Охлаждение цод: как это устроено

Чиллер с фрикулингом

Это чиллерная система с драйкулерами, которые включаются в работу, когда всю потребность в охлаждении можно полностью закрыть фрикулингом. 

Плюсы чиллеров с фрикулингом

• Простая реализация.
• При низкой температуре воздуха ЦОД можно охлаждать только за счет фрикулинга, при этом работать будут только два вида энергопотребителей – насосы и вентиляторы.
• Во всех регионах, кроме южных, можно добиться оптимальных значений коэффициента PUE.

Минусы чиллеров с фрикулингом

Охлаждение вычислительного оборудования обходится дороже, чем при использовании систем с фреоном или чиллеров без фрикулинга.

Что такое экологическая погрешность?

Погрешность окружающей среды или ELR может быть определена как скорость снижения температуры с высотой в застойной атмосфере.

Атмосфера, соответствующая международным стандартам, имеет градиент перепада температуры 6.50 градусов Цельсия / км от уровня моря до высоты 11 км. Однако температура воздуха в атмосфере не всегда снижается равномерно с высотой, так как может быть инверсионный слой воздуха, в котором температура увеличивается с высотой.

В целом, концепция градиентной скорости предназначалась только для тропосферы. В конце концов было подтверждено, что его можно использовать в любом газовом массиве, подверженном действию силы тяжести.Изображение: Скрытая теплота испарения добавляет энергии к образованию облаков.

Изображение кредита: Википедия

Виды адиабатического охлаждения?

Хотя охлаждение и происходит, это не обязательно теплопередача происходит. При адиабатическом охлаждении теплообмен не происходит, но температура системы снижается.

Существует три типа процесса адиабатического охлаждения:

• Прямое адиабатическое охлаждение: Это также называется охлаждением по влажному термометру. В этом процессе происходит прямое взаимодействие между воздухом и водой.
• Непрямое адиабатическое охлаждение: Это также называется испарительным охлаждением. В этом процессе вода испаряется в столбе воздуха, который отличается от воздуха, который используется для охлаждения.
• Двухступенчатое адиабатическое охлаждение: Как следует из названия, он использует две стадии для завершения процесса охлаждения. Первый этап косвенное адиабатическое охлаждение, а другая стадия — прямая адиабатическое охлаждение. Сочетание обоих процессов помогает нам добиться более быстрого охлаждения.

Погружная система с кипением/конденсацией

Здесь охлаждение происходит за счет испарения специальной жидкости с температурой кипения от 60 °C, которая не причиняет вреда платам вычислительного оборудования. Это повышает интенсивность теплообмена и позволяет уменьшить размеры серверных. 

Плюсы погружных систем с кипением и конденсаций

• Безопасны для оборудования и для обслуживающего персонала.

• Стандартная пожарная безопасность (без крайностей, как в случае с масляными системами).

Минусы погружных систем с кипением и конденсацией

• Рабочие жидкости покупают напрямую у производителя или авторизованных дилеров.

• Конструкция и ее монтаж стоят дорого и медленно окупаются.

Наши услуги:

• Бесплатная диагностика* для определения точной причины неисправности.
• Устранение утечек хладагента, заправка чиллера фреоном.
• Ремонт систем контроля, блоков автоматического управления, электромеханических узлов, компрессоров и пр.
• Восстановление герметичности, ремонт и промывка теплообменников.
• Консервация оборудования.
• Замена фильтров и иные сервисные операции.

Компания «Холод Групп» специализируется на профессиональном ремонте, обслуживании промышленных чиллеров и мы готовы максимально оперативно устранить возникшие проблемы любого характера и сэкономить ваши средства. Позвоните нам по телефону +7 (495) 233-33-40 или оставьте , и мы восстановим все функции холодильных машин в соответствии с заводскими параметрами.

Роторный теплообменник

Это разновидность систем воздушного фрикулинга, где воздух циркулирует по внутреннему контуру ЦОД. Нагретый воздух медленно проходит через вращающуюся конструкцию (ротор) и в охлажденном состоянии попадает в серверные комнаты. В свою очередь, холодный воздух с улицы поступает на вторую часть конструкции, нагревается и выходит за пределы здания. В жарком климате на выходе из внутреннего контура устанавливают испаритель, а на выходе внешнего – конденсатор. 

Плюсы роторного теплообменника

• Хорошее значение коэффициента PUE.
• Редко требуется дополнительное увлажнение воздуха в серверных комнатах.
• Фреоновый контур можно использовать только, когда на улице держится высокая температура воздуха.

Минусы роторного теплообменника

• Нагретый и охлажденный воздух могут смешиваться из-за негерметичности стыков в теплообменной конструкции.
• Возможны ошибки в работе температурных датчиков.
• Высокая стоимость реализации системы охлаждения.

Прямое водяное охлаждение

В таких системах предварительно охлажденная вода постоянно циркулирует в контуре, подведенном к элементам вычислительных систем, которые нагреваются сильнее всего: серверным процессорам и оперативной памяти. Так как вода не диэлектрик, она не может напрямую контактировать с электрическими схемами, поэтому прямым такое охлаждение можно назвать лишь условно.

Минусы прямого водяного охлаждения

• Возможны протечки из-за большого количества мелких элементов, сочлененных друг с другом.
• Выход воды за пределы контура угрожает работе оборудования, которое находится под напряжением.
• Необходимо тщательно изучать материалы, из которых изготовлены элементы системы охлаждения.
• Недопустимо использовать воду в чистом виде – она должна быть дистиллированной, с антикоррозийными или другими добавками, а они повышают стоимость хладагента.

Фреон с фрикулингом

Здесь используется тот же фреон, но в конструкции системы кондиционирования появляется теплообменник с раствором этилена и используется естественное охлаждение (free cooling). Фрикулинг основывается на том, что фреон нагнетают в теплообменник холодильного контура циркуляционные насосы, а компрессоры при этом выключаются. Фрикулинг запускается в работу плавно, по мере понижения температуры воздуха за пределами ЦОД.

Плюсы фреона с фрикулингом

• Коэффициент PUE ниже, чем у систем на фреоне.
• В северных регионах можно обойтись без низкотемпературных комплектов.

Минусы фреона с фрикулингом

• Сильные колебания эффективности в разное время года. Летом могут возникнуть проблемы с бесперебойным питанием, которые придется решать за счет ИБП.
• Из-за дополнительных компонентов конструкция, а значит, ее монтаж и ремонт более сложные и дорогие.
• Увеличивается потребность в дополнительном свободном пространстве для установки внешних блоков.

Каковы преимущества адиабатического охлаждения чиллера?

Преимущества чиллеров с воздушным охлаждением заключаются в следующем:

• Процесс автоматизирован, поэтому потребность в вмешательстве человека снижается, поэтому нет необходимости в постоянном контроле или операторе.
• Экономия энергии выше, поэтому это рентабельно и приносит больше прибыли компании.
• Это более экологичная технология, которая оказывает меньшее воздействие на окружающую среду. Это потому, что во время работы он создает минимальные отходы.
• Эти системы экономичны и просты в использовании. Следовательно, процесс установки и настройки не займет много времени.
• Пользовательский интерфейс очень прост, поэтому им легко пользоваться.

Вышеуказанные преимущества делают чиллеры с воздушным охлаждением желаемое устройство для охлаждения. Многие отрасли промышленности используют воздушные чиллеры и экономят огромные суммы денег, используя экономичные чиллеры.

Фрикулинг с адиабатикой

Эта система оперативно реагирует на повышение температуры вне здания и включает адиабатическое охлаждение. Оно работает по принципу распыления мельчайших частиц воды по ходу движения воздушного потока. Вода испаряется и охлаждает воздух, причем на это тратится совсем немного электроэнергии. А за счет минимальных размеров капель воды жидкость не выходит за пределы воздуховодов.

Плюсы фрикулинга с адиабатикой

• В закрытых контурах потребуется фреоновая система (до 15–20 % общей мощности основного охлаждения).
• Фрикулинг с адиабатикой позволяет снизить PUE до отметки 1,1 в большинстве регионов России.

Минусы фрикулинга с адиабатикой

• При повышении температуры воздуха вне помещения до +14 °C и выше стремительно увеличивается расход воды, необходимой для работы адиабатической системы.
• В дата-центрах уровня Tier III нужен постоянный большой запас воды, который обеспечит непрерывную работу дизель-генераторной установки на протяжении 24–36 часов. Также нужны насосы для подкачки воды.

«Энергетический предел»: Новые технологии охлаждения дата-центров +6

• 08.06.17 16:35

•
it_man
•
#330338
•
Хабрахабр

•

•

3300

Хранение данных, Хостинг, Блог компании ИТ-ГРАД, Хранилища данных, IT-инфраструктура
Рекомендация: подборка платных и бесплатных курсов системных администраторов — https://katalog-kursov.ru/

Кен Брилл (Ken Brill) из центра сертификации ЦОД Uptime Institute как-то заявил, что процесс увеличения тепла, выделяемого в результате установки все большего количества транзисторов на чип, достигнет предельной точки, в которой экономическая целесообразность охлаждения ЦОДа будет утеряна без внедрения новых технологий.
И индустрия постепенно движется в этом направлении, занимаясь приоритизацией показателя энергоэффективности в общем процессе обслуживания дата-центров. По этой причине классические серверные помещения с традиционными системами охлаждения становятся все более редким выбором для компаний, что объясняется экономическими соображениями: в отчете IEEE от первого квартала 2016 года описано распределение энергопотребления между различными компонентами дата-центров — на долю систем охлаждения приходится 50% потребляемой энергии.
В связи с этим компании начали искать новые методы и решения охлаждения ЦОД, о которых мы хотим поговорить в этом материале./ фото Rob Fahey CC
В работе Марка Миллса (Mark Mills) под названием «Облака начинаются с угля» делается следующий вывод: основываясь на усредненной оценке, экосистема информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) ежегодно потребляет 1500 ТВт·ч электроэнергии, что составляет 10% от её мирового производства.
По данным Intel, c 2002 года расходы на электроэнергию ежегодно возрастают примерно на 5,5%. Организации тратят около $0,50 на электроэнергию и охлаждение с каждого доллара, направленного на обслуживание аппаратной части.

Изображение: Uptime Institute

• Физические ограничения. В отличие от стоек, доступ к емкости для погружения серверов открывается только сверху, что усложняет масштабирование инфраструктуры.
• Безопасность. Любое техническое обслуживание требует контакта со специальной жидкостью.
• Стоимость развертывания системы. Проектирование нового ЦОДа на основе водяного охлаждения менее трудоемко, чем модернизация существующей инфраструктуры.
• Дефицит ресурса. На обслуживание крупного дата-центра требуется такое количество воды, что целесообразность охлаждения серверов в засушливых районах ставится под сомнение как с экономической, так и с экологической точки зрения.

Система охлаждения в ЦОД GreenBushDC

Чиллерное охлаждение. Чиллерная система охлаждения используется в блоке А2. Это система жидкостного охлаждения ЦОД с использованием незамерзающего хладагента: он циркулирует по трубопроводу между чиллером и узлами охлаждения воздуха в машзале. В серверном зале раствор нагревается, забирая излишнее тепло, и перегоняется насосом в чиллер. В чиллере хладагент охлаждается и снова подается в систему. Это если упрощенно.

Площадка установки чиллера

Воздух машинных залов блока А2 охлаждают 4 чиллера (наружных теплообменника) суммарной холодопроизводительностью 3,6 мВт. Система резервирована по схеме N+1, то есть имеет резервные компоненты, которые включатся в работу в момент сбоя одного из основных элементов. У каждого из шести машзалов блока собственная вентиляционная камера с 12 прецизионными кондиционерами в каждой. Они также зарезервированы. 

Адиабатическое охлаждение. В блоках А1 и А2 адиабатические установки охлаждают шесть больших машинных залов. Технология проста: вода из емкостей через форсунки распыляется в виде взвеси. Впрыскиваемая в горячий воздух, вода испаряется и охлаждает его. Это экологически безопасная, так называемая «зеленая» технология охлаждения ЦОДа. Для нее требуется только очищенная вода.

Для дополнительного охлаждения в работу включаются фреоновые дохолаживатели — прецизионные кондиционеры, резервированные по схеме 2N. При 2N система запараллелена и каждый компонент системы дублирован. При этом ни один из них не загружен на 100% и сбой одного или сразу нескольких элементов не влияет на работу системы. В трех остальных залах блока устроено жидкостное прецизионное охлаждение — кондиционеры в венткамерах для этих залов резервированы по схеме N+1.

Прецизионные кондиционеры в венткамере

Изоляция горячих коридоров. При изоляции горячих коридоров нагретый оборудованием воздух через фальшпол подается к блокам охлаждения, а в помещении свободно циркулирует холодный воздух. Технология изоляции горячих коридоров позволяет устранять в машзале зоны локального перегрева, гибко регулировать мощность охладительной системы и длительное время поддерживать экономичный режим работы. Данные о температуре горячего коридора контролируются системой мониторинга: при повышении температуры выше оптимальной срабатывает оповещающий сигнал.

Диспетчерская мониторинга и управления инженерными системами

Изоляция горячих коридора хоть и не основной метод охлаждения ЦОД, но помогает снижать нагрузку на чиллерную и адиабатическую установки, что в конечном итоге отражается на счетах за электричество — экономия может достигать 5%. 

Вживую работу система охлаждения в ЦОД, чиллеры и вентиляционные камеры вы можете увидеть на экскурсиях по дата-центру — до марта 2020 г мы проводили их регулярно. Как только позволит эпидемиологическая обстановка в Москве и области — обязательно возобновим. А пока на все вопросы по температурному режиму в серверных залах, резервированию систем охлаждения и безопасности colocation-оборудования отвечают наши специалисты.

Фреон

Фреон – производная метана и этана, которая широко используется в качестве хладагента. Вещество может находиться в двух агрегатных состояниях (жидкость и газ), и как раз переход из одного состояния в другое вызывает эффект охлаждения. 

Промышленные кондиционеры на фреоне производят охлажденный воздух, который подается по «холодному коридору» под фальшполом к серверному оборудованию. Нагретый воздух, наоборот, отводится от оборудования, причем другими путями (по «горячему коридору»), и снова попадает в теплообменник кондиционера. 

Плюсы фреона

• Доступный по стоимости, по установке в любых дата-центрах, прост в обслуживании.
• На охлаждении с фреоном можно организовать ЦОД любого уровня надежности и получить сертификат Uptime Institute.

Минусы фреона

• Критично высокое значение коэффициента PUE – больше 1,5. А так как в машзале нужно увлажнять воздух (системы кондиционирования с фреоном сушат воздух), PUE вырастает еще на несколько десятых за счет установки дополнительного электрооборудования.
• Чувствительность к качеству электропитания. В случае сбоя подача охлажденного воздуха прекратится и, если его запасов недостаточно, вычислительное оборудование перегреется.
• Низкая эффективность при высоких нагрузках, часто выходят из строя компрессоры.
• При резком изменении нагрузки в любую сторону компрессор не успеет включиться и подготовить необходимый объем охлажденного воздуха, пока температура вычислительного оборудования будет стремительно расти.
• Ограничения на использование фреонового охлаждения в северных регионах. Для функционирования при −30 °C нужно подключать ресиверы, клапаны и другое оборудование. Одни комплекты не справятся с работой при низких температурах, другие сложны в монтаже и настройке (плюс возникает проблема поиска специалистов).

Чиллеры

Чиллер представляет собой выносной наружный теплообменник – устройство, которое охлаждает хладагент и поддерживает его температуру на заданном уровне. В качестве хладагента используется гликолевый раствор – всегда стабильный и не переходящий из жидкого агрегатного состояния в газообразное. Его циркуляцию обеспечивают насосы, которые перегоняют раствор через кондиционер в серверных комнатах. Обратно хладагент возвращается уже нагретым горячим радиатором кондиционера и снова попадает в чиллер. 

Сам гликолевый раствор охлаждается за счет прохладного наружного воздуха и компрессорно-конденсаторного блока. Чиллеры в ЦОД используются для подачи воздуха через «горячие» и «холодные» коридоры, что повышает эффективность кондиционирования и снижает затраты на электроэнергию.

Минусы чиллера

• Производительность и функциональность сильно зависят от выбранной конфигурации.
• Стоимость выше, чем у систем на фреоне и фреоне с фрикулингом.
• Для охлаждения крупного ЦОД нужно два разных контура – с гликолевым раствором (захватывает улицу) и водой (циркулирует внутри здания).
• Низкое значение PUE на фоне фреоновых систем с фрикулингом за счет дополнительных энергопотребителей.
• Чиллерная система капризна в работе, обслуживать ее должны специалисты с соответствующими компетенциями.

Какое охлаждение выбрать для ЦОД

Универсального решения для охлаждения дата-центров не существует – слишком много «если» приходится учитывать: размеры ЦОД, уровень его надежности, средние и предельные температуры в разные сезоны, ожидаемые затраты на покупку, монтаж и обслуживание системы. 

Будьте готовы к тому, что при относительной дешевизне хладагента и самой системы может вырасти PUE, т. е. вы все равно понесете затраты. В относительно небольших серверных хорошо зарекомендовали себя классические фреоновые системы, но по мере увеличения машинного зала появляется проблема с размещением наружных блоков кондиционеров и одновременно появляются ограничения на длину трассы. Чтобы обойти их, можно использовать дополнительные контуры с промежуточными хладагентами или более современные системы охлаждения.

Требования к качеству воды

К составу и чистоте воды предъявляются высокие требования, так как охлаждаемый с ее помощью воздух далее поступает в теплообменник.

Система может работать как на необработанной, так и деминерализованной воде. Однако если используется некачественная вода, то все примеси в виде отложений будут накапливаться на поверхности теплообменника. Это отрицательно скажется на его работе, а при самом негативном сценарии даже может привести к выходу оборудования из строя.

Более рациональным решением считается применение очищенной деминерализованной воды, для чего используются специальные установки. Их задача – убрать из жидкости опасные минералы, соли и различные загрязнения.

Для того чтобы снизить вероятность загрязнения теплообменника, наиболее целесообразным является использование адиабатической системы только в жаркие дни, когда холодильные установки вынуждены работать при максимальных нагрузках. В течение же года рекомендуется не превышать время работы адиабатического оборудования свыше 200 часов.

Погружные системы с масляным охлаждением

Плюсы погружных масляных систем

• Можно не использовать чиллеры.
• Занимают минимум места в серверных помещениях.
• Изолированы от окружающей среды, потому проще выполнить требования к чистоте и влажности помещения серверной.

Минусы погружных масляных систем

• Из-за способности масла легко воспламеняться нужно внимательно относиться к проектированию противопожарной сигнализации и пожаротушения.
• Пластиковые элементы могут утратить первоначальные свойства после контакта с маслом.
• Обеспечение циркуляции вязкого масла в системе – энергозатратный процесс.
• Нужен теплообменник и внешний контур, в котором циркулирует гликолевый раствор.
• Высокая стоимость, сопоставимая с чиллерной системой.

Databatic HDB: системы адиабатического охлаждения от HiRef

В последние годы ASHRAE увеличила температурные пределы внутри ЦОД и серверных. Все больше мест по всему миру могут достичь необходимых параметров охлаждения с применением свободного охлаждения, используя (прямо или косвенно) свежий воздух извне. Увеличилось количество часов работы оборудования в режиме свободного охлаждения, так же, как и карта стран с доступностью свободного охлаждения стала шире.

Современное ИТ-оборудование, будучи менее требовательными в отношении гигротермических условий в компьютерном зале, может работать при значительных температурах окружающей среды. При этом эффективность центра обработки данных (PUE) может значительно повыситься.

В таких условиях, использование оборудования с возможностью выхода на свободное и/или адиабатическое охлаждение при высоких температурах наружного воздуха является перспективным и интересным решением. Использование такого оборудования позволит повысить эффективность системы кондиционирования при сокращении эксплуатационных расходов.

Databatic HDB

Компания HiRef S.p.A. не отстаёт от общемировых тенденций и представляет Вашему вниманию линейку Databatic HDB. Все конструктивные решения направлены на минимизацию затрат электроэнергии, потребляемых системой. Это означает сокращение времени работы  механического охлаждения, что возможно благодаря комбинации адиабатической системы охлаждения и косвенного свободного охлаждения через перекрестноточный пластинчатый теплообменник. К тому же, использование определенных компонентов, таких как электронно-коммутируемые (EC) вентиляторы, насосы, управляемые частотными преобразователями, и спиральные компрессоры BLDC, делают модули HDB способными точно следить за тепловой нагрузкой и условиями окружающей среды.

Преимущества

Использование косвенного свободного охлаждения при кондиционировании ЦОД имеет ряд преимуществ по сравнению с прямым свободным охлаждением:

• Отсутствует смешение наружного воздуха и воздуха ЦОД;
• Отсутствие переноса излишней влаги из наружного воздуха в помещение ЦОД;
• Меньшее загрязнение воздуха ЦОД пылью и прочими посторонними загрязнениями и, как следствие, снижение требований к системе фильтрации;
• Нет увеличения скрытой нагрузки.

При сравнении с классическими системами кондиционирования ЦОД основными преимуществами являются:

• Масштабируемость от 10 до 330 кВт;
• Возможность выноса системы кондиционирования за пределы ЦОД позволит сэкономить полезные площади внутри.

Оборудование Databatic может оснащаться испарительным охлаждением, основанным на использовании форсунок, которые распыляют воду в потоке воздуха внешнего контура. Вода испаряется и охлаждает воздух благодаря адиабатическому эффекту. Затем воздух проходит через перекресноточный рекуператор при температуре, близкой к температуре влажного термометра, что увеличивает время работы в режиме свободного охлаждения.

В случаях, когда внешние климатические условия не позволяют полностью покрыть тепловую нагрузку использованием свободного охлаждения в сочетании с испарительным охлаждением,  оборудование может быть оснащено дополнительным механическим охлаждением воздуха. Для этого используется холодильный контур с BLDC компрессорами для R410A, электронным ТРВ и оребренным испарителем с гидрофильным покрытием. В качестве альтернативного варианта в оборудовании может быть установлен теплообменник для охлажденной воды.

Как и любое оборудование компании HiRef S.p.A., Databatic спроектированы таким образом, чтобы максимально облегчить доступ к внутренним компонентам для выполнения операций по плановому техническому обслуживанию с полным соблюдением техники безопасности.

Что такое влажный адиабатический градиент?

Слово «влажный» относится ко всему, что содержит воду. влажный скорость адиабатического замедления.У воды есть определенная скрытая теплота парообразования, благодаря которой она влияет на скорость конвекции в атмосфере Земли.

Математически влажный адиабатический градиент можно записать как

Где,

Греческая буква Гамма обозначает влажную погрешность.

g — ускорение свободного падения Земли

Hv — это тепло испарения

R в числителе представляет собой удельную теплоемкость сухого воздуха.

R в знаменателе представляет собой удельную теплоемкость влажного воздуха.

Cpd — удельная теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении.

T — температура в K

Открытый воздушный контур

Конструктивно простая система: в ней есть только вентиляторы и две управляемые заслонки, которые или пропускают воздух, или запирают его.

Плюсы открытого воздушного контура

• Низкая стоимость и минимальные затраты на обслуживание.
• Хорошее значение коэффициента PUE.
• Подходит для охлаждения контейнерных и модульных ЦОД.

Минусы открытого воздушного контура

• Необходимо постоянно контролировать уровень температуры и влажности.
• Требуется фреоновая система охлаждения аналогичной мощности на случай, если температура вне помещения превысит рекомендованную для машзалов.
• В засушливых регионах нужны мощные увлажнители воздуха.