают испарится полностью), кроме того размеры камер увлажнения становится сопоставимым с остальными помещениями системы.