====== Системы охлаждения и их влияние на эффективность ЦОД ======

Охлаждение определяет значительную часть энергопотребления ЦОД и напрямую влияет на эксплуатационную эффективность, надёжность ИТ-оборудования и показатель PUE. Энергия, потребляемая серверами, полностью преобразуется в тепло, которое должно быть удалено через системы кондиционирования и теплопередачи.

===== Энергопотоки охлаждения =====

Основные элементы системы формирования и удаления тепла:

* контур ИТ-нагрузки (полное тепловыделение в помещение);
* кондиционеры зальных помещений (ACU);
* чиллерный контур (чиллер, насосы, градирня);
* вспомогательные нагрузки (освещение, PDU, вентиляторы).

Полная мощность, которую требуется отвести:

<WRAP center>
$$ P_{RF} = P_{IT} + P_{ACU} + P_{PDU} + P_{Light} $$
</WRAP>

где:
- \(P_{IT}\) — тепловыделение ИТ-оборудования;  
- \(P_{ACU}\) — вентиляторы, увлажнение ACU;  
- \(P_{PDU}\) — потери распределения;  
- \(P_{Light}\) — освещение.

===== Состав системы охлаждения =====

^ Узел ^ Основная функция ^ Источник энергопотребления ^
| Кондиционеры зала (ACU) | Забор тёплого воздуха, подача охлаждённого воздуха в плenum, управление влажностью | \(P_{ACU}\) — вентиляторы, увлажнение |
| Помпа AC → чиллер | Транспорт холодоносителя | \(P_{AC}\) |
| Чиллер | Отбор тепла из воды, компрессионный цикл | \(P_{Chiller}\) |
| Помпа чиллер → градирня | Отвод тепла на конденсатор | \(P_{CT}\) |
| Градирня | Охлаждение воды воздухообменом/испарением | \(P_{Tower}\) |

<WRAP info>
Контур охлаждения состоит из нескольких термически связанных петель: воздушный цикл в зале, водяной цикл кондиционеров, холодильный цикл чиллера и цикл градирни (для водяного охлаждения).
</WRAP>

===== Работа кондиционеров (ACU) =====

ACU принимают тёплый воздух (обычно сверху), охлаждают его и подают в подпольный или подпотолочный пленум. Охлаждённый воздух проходит через перфорированные плиты в холодные коридоры и возвращается в серверные стойки.

  * Передний фронт (front-to-back) обеспечивает однозначный воздушный поток через стойку.  
  * Оптимальная схема — hot aisle / cold aisle с чередованием направлений подачи и возврата.  
  * Основная доля тепловой нагрузки концентрируется в hotspot-зонах ввиду локальных нарушений воздушного распределения.

===== Чиллерная установка =====

Чиллер содержит два теплообменника:

  * **Испаритель** — принимает тепло от охлаждённой воды, подаётся в ACU.  
  * **Конденсатор** — отдаёт тепло в контур градирни или в сухие охладители.

Работа чиллера включает:

  * компрессионный цикл (основное энергопотребление);
  * охлаждение конденсатора водой градирни;
  * перекачку воды насосами здания.

===== Градирня =====

Градирня снижает температуру воды за счёт:

  * продувки наружным воздухом;
  * испарительного теплообмена (в условиях РФ эффективность выше в летний период при умеренной влажности).

<WRAP important>
Низкая эффективность градирни напрямую повышает потребление чиллера и увеличивает температуру подачи в ACU, что приводит к росту энергозатрат на всём контуре.
</WRAP>

===== Термодинамика и перенос тепла ======

Тепло удаляется через последовательность узлов:

  * серверная стойка → горячий коридор → ACU;  
  * ACU → охлаждённый воздух → холодный коридор;  
  * ACU → холодная вода → чиллер;  
  * чиллер → горячая вода → градирня;  
  * градирня → окружающая среда.

<WRAP center>
$$ Q_{IT} \rightarrow Q_{ACU} \rightarrow Q_{Chiller} \rightarrow Q_{Tower} $$
</WRAP>

<WRAP info>
Связь петель означает, что неэффективность любого участка (воздушная утечка, недостаточный расход воды, засорение теплообменника) увеличивает энергопотребление всего охлаждающего контура.
</WRAP>

===== Влияние на энергоэффективность =====

Факторы, определяющие итоговое энергопотребление:

  * корректность схемы горячих и холодных коридоров;
  * равномерность температур на входе в стойки (IH);
  * расход воздуха через ACU и стойки;
  * температура подачи воды из чиллера;
  * эффективность градирни и насосов;
  * уставки влажности и рециркуляции.

<WRAP important>
Большинство потерь в системах охлаждения возникает из-за смешивания потоков, неравномерности температур и избыточного воздухообмена, который вынуждает ACU работать с повышенной мощностью.
</WRAP>

===== Ключевые идеи ======
<WRAP tip>
  * Система охлаждения — последовательное звено нескольких физических контуров: воздушного, водяного и холодильного.  
  * Повышение эффективности возможно при оптимизации любого участка — от распределения воздуха до улучшения теплообмена в чиллере.  
  * ACU являются наиболее чувствительным элементом, реагирующим на нарушения потоков и температурную неоднородность.  
  * Потери в насосах, компрессорах и градирне определяют до 40–60 % энергопотребления охлаждения.  
  * В РФ потенциал экономии высок благодаря возможности использования свободного охлаждения и снижению уставок чиллера в холодный период.  
  * Главная задача — обеспечить минимальное смешивание потоков и стабильный температурный режим на входе в стойки.
</WRAP>