Тенденция развития центров обработки данных (ЦОД), когда расширение вычислительных мощностей и рост плотности устройств резко увеличивают эксплуатационные расходы, заставляет владельцев дата-центров искать новые пути и решения по снижению этих затрат.
Известно, что не менее 50 % эксплуатационных затрат приходится на стоимость потребленной электроэнергии. В типичном ЦОД 50 % энергопотребления приходится на ИТ-оборудование, порядка 40 % приходится на систему охлаждения, и 10 % — на систему бесперебойного электроснабжения. Поэтому при строительстве современных ЦОД особое внимание уделяется энергосбережению, а снижение энергопотребления хотя бы на 10 % в больших ЦОД приносит значительный эффект.
В дата-центрах применяются классические решения с расстановкой оборудования для организации «горячих» и «холодных» коридоров. Часть горячего воздуха от серверов все же перетекает в «холодный коридор», где смешивается с холодным воздухом. Для повышения эффективности системы кондиционирования «холодные коридоры» изолируются, однако это не приводит к сколь-нибудь существенному снижению энергопотребления и начальных затрат.
Преимущество же внутрирядной системы кондиционирования — отсутствие фальшполов, решеток, вентиляционных коробов. Но и у этого варианта охлаждения тоже есть ряд недостатков, с которыми приходится мириться — установка стоек охлаждения приводит к сокращению количества IT-стоек, которое способно вместить в себя помещение. Также необходимо предусмотреть отвод конденсата и исключить затопление сервера при разгерметизации гидравлического контура.
Инженеры G.I. Industrial Holding S.p.A. разработали новую систему охлаждения Logica, которая лишена приведенных недостатков. Основная концепция проекта — не охлаждение всего помещения, как это делается традиционными ре шениями, а непосредственное охлаждение источников тепла в каждой стойке Запатентованная система предотвращения протечек воды в системе (LPS) в сочетании с теплообменником, установленным в двери стойки, заменяет традиционные решения охлаждения центров и позволяет отводить до 45 кВт тепла с каждой стойки и превосходно подходит для строительства новых серверных без фальшпола и для расширения существующих участков.
Инженеры G.I. Industrial Holding разработали новую систему охлаждения Logica, которая лишена недостатков традиционных систем охлаждения, применяющихся в дата-центрах
Нагретый в результате охлаждения электронных компонентов воздух, поступающий из помещения, охлаждается в высокоэффективном дверном теплообменнике и затем вентиляторами вновь выбрасывается в помещение с температурой помещения. Такое расположение охладителей рядом с источником тепла гарантирует немедленную и эффективную реакцию на изменения теплопритоков от серверов. Поскольку охлаждаемые двери устанавливаются на все стойки, то в помещении поддерживается равномерная температура. Другим словами, охлаждающие двери делают весь ЦОД «холодным коридором».
Для исключения образования конденсата применяется холо доноситель с температурой выше точки образования конденсата 18-21 °C. Это позволяет получить температуру в помещении +24 °C, увеличить эффективность чиллера (до 35 %) и продолжительность его работы в режиме естественного охлаждения в течение года.
Система условно состоит из четырех приведенных ниже подсистем.
Подсистема LRD — это двери с водяным теплообменником, которые являются сердцем системы и устанавливаются сзади стоек. Осуществляется охлаждение воздуха температурой от 24 до 50 °C. Двойной перепад температуры на теплообменнике дает двойную мощность при той же поверхности. Двери через рамы адаптеры могут устанавливаться на стойки типоразмеров 42-48U всех производителей. Рамы с установленными на них дверьми фиксируются к корпусу стойки без передачи дополнительного веса на корпус. Применение адаптеров имеет преимущество: нет необходимости демонтировать имеющиеся корпуса стоек и всего центра.
Работая совместно с имеющейся системой кондиционирования, можно реализовать отвод тепла от горячих мест и при необходимости увеличить энергетическую загруженность стоек. В каждой двери вертикально установлены пять вентиляторов, два из которых резервные, имеется возможность ротации. Вентиляторы с назад загнутыми лопатками типа Plug Fan с ЕС-двигателями. Сочетание со штатными осевыми вентиляторами стоек гарантирует максимально стабильный и равномерный поток воздуха даже в стойках с высокой плотностью оборудования. Контроллер, установленный в стойке, осуществляет контроль и поддержание заданной температуры выбрасываемого в помещение воздуха путем изменения скорости вращения вентиляторов и регулирования трехходового клапана по воде. Мощности дверей — 25, 35 и 45 кВт.
Подсистема LPS (Logica Leak Prevention System) — это запатентованная система предотвращения утечек, которая идентифицирует разгерметизацию. Система работает при давлении ниже атмосферного, что предотвращает повреждение дорогостоящего оборудования. Модуль состоит из двух насосов с резервированием, пластинчатого теплообменника, инжектора и бака, связанного с атмосферой через автоматический воздуховыпускник. Контроллер контролирует вторичный контур охлаждения с отрицательным давлением, нагрузкой которого являются двери с водяным теплообменником.
Принцип отрицательного давления основан на откачке воды из системы, а не нагнетания. В случае разгерметизации воздух будет подсасываться в систему, вода поступает в бак и воздух будет отводиться через воздушный сепаратор в атмосферу. После эффективной сепарации холодоноситель вновь будет возвращен в систему без воздуха. Система контроля определяет наличие воздуха в системе и выдает сигнал на проведение ремонтных работ, которые можно провести в удобное время. Преимущество состоит в том, что даже с воздухом система будет продолжать работать штатно.
Подсистема LMS (Logica Management System) — это мозг всей системы. Центральная система управления позволяет работать всем компонентам по индивидуальной программе и контролирует температуру в помещении. Программное обеспечение управляет разряжением и увеличением давления, расходом воды для минимизации энергопотребления насосом.
Запатентованная система предотвращения протечек воды в системе (LPS) в сочетании с теплообменником, установленным в двери стойки, заменяет традиционные решения охлаждения центров обработки данных
В зависимости от изменения тепловой нагрузки ЦОД, контроллер LMS может уменьшить холодопроизводительность системы Logica относительно номинальной. Это позволяет сэкономить значительное количество электроэнергии при наличии низких загрузок серверов, например, в ночное время или в праздничные дни, путем использования более высокой температуры воды при тех же эксплуатационных качествах. Дополнительно LMS способно увеличивать или уменьшать холодопроизводительность системы соответствующим изменением уставки температуры чиллера, увеличивая энергосбережение при низкой тепловой нагрузке или увеличивая ее холодопроизводительность при высокой нагрузке.
Возможен web-мониторинг для удаленного контроля через протоколы связи GPRS/GSM/TCP-IP. Пользователи, имеющие доступ к web-странице, могут быстро и легко через web-сайт получать отображение блоков, историю аварий и предупреждения для сервиса, осуществлять обновление параметров и программы, расчет энергосбережения.
Система динамически регулируется через многочисленные контроллеры, установленные в дверях и чиллерах, для поддержания оптимальной температуры внутри серверов и температуры заданной в помещении независимо от изменяющейся тепловой нагрузки вырабатываемой серверами и другим активным оборудованием.
Подсистема LRE — специально для системы Logica разработана широкая гамма чиллеров наружной установки, работающих с «высокой» температурой холодоносителя и с высокими значениями E.E.R. и E.S.E.E.R. Во всех моделях для охлаждения конденсаторов применяются вентиляторы с ЕС-двигателями, электронные ТРВ, осуществляется комплектация двумя насосами. Диапазон работы чиллеров — от -20 до +52 °С наружной температуры. Возможны варианты многокомпрессорных чиллеров на базе серии Multi Power (Clint) холодопроизводительностью 58-765 кВт, а также серия Turboline с безмаслянными компрессорами Turbocor на фреоне R134a холодопроизводительностью 250-750 кВт. Серия Turboline может производиться с алюминиевыми конденсаторами MicroChannel, это дает увеличение энергоэффективности чиллера до 45 %, снижение заправляемого количества фреона и веса машины.
Также производятся чиллеры, которые могут работать в режиме Free Cooling, что позволяет на порядок снизить их энергопотребление зимой.
На севере Европы наружная температура ниже +12 °С составляет около 63 % суммарного годового времени, а температура ниже +18 °C увеличивает этот показатель еще на 28 %. Таким образом, более 90 % времени температура наружного воздуха ниже +18 °C, а это неисчерпаемый природный источник для охлаждения жидкости без применения машинного охлаждения. Поэтому чиллеры с «высокой» температурой холодоносителя начнут работать полностью в режиме естественного охлаждения при более высокой температуре наружного воздуха, чем чиллеры с более низкой температурой холодоносителя. Для чиллеров серии Logica в режиме Free Cooling экономия электропотребления в сравнении с машинным охлаждением за год для Москвы составит порядка 73 %, и 78 % — для региона Санкт-Петербурга.
Для чиллеров серии Logica в режиме Free Cooling экономия электропотребления в сравнении с машинным охлаждением за год для Москвы составит порядка 73 %, и 78 % — для региона Санкт-Петербурга
Применение системы Logica дает ряд преимуществ:
- непосредственное охлаждение стоек;
- ежегодное снижение электропотребления до 93 %;
- уменьшение площади для оборудования до 50 % за счет исключения шкафного оборудования для охлаждения помещения;
- исключение риска утечек воды за счет применения запатентованной системы работы на отрицательном давлении;
- снижение до 27 % первоначальных капитальных затрат;
- отсутствие фальшполов;
- возможность интеграции в существующие системы.
Операторы центров обработки данных при развертывании серверов с высокой энергетической плотностью, стремящиеся к повышению эффективности, оценят преимущества системы Logica с активным регулированием холодопроизводительности по фактической тепловой нагрузке.
