Лето в Латвии не самое прогнозируемое время года и не всегда самое приятное с точки зрения погодных условий, но если речь идет об охлаждении дата-центров, то наш прохладный климат – большое преимущество. Использование температуры внешней среды, или air-to-air free cooling, – лишь одна из разновидностей охлаждения дата-центров, однако сейчас она считается одним из наиболее передовых решений и переживает свой звездный час как в Европе, так и в Америке. Основное преимущество такого способа охлаждения – чрезвычайно низкие затраты на использование, позволяющие обеспечить экономию средств в долгосрочной перспективе. Кроме того, такой способ охлаждения является одним из наиболее экологичных.

Вначале стоит отметить, что существует две фундаментально разные возможности применения данного метода в охлаждении дата-центров. Одна из возможностей – впускать наружный воздух в помещения дата-центра, охлаждая или немного подогревая его. При втором варианте наружный воздух впускается через теплообменник, в котором температура передается от наружного воздуха в воздух дата-центра. Сам наружный воздух в помещение дата-центра не поступает, а выводится наружу. Этим и объясняется название air-to-air free cooling, потому что в процессе охлаждения в основном используется только холодный наружный воздух, который, как известно, является бесплатным.

Первый способ охлаждения air-to-air в настоящий момент находится на пике популярности в Европе и Америке, но его применение имеет известные ограничения. Один из них – влажность. В некоторых регионах средняя влажность в год очень высока. Долго искать не нужно – посмотрите в окно. Что вы видите? Мокрый снег, дождь, сырость. Такие условия, как у нас, в странах Балтии или Скандинавии, диктуют свои условия и говорят: нет, нам не подходит метод air-to-air, при котором воздух в помещения дата-центра впускают снаружи. При таких климатических условиях данное решение нельзя использовать.

Лучше и эффективнее всего оно работает в местностях с сухим воздухом – в пустынях, степях, где среднегодовой уровень влажности составляет лишь 30 %. Почему? Просто потому, что в любом дата-центре необходимо поддерживать постоянный уровень влажности – между 40 и 60 процентами. Если уровень влажности наружного воздуха очень высок, как, например, в странах Балтии после дождя (около 80–100 %), воздух необходимо сушить, что требует больших затрат электроэнергии. В свою очередь, в пустынях среднегодовой уровень влажности составляет всего 30 %, и воздух наоборот необходимо увлажнять. А это уже не так дорого и сложно. Поэтому в наших широтах реализовывать такое решение было бы неразумно. Еще один фактор, существенно влияющий на непопулярность данного решения в наших условиях, – риск вместе с наружным воздухом ввести в помещение нежелательные вещества – дым, сажу, пыль и другие загрязнения. Например, если в помещения дата-центра случайно попадет дым, может сработать пожарная сигнализация. Для тушения будет подан газ, поэтому ложное срабатывание сигнализации принесет больше зла, чем пользы и, в конце концов, очень дорого обойдется.

У нас может применяться второй способ охлаждения air-to-air, который не предусматривает смешивание наружного воздуха с воздухом дата-центра. Между ними находится теплообменник, который переносит наружный холод внутрь. У нас такое решение со временем может оказаться даже очень популярным, поскольку в Латвии средняя температура воздуха очень низкая и холодный сезон у нас длится восемь-девять месяцев в году, что позволяет этому решению работать очень эффективно. Обычное устройство air-to-air предусматривает три режима, в которых оно может работать в зависимости от погодных условий. В первом режиме система работает, используя теплообменник, в те шесть-семь месяцев в году, когда температура наружного воздуха ниже той, которую нужно поддерживать в холодном проеме дата-центра (от +22° до +24°C). Практически во все ночи весной и осенью, а также днем ранней весной и поздней осенью и, конечно, круглые сутки зимой в наших климатических условиях система работает именно в таком режиме, используя теплообменник. Второй режим следит за температурой наружного воздуха, и если она немного ниже необходимой температуры в дата-центре, воздух увлажняется, используя подачу воды. Вода, испаряясь в охладительной установке, охлаждает воздух в помещении, от этого и возникло название – принцип адиабатического охлаждения.

В третьем режиме при теплых погодных условиях устройство обеспечивает охлаждение дата-центров, используя мощность встроенных компрессоров. По такому принципу охладительное устройство air-to-air free cooling работает поздней весной, летом и ранней осенью. В первом режиме охлаждение работает приблизительно 60 %, во втором – 25 %, в третьем – 15 % от общего количества часов в году. Необходимый для охлаждения расход электроэнергии от общего объема электроэнергии, затрачиваемого дата-центром, для вышеуказанных режимов составляет приблизительно 4 %, 6 % и 50 % соответственно. Это означает, что в первом режиме для охлаждения ИТ-оборудования с общей нагрузкой, например, 100 кВт, придется потратить всего 4 кВт электроэнергии. Для второго и третьего режима необходимо добавить небольшой расход воды, который оказывает несущественное влияние на общие затраты на охлаждение. Ведущие производители такого типа оборудования отмечают, что достигаемый минимальный расход электроэнергии на охлаждение от общего объема потребляемой дата-центром электроэнергии составляет 12–14 %. Этот показатель может меняться в зависимости от среднегодовой температуры в конкретном году и расположения дата-центра на местности, однако такие факторы улучшают или ухудшают эффективность любого вида охлаждения.

Для обоих видов охлаждения дата-центров по принципу air-to-air существует ряд ограничений. Первое – дата-центр должен обладать достаточно большой мощностью. Крупные производители устройств, выполнив расчеты, чтобы узнать, когда использование такого охлаждения окупается, пришли к выводу, что дата-центр должен иметь совокупную постоянную нагрузку на ИТ-оборудование не менее 100 кВт, что эквивалентно дата-центру из 25–40 стоек, с учетом того, что нагрузка на каждый отдельный сервер меняется. Если дата-центр меньше, лучше всё-таки использовать другие технологии и традиционные методы.

Здесь следует напомнить, какие методы охлаждения дата-центров считаются традиционными. На практике самые известные из них – охлаждение сухими охладителями (dry cooler) или охлаждение чиллерами (chillers) с функцией free cooling. Free cooling в прямом переводе означает бесплатное охлаждение. Этот способ охлаждения применяется в странах с низкой среднегодовой температурой воздуха. Чем она отличается от технологии air-to air free cooling? Функции очень похожи, только между внутренним и внешним охладителем обычно циркулирует жидкость – вода с добавлением минимум 35 % этиленгликоля. В составе жидкости необходимо соблюдать вышеуказанные пропорции, чтобы он не замерз в зимних условиях. Это также считается эффективным традиционным способом охлаждения в наших широтах. Кроме того, существует охлаждение фреоном, при котором используется не free cooling, а диапазон регулирования компрессора. Компрессор работает постоянно, меняется лишь его мощность – от 0 до 100 %. В случае вышеуказанных видов охлаждения необходимый расход электроэнергии составляет 30–35 % от общей электроэнергии, потребляемой дата-центром.
Возвращаясь к методу охлаждения air-to air free cooling, важно отметить, в каких зданиях его можно использовать. В имеющихся зданиях оборудовать его очень сложно, иногда даже невозможно, потому что устройства довольно большие, а также необходимы большие воздушные люки, поэтому оборудовать реконструируемое здание под такой способ охлаждения довольно трудно. Очень удобно и сравнительно просто установить такой способ охлаждения в новом здании, потому что оно изначально конструируется для нужд дата-центра и все требования, связанные с охладительными устройствами, можно предвидеть на стадии разработки проекта.

Если у вас есть возможность свободно выбирать место расположения дата-центра в условиях низкой влажности, лучше отдать предпочтение первому способу, который предусматривает впуск наружного воздуха в помещения дата-центра с его охлаждением или небольшим подогревом. Именно таким образом охлаждение своего дата-центра в Прайнвилле (США) обеспечивает один из лидеров отрасли Facebook. В свою очередь, наши климатические условия обуславливают или выбор традиционных способов охлаждения при строительстве дата-центра, или следование мировым тенденциям и выбор метода air-to air free cooling номер два, основное преимущество которого заключается в экономии затрат в долгосрочной перспективе. По сравнению с традиционными способами охлаждения, air-to air free cooling в два раза выгоднее с точки зрения затрат при почти одинаковых капиталовложениях в дата-центрах с мощностью ИТ-оборудования от 100 кВт.

Микс Стуритис (Miks Stūrītis), www.citrus.lv, председатель правления SIA Citrus Solutions