Поскольку затраты на электроэнергию – одна из наиболее существенных позиций оперативных расходов дата-центров и существенную часть таких расходов образует электроэнергия, потребляемая для обеспечения деятельности охладительных систем, неизменно актуален вопрос о новых решениях, обеспечивающих возможность охлаждения дата-центров при меньшем потреблении электроэнергии и, соответственно, меньших расходах.

Вторая причина, заставляющая обдумывать этот вопрос, – постоянно растущие вычислительные мощности, которые хранятся в дата-центрах и, следовательно, требуют всё больше энергии охлаждения, чтобы обеспечивать технологиям, обрабатывающим эти данные, оптимальные климатические условия.

Третья причина, заставляющая постоянно оценивать наиболее эффективные возможности охлаждения, – изменения климата. Пусть они не столь стремительны, но постоянная тенденция повышения средней температуры воздуха год от года всё-таки зафиксирована. В свою очередь, это означает, что растут и необходимые охладительные мощности.

Одно из способов, направленных на обеспечение более эффективного процесса охлаждения, – использование доступных природных ресурсов и процессов при минимальном дополнительном расходовании энергии. В этой статье блога мы затронем два направления:

так называемые решения free cooling, которые предусматривают использование наружного воздуха или воды из ближайшего водоема в процессе охлаждения, и
возможности адиабатического охлаждения, которые обеспечивает изменение температуры при переходе вещества в другое агрегатное состояние (процесс испарения), которое зачастую называют Evaprorative cooling.
Естественные доступные ресурсы и процессы не зря считают возможностями/решениями, улучшающими эффективность охлаждения. Их использование полезно, потому что в соответствующих условиях они обеспечивают возможность уменьшить использование необходимой энергии, которая вырабатывается при потреблении невосполнимых ресурсов, а также уменьшить выбросы СО2, возникающего в процессе производства энергии.

В основе идеи free cooling лежит использование природных ресурсов (наружного воздуха или воды из ближайшего водоема) в процессе охлаждения. В периоды (сезон/время суток), когда температура данных природных ресурсов подходит для этой цели, или в соответствующих климатических зонах решение free cooling может быть очень эффективным.

При использовании метода free cooling во время охлаждения дата-центра, когда температура наружного воздуха достаточна низка, наружный воздух или напрямую закачивается в дата-центр (и тогда этим воздухом производится охлаждение дата-центра), или воздух доставляется для охлаждения жидкости, циркулирующей в охладительной системе, когда она оттекает с собранным теплом из помещений дата-центра.
В свою очередь, при использовании близлежащего источника воды, охлаждение обеспечивается путем циркуляции воды по охладительной инфраструктуре дата-центра и возвращения в водоем. Это происходит иначе, чем в обычных охладительных решениях с закрытым контуром, которые обеспечивают постоянную циркуляцию охладительной жидкости по закрытому контуру и ее традиционное охлаждение кондиционирующими устройствами.

В обоих вышеуказанных случаях работа промышленных (традиционных) охладительных устройств существенно интенсивнее только в то время, когда температура вышеуказанных природных ресурсов непригодна для того, чтобы использовать их для обеспечения охлаждения.

Такие решения могут обеспечить существенную экономию энергетических ресурсов, поскольку в то время, когда можно использовать возможности free cooling, будет затрачено существенно меньшее количество электроэнергии, чем для охлаждения с использованием только традиционного охлаждающего оборудования.

Второй не менее позитивный эффект, обеспечиваемый вышеуказанным решением, – продление срока службы традиционных охладительных устройств благодаря снижению нагрузки. Это автоматически означает уменьшение расходов на ремонт и оперативных расходов, связанных с содержанием устройства в целом.

Однако необходимо помнить, что решение free cooling не обеспечивается совершенно бесплатно. Например, для доставки наружного воздуха в дата-центр и обеспечения его циркуляции необходимо использовать компрессоры. Нужны фильтры для очистки наружного воздуха, используемого для охлаждения, и т. д. Возможности free cooling нередко недоступны в круглосуточном режиме на протяжении всего года. Необходимо считаться с периодами, когда температура необходимых природных ресурсов будет непригодной для использования такого решения.

В основе адиабатического охлаждения, или так называемого охлаждения испарением (evaporative cooling), лежит иное решение. В этом случае для охлаждения используется изменение агрегатного состояния воды – испарение, – в результате чего снижается температура. В природе это явление можно наблюдать в жаркую погоду вблизи водопадов, где наблюдаются зоны прохладного воздуха, возникающие в результате испарения капель воды.

Это решение, в отличие от предыдущего, будет действенным в условиях, когда температура наружного воздуха достигает приблизительно +25 °С, которая уже является достаточно высокой для обеспечения испарения мелких капель воды (тумана). Чтобы использовать этот процесс для охлаждения, применяются технологические устройства, которые обеспечивают образование мелкого водяного тумана (распыление) перед коллекторами охладительного оборудования. В результате испарения водяного тумана снижается температура воздуха, поступающего в охладительное оборудование, что, в свою очередь, уменьшает расход электроэнергии, необходимой для обеспечения оптимальной температуры в дата-центре.

Такое решение эффективнее всего работает в климатических зонах, для которых характерно сравнительно долгое жаркое время года (например, в Италии, Испании) и при этом невысокая относительная влажность воздуха, которая может существенно ограничить процесс испарения.

В индустрии вышеуказанные решения повышения эффективности охлаждения нередко называют экономайзерами (economizers).

Однако необходимо помнить, что при выборе какого-либо из данных решений для охлаждения дата-центра нужно выполнить подробные расчеты, чтобы максимально точно определить реальную экономию энергии, а затем оценить систему с точки зрения непрерывности стабильной долгосрочной работы, что очень существенно для дата-центра.