====== Основные подходы к проектированию систем охлаждения и воздушного распределения ======

<WRAP box round>
Раздел систематизирует основные проектные подходы к выбору охлаждающей среды, методам отвода тепла, схемам подачи воздуха и стратегиям управления потоками для современных ЦОД. Акцент сделан на практическом применении в российских условиях эксплуатации.
</WRAP>

===== Ключевые зоны проектных решений =====

Проектирование систем охлаждения включает четыре базовых блока, от которых зависит конфигурация всего инженерного комплекса ЦОД:

  * **Охлаждающая среда** — воздух или жидкость (вода/гликоль);
  * **Метод отвода тепла** — сухие охладители, градирни, экономайзеры;
  * **Схема подачи воздуха** — фальшпол, верхняя разводка, плenum, подача «через пространство»;
  * **Управление потоками** — смешанная подача, балансировка, полное/частичное контаймент-ограждение.

Каждое из решений влияет на эффективность, капиталовложения, эксплуатационные расходы, надёжность и возможность масштабирования.

<WRAP info>
Типовой подход — сначала определить среду и метод охлаждения, затем выбрать воздушную архитектуру, и только после этого — подобрать оборудование.
</WRAP>

===== 1. Охлаждающая среда =====

==== Воздух (CRAC / CRAH) ====

Воздух остаётся наиболее распространённой средой благодаря простоте применения и большому количеству готовых решений.

<WRAP info>
CRAC — моноблоки с холодильным контуром;  
CRAH — воздухообработчики, работающие от чиллера.
</WRAP>

Основные особенности:
  * широкая линейка типоразмеров (5–75 кВт на блок);
  * возможность интеграции увлажнения/осушения;
  * высокая вариативность схем распределения воздуха;
  * чувствительность к заблокированному подполью, кабельным лоткам и препятствиям.

Ограничения:
  * сложность равномерного распределения воздуха при высокой плотности IT (> 10–15 кВт/стойку);
  * необходимость CFD-проверки для избежания «горячих пятен»;
  * риск избыточного увлажнения при неправильной настройке.

==== Жидкостное охлаждение ====

Жидкость обладает теплоёмкостью в ~3000 раз выше воздуха и позволяет добиться высокой плотности размещения.

Применяемые варианты:
  * **водяные контуры к стойке** — распределение холода по подводящим коллекторам;
  * **охлаждающие двери** — отвод тепла непосредственно за стойкой;
  * **охлаждение компонентов сервера (Direct-to-Chip)** — холодные пластины;
  * **иммерсионное охлаждение** — полное погружение серверов в диэлектрическую жидкость.

Плюсы:
  * компактность, минимизация воздушных потоков;
  * предсказуемость режимов;
  * возможность плотности 50–100+ кВт/стойку.

Минусы:
  * необходимость резервирования контуров;
  * ограничения по протечкам и контролю качества воды/гликоля;
  * неизбежная малая доля воздушного охлаждения (корпусы, электроника, ИБП).

===== 2. Отвод тепла =====

==== Сухие охладители (Dry Cooler) ====

Используются там, где наружная температура воздуха позволяет экономайзерный режим. Характерны для климатов РФ.

Плюсы:
  * минимальные эксплуатационные расходы;
  * простота, низкие риски.

Минусы:
  * необходимость учёта «влажно-сухой» разницы температур;
  * мощность ограничена летними температурами (особенно в южных регионах РФ).

==== Открытые градирни ====

Используют испарение воды — наиболее эффективный способ отвода тепла.

Особенности:
  * компактность;
  * необходимость объёмов подпиточной воды и резервных ёмкостей;
  * риски легионелл — требуются строгие регламенты обработки воды.

==== Экономайзеры ====

  * **Воздушные (air-side)** — подача наружного воздуха при достаточном «окне» температур.
  * **Жидкостные (water-side)** — использование сухих охладителей или градирен до входа чиллера.

Преимущества:
  * значительное снижение PUE;
  * экономия электроэнергии в межсезонье (в РФ — до 70–80% времени года).

Ограничения:
  * требования к фильтрации наружного воздуха;
  * обеспечение устойчивости автоматики в «пограничных» режимах;
  * контроль влажности и защиты от переувлажнения.

===== 3. Схемы подачи воздуха =====

==== Подпольная подача (Raised Floor) ====

Классический подход в большинстве ЦОД РФ.

Плюсы:
  * низкое давление подачи;
  * гибкая компоновка плит;
  * возможность зонирования потоков.

Риски:
  * блокировка подполья кабелями и трубопроводами;
  * переменный зазор между плитами и стойками;
  * необходимость CFD-расчётов при плотности > 5 кВт/м².

==== Верхняя разводка (Overhead) ====

Подача воздуха сверху позволяет разгрузить фальшпол.

Особенности:
  * крупные сечения воздуховодов;
  * высокая нагрузка на вентиляторы (до 2,5 м/с скорости);
  * повышенный шум и требования к координации с электрикой и пожаротушением.

==== Подача «через пространство» ====

Редко используется из-за риска перемешивания горячего и холодного потоков, но при хорошем управлении может дать высокую эффективность.

===== 4. Управление потоками =====

==== Смешанная подача (Fully Mixed) ====

Наиболее простая, но самая неэффективная схема.

Минусы:
  * невозможность работы с высокой плотностью;
  * горячие зоны при росте нагрузки.

==== Балансированная подача (Balanced Distribution) ====

Подача воздуха в стойку в объёме, соответствующем её требованию.

Плюсы:
  * снижение «горячих пятен»;
  * высокая эффективность при правильной настройке.

==== Контаймент (ограждение) ====

Подразделяется на:
  * **cold aisle containment** — изолируется холодный коридор;
  * **hot aisle containment** — изолируется горячий коридор.

<WRAP info>
ASHRAE допускает разницу температур подачи и возврата до 11–14°C, что делает контаймент обязательным при плотности > 10 кВт/стойку.
</WRAP>

Основные плюсы:
  * рост эффективности охлаждения;
  * увеличение пропускной способности CRAC/CRAH;
  * снижение риска локальных перегревов.

Особенности для РФ:
  * требуется согласование с пожарной системой;
  * не допускаются решения, препятствующие открытию путей эвакуации.

===== 5. Будущие подходы =====

Перспективные направления:
  * **охлаждение задней стенки сервера** (backplate heat sink);
  * **интегрированные тепловые трубки**;
  * **сочетание иммерсионных ванн с воздушными системами помещения**;
  * **стойки с рекуперацией тепла и выводом его за пределы здания**.

<WRAP important>
При проектировании будущих систем необходимо учитывать эксплуатационные практики: в РФ высокая запылённость, перепады температур, сезонность влажности и требования промышленной безопасности — всё это может ограничивать применение отдельных «высокотехнологичных» решений.
</WRAP>

===== Ключевые идеи =====
<WRAP tip>
  * Основные проектные решения задаются выбором охлаждающей среды, метода отвода тепла и схемы воздушного распределения.  
  * Контаймент — базовое требование при плотности выше 10 кВт/стойку.  
  * Жидкостное охлаждение — оптимально для высокоплотных зон, но требует резервирования и строгого контроля качества воды.  
  * Экономайзеры особенно эффективны в российском климате и дают значительное снижение PUE.  
  * Все воздушные решения должны проверяться CFD-моделированием.  
  * Эффективность и надёжность напрямую зависят от координации с пожарной, электрической и строительной частями.  
</WRAP>