Одними из самых энергоемких систем любого центра обработки данных являются системы охлаждения. По этим причинам борьба за эффективность использования электроэнергии в ЦОДах, показателем которой является коэффициент Power usage effectiveness (PUE), не теряет своей актуальности.
О том, каким видят развитие систем охлаждения ЦОДов в компании Schneider Electric, и какие решения предлагает компания для реализации своего видения, рассказывает Михаил Каширских, менеджер по развитию бизнеса систем кондиционирования и холодоснабжения подразделения Secure Power компании Schneider Electric.
Какие перемены в построении систем охлаждения ЦОДов, которые происходят сегодня, вы отметили бы в первую очередь?
Следует отметить, что разработчики систем охлаждения стремятся максимально повысить энергоэффективность своего оборудования в целях оптимизации операционных расходов. Одной из точек роста в этом направлении является область воздушных экономайзеров, комплексной концепции, направленной на снижение энергопотребления оборудования, отвечающего за температурно-влажностные параметры в помещении ЦОДа. Наряду с существующими уже много лет системами на охлажденной воде именно экономайзеры сегодня начинают играть всё большую роль в повышении энергоэффективности систем охлаждения в целом.
Как влияет на реализацию этой концепции достигнутое за последние несколько лет существенное повышение допустимой ИТ-нагрузкой ЦОДов рабочей температуры?
Если говорить про системы на охлажденной воде, где еще восемь — десять лет назад стандартом была вода (или раствор этиленгликоля) с прямой/обратной температурой 10/15 °C, то сегодня этот температурный уровень значительно вырос одновременно с увеличением Δt и составляет на настоящий момент 20/30 °C или даже 20/32 °C. Данное обстоятельство, помимо прочего, значительно увеличило количество тех дней в году, когда нет необходимости использовать дополнительное механическое охлаждение — к нему теперь приходится прибегать только в самые жаркие дни в году, число которых не так велико, как казалось ранее. И большую часть года системы охлаждения могут работать в режиме естественного охлаждения, или в режиме фрикулинга.
Для расширения этого температурного диапазона используются в том числе и системы адиабатического охлаждения, которые являются дополнительным фактором в снижении общего энергопотребления.
В нашей стране качество воды, которая требуется для работы адиабатической системы от региона к региону сильно разнится, что, естественно, требует дополнительных затрат на ее предварительную подготовку. И в ряде случаев это довольно большие капиталовложения. В таких случаях, к сожалению, приходится оставаться в рамках традиционных систем с фрикулингом, но, как уже было сказано выше, новые стандарты по температурам воды расширяют число регионов, в которых режим фрикулинга может быть использован в течение большего периода года.
Повышение Δt до 10 или 12 °C позволило еще больше увеличить удельную холодопроизводительность систем охлаждения (внутренних блоков на охлажденной воде) на единицу полезной площади ЦОДа на
Специалисты также отмечают влияние повышения рабочей температуры ИТ-нагрузки на возможность внесения конструктивных усовершенствований в оборудование для охлаждения. Что в этом направлении предлагает компания Schneider Electric?
Действительно, один и тот же чиллер при его переводе с температурного диапазона воды в
По сравнению с теми температурами, которые были допустимы в ЦОДах ранее, использование для охлаждения воздуха высокотемпературной воды позволяет значительно увеличить теплосъем при тех же размерах блоков устройств на охлажденной воде с вентиляторными модулями под фальшполом — это одно из наиболее востребованных и энергоэффективных решений, предлагаемых Schneider Electric.
Благодаря использованию чиллеров с плавной регулировкой холодопроизводительности (будь то системы с компрессорами Turbocor или же системы на винтовых компрессорах с частотной регулировкой) возможно добиваться высочайшей энергоэффективности при частичной нагрузке ЦОДов, что далеко не редкость. Такого повышения энергоэффективности оказывается достаточно для достижения приемлемых для заказчиков показателей полной стоимости владения всей системой в целом, включая стоимость установки и эксплуатации системы охлаждения, даже с учетом того, что вышеуказанное оборудование находится в верхнем ценовом диапазоне. Что в свою очередь позволяет сокращать капитальные вложения в системы охлаждения, поскольку значительную долю в стоимости любой холодильной машины составляет цена компрессоров.
Так все-таки, какая доля от общего потребления электроэнергии ЦОДа приходится на системы охлаждения? Есть ли пути ее снижения?
По оценкам специалистов, до 40% от всей потребляемой ЦОДом электроэнергии идёт на работу систем охлаждения. Основные пути снижения видятся в более частом и полном использовании систем охлаждения с фрикулингом, повышении температурного уровня в помещении ЦОДа до 27 °C и даже выше, что в свою очередь позволяет повысить температуру прямой-обратной воды до 20-30/32 °C.
Буквально вчера специалисты активно обсуждали тему фрикулинга. Актуальна ли она сегодня? Происходят ли какие-либо существенные изменения с этой технологией охлаждения?
Сказать, что актуальна — это значит почти ничего не сказать об этой технологии, ведь системы с фрикулингом экономят до 30% операционных расходов по сравнению с традиционными решениями. Популярность технологии подтверждает рост доли систем с фрикулингом по всему миру — в Европе, Северной Америке, Азии. К примеру, согласно данным наших коллег, от 75 до 97% ЦОДов (в зависимости от их класса) на территории США могут работать в режиме фрикулинга весь год. На территории Европы доля таких ЦОДов доходит до 99%, в Японии — до 91%.
Применение этой технологии в силу уменьшения доли механического охлаждения в общей холодопроизводительности холодильных машин позволяет снижать мощности, потребляемые компрессорами, которые используются в цикле механического охлаждения, что, в свою очередь, позволяет сокращать капитальные вложения в системы охлаждения, поскольку значительную долю в стоимости любой холодильной машины составляет цена компрессоров.
Говоря об изменениях в области применения систем с фрикулингом, можно отметить количественный рост систем с адиабатическим охлаждением (применяемых в помощь системам с фрикулингом) для увеличения общего времени работы в режиме естественного охлаждения и расширения территорий, где возможно применение фрикулинга на протяжении все большей части времени года (что снижает необходимость прибегать к фреоновым системам, пока еще небезвредным для природы).
Возможность использовать высокотемпературную воду приводит к сокращению ее расхода и, как следствие, к уменьшению мощности насосов, поддерживающих ее циркуляцию, что также уменьшает расходы, как капитальные, так и операционные.
Сильнейшее влияние на строительство ЦОДов оказывает Интернет вещей, актуализировавший направление периферийных вычислений. Как это сказывается на конструировании систем охлаждения?
Лет пять назад типичный ЦОД представлял собой объект энергопотреблением 300 кВт — 1 МВт. Сегодня центральные ЦОДы в архитектуре периферийных вычислений строятся с расчетом потребления десятков мегаватт (вот в них-то в первую очередь и зарекомендовали себя наши решения с использованием воздушных экономайзеров). Что же касается периферийных вычислений, или Edge, то для них Schneider Electric разработала целый комплекс решений, которые размещаются в непосредственной близости от центров генерации первичных данных.
Требуют ли периферийные вычислительные узлы каких-то новых подходов к построению систем охлаждения?
Для охлаждения в периферийных узлах можно говорить об унификации применения систем охлаждения при их использовании в самых различных практических реализациях. Особенность таких систем охлаждения заключается в простоте их монтажа, гибкости, удобстве проектирования, адаптивности практически для любых видов применения.
Далеко не всегда заказчики готовят площадки под данный вид систем. Не только специально выделенные помещения, но и отдельные комнаты в офисной зоне, иногда даже непосредственно в зоне работы офисного персонала (это относится к микроцодам или же компактным стойкам для настенного или напольного монтажа). К этой категории оборудования относятся также внутристоечные кондиционеры (размером не более 6U) для охлаждения одной отдельно взятой стойки с оборудованием с общим тепловыделением до 3,5 кВт
Как влияет на эффективность систем охлаждения тренд на проектирование ЦОДов как единого комплексного решения, включающего в том числе и системы охлаждения? Какие преимущества дает такой подход ?
Комплексный подход к проектированию ЦОДов позволяет учитывать максимум специфики требований каждого конкретного заказчика ЦОДа, с тем чтобы максимально оптимизировать его затраты на энергопотребление и обеспечить большую эффективность в использовании. Наполнение продуктового портфеля нашей компании позволяет нам быть одним из лидеров на этом поприще. Гибкость и масштабируемость реализуемых с помощью нашего оборудования решений позволяет заказчикам добиваться оптимальных операционных расходов при любых вариантах эксплуатации.
Компания Schneider Electric часто обращается к теме экологичности. «Зеленые» решения Schneider Electric — это больше политика (compliance) или все-таки экономика (выгода)?
Забота об экологии и стремление выиграть в экономическом соревновании с конкурентами идут нога в ногу, сменяя друг друга на позициях лидера. Это хорошо прослеживается в истории разработки и использовании последних поколений хладагентов.
Возможно, для России эта тема пока не столь актуальна, как в других странах, но европейский опыт нашей компании четко ориентирует нас на применение в наших решениях новых озонобезопасных хладоагентов. Некоторое время тому назад был разработан новый фреон R1234ze, который несмотря на то, что оборудование, в котором он использовался обладало более низкой холодопроизводительностью, начал всё чаще применяться в силу своих отличных характеристик по части влияния на окружающую среду. Медленно, но верно Европа переходит сегодня на появившееся с той поры новые фреоны R513A, R452A с новыми термодинамическими характеристиками, сохраняя при этом озонобезопасность. И, как показала история фреона R22, все новейшие хладагенты рано ли поздно станут стандартами и в нашей стране.
Важно отметить, что требования по энергоэффективности включаются в европейские стандарты, прописываются в регулирующих документах Евросоюза (Ecodesign TIER II 2021). Разработчики и производители оборудования охлаждения сегодня должны соответствовать действующим в Европе требованиям к минимально допустимой для них энергоффективности. В настоящий момент оборудование Schneider Electric соответствует требованиям этого стандарта.
Стоит ли ожидать каких-либо технологических прорывов в построении систем охлаждения, или развитие идет скорее эволюционно?
На протяжении нескольких последних лет главной тенденцией, по моим наблюдениям, остается, всё-таки, эволюционный путь. В качестве примера назову следующие направления развития этих систем: повышение в соответствии с нормами American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, уровня температуры в ЦОДах; всё более широкое использование систем с естественным охлаждением; повышение энергоэффективности в соответствии со стандартом Ecodesign всего производимого оборудования; минимизация вредного воздействия на окружающую среду за счет разработки новых хладагентов с постоянным совершенствованием их термодинамических свойств.
ПОДГОТОВЛЕНО ITWEEK EXPERT
