Студено изчисление или как да спестите от охлаждането на центъра за данни - Новини на пазара на центрове за данни, преглед на инженерните решения
Схемата за директно свободно охлаждане се реализира на принципа на климатична камера, която може да бъде както отделна подсистема, така и вградена в съществуваща климатична схема (например подтаванни климатици) и се използва за малки сървърни и мобилни центрове за данни. Всъщност въздухът се взема от външната среда, филтрира се и се подава в сървърното помещение.
Безспорните предимства на този метод включват ниската цена на изпълнение и простотата на дизайна, тъй като често цялата верига е сбор от вентилатори, филтри, клапани, моторизирани амортисьори и въздуховоди. Консумацията на енергия на вентилаторите в този случай ще бъде с порядък по-ниска в сравнение с традиционните компресорни фреонови климатици. Директното свободно охлаждане обаче има и редица съществени недостатъци. Така например няма възможност за поддържане на определено ниво на влажност в помещението. За да се избегне конденз през зимата поради голямата температурна разлика и достигане на точката на оросяване, въздухът се загрява с нагревател, монтиран в захранващия канал. Нагревателят обаче е много енергоемък елемент, който драстично намалява ползите от използването на свободно охлаждане (особено ако е мобилен център за данни). С овлажняването задачата е по-трудна, тъй като този процес изисква постоянно снабдяване с пречистена вода (което по принцип не е възможно за същите мобилни центрове за данни).
Вторият недостатък предизвика още повече дискусии - самият принцип на директното свободно охлаждане с външен въздух предполага липсата на междинен охладител (независимо дали е смес от гликол или фреон). Ето защо има проблем с натрупването на фин прах, проникващ в чисто сървърно помещение отвън. Също така съществувамнението (въпреки че е противоречиво), че директното подаване на въздух от улицата към сървърната стая допринася за проникването на продукти от горенето (в случай на пожар), смог, активни окислители, съдържащи се в емисиите на промишлени предприятия и т.н. И се твърди, че тези елементи, които потенциално могат да се съдържат в уличния въздух, могат в крайна сметка да деактивират ИТ оборудването.
По-нататъшно развитие на разглеждания метод беше принципът на свободно охлаждане, който се основава на използването на ротационен топлообменник като топлообменник за две отворени вериги на въздуховоди. Ротационният топлообменник е междинен вентилатор с много големи размери, който разделя два въздуховодни кръга - външен и вътрешен. Топлообменникът изпълнява функцията на топлообменник въздух/въздух и действа като топлопредавател между външната и вътрешната верига. В този случай няма директно подаване на въздух от улицата (по-точно, липсва в нормален режим, но може да се извърши в авариен режим, ако цялата система се повреди), като същевременно се запазват всички предимства на директното свободно охлаждане. В страните от ОНД е известна системата FFC (full free-cooling system), която се рекламира на пазара от Ajax. В чужбина активно се предлага системата за охлаждане Kyoto, наречена на името на производителя (Kyoto cooling), която се основава на същия принцип на охлаждане (фиг. 1).
Разликата е в характеристиките на системното резервиране. Ако в случай на FFC дублирането се извършва на ниво отделни елементи, тогава в Kyoto-kuling цялата система трябва да бъде архивирана. Принципът на охлаждане на сървърна стая се основава на ефекта на „наводняване“ на цялата стая със студен въздух поради свръхналягане, изкуственогенерирани от вентилация.
При скорост на въздушния поток от два до три метра в секунда, топлинните печалби на ИТ оборудването се издухват от мощна струя. Този фактор, съчетан с положителен дисбаланс на налягането в сървърната стая, ви позволява равномерно да осигурявате студен въздух за цялото ИТ оборудване. Безспорните предимства включват енергийна ефективност (поради липсата на компресори), което позволява да се спести не само електроенергия, но и номиналната мощност на DGU.Важно предимство е високата екологичност - в сървърната стая няма тръбопроводи с токсични охлаждащи течности като фреон или етиленгликол. Лесното изпълнение и високата поддръжка позволяват използването на компоненти и части (главно въздуховоди и вентилатори), които могат да бъдат закупени от много доставчици. Друго предимство е, че не е необходимо да се оформят "студени" и "горещи" коридори в центъра за данни.
Въпреки това, използването на такова решение има свои собствени нюанси. Първоначално системи, работещи на принципа на ротационен топлообменник, са разработени като опция за надграждане на съществуващи сървърни помещения. Поради това се предполага, че целият обемист вентилационен модул ще бъде разположен извън сградата, доставяйки студен въздух в стаята на компютърния център. Ето защо, преди инсталирането си струва да се обмислят значително по-големи площи извън основното помещение на центъра за данни, отколкото при традиционните климатични системи. В противен случай ще трябва да скриете външните възли на системата в лесно издигната дишаща конструкция (фиг. 2). Шкафовете с такава система също ще изискват модернизация (или трябва да се използват конструкции по поръчка). Доставянето на въздух трябвада се извършва отдолу, директно под шкафа, а изпускането отгоре - през специални въздуховоди зад окачения таван.
Сериозен недостатък на такава схема е, че устройство, базирано на ротационен топлообменник, няма да може ефективно да охлажда сървърното помещение при външни температури над +22 ° C. Все още ще е необходим охладител (хладилник), което значително оскъпява решението и усложнява поддръжката.
Въпреки това, както показва опитът от внедряването, изплащането на капиталовите разходи при използване на система, базирана на пълно свободно охлаждане с капацитет на центъра за данни от 1 MW, е по-бързо с 1,5-2 години в сравнение с конвенционална система за охлаждане с фреон.
За да се възползвате от безплатното външно охлаждане и напълно да неутрализирате подаването на външен въздух към сървърното помещение, ще трябва или да използвате свободно охлаждане само за външни хладилни модули, или да използвате „индиректно“ свободно охлаждане.
Първата схема се използва в чилъри на външно въздушно охлаждане. През студения сезон хладилната машина няма да използва компресори за отстраняване на топлината, а ще служи само като топлообменник между охлаждащата течност и външната среда. Обратната страна на монетата в този случай е, че охлаждащият капацитет на чилъра в режим на свободно охлаждане е по-нисък, отколкото в нормален режим. Това трябва да се вземе предвид първоначално още при проектирането на охладителната система, като се включат в проекта по-мощни и съответно по-скъпи охладители.
В случай на „непряко“ свободно охлаждане се използва подобрена климатична система и изобщо не влиза външен въздух в сървърното помещение. Самото наименование на метода отразява само спазването на принципа на свободно охлаждане с въздух, идващ от външната среда.Съответно, когато външната температура спадне, консумацията на енергия за охлаждане намалява пропорционално.
Друго конструктивно изпълнение на подобна концепция са двуконтурните климатици. Фреоновата верига осигурява функционирането на климатика при топло време. Веднага щом външната температура достигне нула (всеки производител има своя собствена идея кога да включи режима на свободно охлаждане), климатикът ще премине към гликоловата верига (която свързва изпарителния блок със сухия охладител), докато компресорът не се използва.
Използване на тригенерационна енергия
Говорейки за захранването на центъра за данни, обикновено се има предвид захранването от външни електропроводи. Но какво ще стане, ако центърът за данни се намира далеч от населени места и външни мрежи, но близо до промишлени съоръжения? Защо да не намерите възможност за получаване на електричество в непосредствена близост, особено ако наблизо има промишлени предприятия за преработка на биологични суровини? В този случай можете да използвате опцията с когенерационна инсталация за биогаз.
Като цяло когенерационната инсталация е технология за допълнително повишаване на ефективността на топлоелектрическите централи. Основната идея на когенерацията е да се използва повторно топлината, която остава след генерирането на електроенергия в електроцентралата, докато ефективността на изгаряне на гориво може да се увеличи с 40% (до 90%) в сравнение с традиционните газобутални електроцентрали. Като гориво могат да се използват както традиционни въглеводороди, така и биогориво (биогаз), получено в резултат на преработка на биологични суровини.
Например финландската компания Alholmens Kraft Ab е реализирала проект за генериране на 550 MW топлинна енергияенергия и 240 MW електроенергия, използвайки процеса на изгаряне на дърва и торф. Суровините, изгаряни в тази станция, се събират, без да се навреди на околната среда. Използваният дървен материал е стар дървен материал. Станцията е в състояние да изгори 1000 куб.м. m биогориво на час. Диаметърът на котела, в който се изгаря гориво, е 8,5 метра в основата и 24 метра в горната част, с обща височина 40 метра. Трябва да се отбележи, че такава електроцентрала, при пълната липса на външни мрежи за захранване, все още е недостатъчна за нуждите на центъра за данни. Наистина, за да се осигури устойчивост на грешки, ще са необходими два независими захранващи входа и не е икономически целесъобразно да се изградят две отделни инсталации. Въпреки това, при липса на резервно захранване (което често се случва извън града), такава електроцентрала може да повиши надеждността на захранването на центъра за данни, тъй като цената на нейното инсталиране може да бъде сравнима с полагането на допълнителна външна линия за високо напрежение.
Ако отидем още по-далеч, тогава за нуждите на охлаждането на центъра за данни можете да използвате генерираната от него топлина, превръщайки я ... в студ. За това се използват специални абсорбционни охладители, в които циркулацията на хладилния агент (най-често дестилирана вода) се осъществява поради разтварянето (абсорбцията) на хладилния агент в абсорбиращата течност, която най-често е разтвор на литиев бромид. Цикълът на абсорбционно охлаждане се възползва от ефекта на абсорбиране на топлината на хладилния агент, когато той преминава от пара в течно състояние. В същото време самият процес вече се нарича тригенерация и предполага производство не само на електроенергия, но и на топлина и студ (фиг. 3).
По време на работа на абсорбционния охладител се случва следното. В генератора под действието на външен източник на топлина (газова горелка, пара илигореща вода), изпаренията на хладилния агент (водата) се отделят от разреден разтвор на литиев бромид (този процес се нарича десорбция), които след това се прехвърлят към кондензатора. Отделената от разтвора водна пара навлиза в кондензатора, където се втечнява, отдавайки топлина на водата, преминаваща през топлообменник, свързан с външна охладителна кула.
След кондензация течният хладилен агент навлиза в тръбите на изпарителя, където, изпарявайки се, отнема топлината от охладената вода. Водната пара се абсорбира в абсорбера от концентриран разтвор на литиев бромид, който идва от генератора и се разрежда. След това разреденият разтвор на литиев бромид се изпомпва обратно към генератора и цикълът се повтаря отново. За повишаване на ефективността може да се използва двуконтурна схема на работа, при която генераторът е разделен на две части: високо и ниско налягане.
Абсорбционните чилъри не използват компресори и затова са икономични по отношение на поддържането на климата. Например чилър Sanyo с охлаждаща мощност 1 MW консумира 15 kW електрическа мощност.
Въпреки това, абсорбционните инсталации имат и значителни недостатъци, по-специално големи размери (фиг. 4), значително време за доставка и висока цена. По отношение на икономическата целесъобразност можем да говорим за изплащане в рамките на 3-5 години при охладителна мощност на абсорбционен чилър от 1 MW.
Решения за всички времена?
Използването на freecooling е доста рационално решение за център за данни, особено когато става въпрос за висока мощност. Спестяванията на разходите за енергия са значителни, а разликата в цената между решения с и без свободно охлаждане бързо се изравнява по време на работа, особено за нашия климат. На товаВ същото време инсталирането на такива решения изисква повече компетентност както при проектирането, така и при въвеждането в експлоатация. Отделно си струва да се оцени икономическата ефективност за всеки конкретен случай и срокът на изплащане на решението, особено ако климатичната система трябва да се внедри на етапи.
Не трябва да се забравя, че колкото по-голяма е общата мощност на климатика, толкова по-осезаем ще бъде икономическият ефект. Що се отнася до тригенерацията, тази технология е уникална по рода си, но с повишаването на енергийната ефективност се увеличават и цената на решението, доставката и времето за изпълнение. Използването на такива решения ще бъде оправдано с капацитет на центъра за данни над 1 MW и висока степен на използване на ИТ оборудване. Ето защо все още рядко се срещат проекти, които използват абсорбционни охладители.