На сегодняшний день на долю дата-центров приходится примерно 1-2% от глобального энергопотребления. Это довольно много, а учитывая, что «аппетиты» индустрии ЦОД будут только возрастать, к 2030 году, по разным прогнозам, эта цифра может стать 4% .
Фрикулинг, как метод эффективного использования охлаждения в ЦОД (а стало быть и экономии электроэнергии) всегда считался самым распространенным, особенно в северных широтах и странах с умеренным климатом. Что же в нём эффективного, какие бывают типы фрикулинга и какой метод используется в корпорациях Yahoo? Об этом — в нашем сегодняшнем посте, комментирует технический директор IXcellerate Сергей Вышемирский.
Самый эффективный метод – это прямой фрикулинг, с ним затраты на CAPEX и OPEX минимальны. Однако данная технология не везде применима. Реализация данного подхода требует много физического места и зависит от качества наружного воздуха. Например, московский климат подходит, но с оговорками, так как воздух требует фильтрации, а в Карелии или лесах Пермского края, или на Горном Алтае можно работать без фильтрации. Основными драйверами являются повышение энергоэффективности ЦОДов, снижение операционных расходов. Барьеры — окружающая среда (повышенное качество воздуха для систем с прямым фрикулингом), наличие и качество воды для систем с непрямым фрикулингом и адиабатическим контуром охлаждения.
Как пример эффективного прямого фрикулинга можно взять Yahoo Chicken Coop. Корпорация Yahoo строила и продолжает строить дата-центры в разных регионах, включая Локпорт, штат Нью-Йорк (США), где используется проект, называемый «курятник». Он весьма близко напоминает курятник CapeCodder на ферме FarmNyards в Беверли, штат Массачусетс, на Тресковом Мысе.
Если сравнить с традиционной чиллерной системой, то YCC позволяет сэкономить примерно 160 тысяч кубометров воды в год на тех же вычислительных нагрузках. Почти 40% от объема потребляемого электричества – это результат реализации системы YCС, в отличие от традиционных проектов дата-центров. Дата-центр с использованием YТC имеет коэффициент PUE 1,3, в то время как YCC дает коэффициент 1,08.
Управление Энергетики в 2010 году признало систему YCC лучшей среди подобных по энергоэффективности, предоставив Yahoo грант размером $9,9 млн на развитие энергоустойчивости по программе DoE Green IT. 13 января 2011 года Патентное ведомство США выдало Yahoo патент 20110009047 А1 на интегрированное управление циркуляцией воздуха в здании для системы охлаждения серверного зала («Integrated Building Based Air Handler for Server Farm Cooling System»).
Что такое фрикулинг?
Фрикулинг (от англ. free cool – «свободное охлаждение») представляет собой понижение температуры в помещении за счёт воздуха извне, то есть с улицы. Означает ли это, что фрикулинг эффективен только тогда, когда температура воздуха на улице ниже той, что необходимо поддерживать в здании? Совсем нет. В зимнее время охлаждение будет максимально естественным: ведь на улице достаточно холодно. А летом и в тёплое межсезонье система может подключать искусственное охлаждение подаваемого в ЦОД воздуха (например, при помощи фреона или другим способом).
Фрикулинг является наиболее экономичным с точки зрения энергоёмкости способом охлаждения помещений и при этом весьма эффективным. Он позволяет поддерживать нужную температуру даже в помещениях с высоким теплоотделением (например, в серверных, где от постоянной работы оборудования воздух быстро нагревается).
Виды фрикулинга и принцип их работы
Разберём, какие виды фрикулинга существуют, в чём их отличия и когда каждый из них наиболее уместен и эффективен:
- чиллер с фрикулингом. Для реализации этого способа необходимы холодильные установки с функцией фрикулинга за счёт использования воздуха с улицы. Такое оборудование может работать в двух режимах: если на улице тепло и температура воздуха превышает необходимую, подключается испаритель холодильного контура; если же температура воздуха достаточно низкая, он поступает напрямую в теплообменник. Отличие чиллера с функцией фрикулинга – наличие дополнительного теплообменника и возможность адаптации системы к различному алгоритму работы, в зависимости от внешних условий. Такой способ охлаждения можно использовать в течение всего года, независимого от погоды и температурного режима;
- прямой фрикулинг. Нужная температура подаваемого в ЦОД воздуха в данном случае обеспечивается за счёт рециркуляции воздуха. Воздух извне попадает в помещение благодаря приточно-вытяжной системе, предварительно проходя эффективную фильтрацию, так что можно быть полностью уверенным, что внутри оказывается только очищенный воздух заданной температуры. Если воздух снаружи уже имеет необходимые параметры, он не подвергается рециркуляции, а подаётся напрямую в фильтр и затем попадает во внутреннее помещение. Если же он слишком холодный или слишком тёплый, он будет подвергаться рециркуляции, степень которой контролируется при помощи специальных клапанов с электроприводом (они могут подавать больше или меньше приточного воздуха в соотношении с рециркулируемыми потоками. Для использования прямого фрикулинга в тёплое время года понадобится доукомплектовать систему фреоновыми охладителями. Поскольку они будут работать лишь меньшую часть года, это позволит значительно сэкономить на электроэнергии. Вложение в такие системы охлаждения увеличивает инвестиции на этапе строительства, однако окупается, как правило, уже в течение первых нескольких лет функционирования ЦОД. Чем больше оборудования и чем более активно оно задействуется, тем быстрее происходит окупаемость систем фрикулинга (в отличие от варианта, когда на объект устанавливаются кондиционеры);
- косвенный фрикулинг. Суть этого способа охлаждения – использование воздухо-воздушных теплообменников, где внутренний воздух охлаждается за счёт наружного. Возможен вариант оптимизации систем – их оснащение секцией адиабатического (распылительного) увлажнения воздуха. В ней будут происходить сразу два процесса: увлажнение и охлаждение наружного воздуха. Это дополнение особенно важно для ЦОД, расположенных в жарких и сухих регионах. Постоянно работающие кондиционеры приведут к серьёзным затратам на электроэнергию, тогда как косвенный фрикулинг позволит существенно сэкономить и при этом обеспечит такую же эффективность в охлаждении помещения.
Независимо от того, какой из вариантов охлаждения помещений вы выберете, помните, что важно доверять монтаж и настройку оборудования профессионалам, а также не пренебрегать его профилактическим обслуживанием. Грамотно установленные системы охлаждения позволят надолго сохранить дорогостоящее оборудование в рабочем состоянии, а значит, обеспечат доверие клиентов и высокую оценку работы вашего ЦОД. Вкладываясь в качественные и надёжные системы охлаждения, вы делаете вклад в репутацию и проявляете ответственное и внимательное отношение к клиентам, без чего успешный бизнес невозможен.