Содержание

Особенности выбора оборудования и компонентов систем охлаждения ЦОД

Системы охлаждения ЦОД работают круглосуточно, поддерживая стабильную температуру, влажность и давление воздуха при высокой плотности тепловыделений. Их ключевое отличие от стандартных систем вентиляции и кондиционирования — постоянный тепловой поток, «плоская» суточная кривая нагрузки и строгие требования к надежности и предсказуемости работы.

При выборе оборудования используются типовые элементы инженерных систем, но к ним добавляются особые требования, связанные с эксплуатацией дата-центров.

1. Общие критерии выбора компонентов

  • Непрерывная работа 24/7 в режимах частичных нагрузок (обычная ситуация для ЦОД).
  • Минимальная вероятность отказа, поддержка «холодного» и «горячего» резервирования.
  • Простота технического обслуживания без остановки ИТ-нагрузки.
  • Энергоэффективность при 30–60% мощности, а не только в точке номинала.
  • Приспособленность к российскому климату — длительное окно свободного охлаждения (free-cooling).

Оборудование должно обеспечивать поддержание условий, заданных для IT-оборудования (ASHRAE, класс A1–A4), но с учётом эксплуатационных рисков: загрязнений воздуха, перепадов температуры наружного воздуха, ограничений на влажность, стабильного давления в залах.

2. Внутризальные охладители (CRAC/CRAH)

CRAC — охладитель с прямым охлаждением и компрессором (DX). CRAH — воздухообработчик, охлаждающий воздух через холодную воду от чиллера.

Несмотря на простоту конструкции, выбор CRAC/CRAH — ключевой элемент надежности.

2.1. Требования к CRAC/CRAH в ЦОД

  • Повышенный расход воздуха (гораздо выше офисных систем).
  • Работа с высокой тепловой плотностью рядов и зон.
  • Стабильность при частичных нагрузках — подавляющее время охладители работают не на 100%, а на 30–70%.
  • Поддержка точных алгоритмов управления воздухом: давление под фальшполом, температура на входе стоек.

2.2. Особенности эксплуатации

3. Холодильные машины (чиллеры)

Чиллеры обеспечивают холодную воду для CRAH, ИБП-комнат, телеком-залов и технологических помещений.

3.1. Особенности выбора чиллеров для ЦОД

  • Приоритетное значение имеет эффективность в режимах частичных нагрузок, а не COP в точке максимума.
  • Наличие свободного охлаждения (free-cooling) — ключевой фактор экономии.
  • Готовность к низкотемпературному запуску — чиллер должен стабильно стартовать, даже если сухие охладители уже выдают холодную воду.
  • Возможность работы в высокотемпературных режимах (21–24 °C) для максимизации free-cooling.

3.2. Российский климат

Для городов средней полосы free-cooling возможен до 300 дней в году, что делает чиллеры с сухими охладителями наиболее рентабельным решением.

4. Экономайзеры

Экономайзер — система, которая позволяет использовать холод наружного воздуха без включения компрессоров.

Существуют два основных типа: воздушные (air-side) и водяные (water-side).

4.1. Воздушный экономайзер (air-side)

Система подмешивает наружный воздух, если он холоднее требуемой температуры в зале.

Преимущества

  • Значительное снижение энергопотребления — до 40–50%.
  • Уменьшение времени работы компрессоров, вентиляторов и насосов.
  • Возможность «пассивного» охлаждения зимой.

Ограничения и риски

  • Внос загрязнений → требуется фильтрация высокого класса, увеличиваются эксплуатационные расходы.
  • Сложности управления влажностью: зимой воздух слишком сухой, летом слишком влажный.
  • Риск отказа автоматики (заслонок, датчиков) → может вызвать перегрев ИТ-зала.

Особенности РФ

Air-side экономайзер оправдан в чистых регионах (например, Сибирь, Карелия). В промышленных городах — менее применим из-за загрязнений.

4.2. Водяной экономайзер (water-side)

Использует холод наружного воздуха через сухие охладители или градирни для охлаждения воды без компрессоров.

Преимущества

  • Высокая надежность — воздух не поступает внутрь здания.
  • Энергоэффективность до 50% (окупаемость 1–3 года).
  • Возможность круглогодичного free-cooling в большинстве регионов РФ.

Важные нюансы

Особенности РФ

Water-side экономайзер — основной вариант для большинства российских ЦОД благодаря длительному периоду отрицательных температур.

5. Увлажнение

Увлажнение — наиболее рискованный компонент охлаждения ЦОД.

Основные проблемы

  • Возможность протечки высокого давления воды.
  • Дорогостоящее обслуживание и частая калибровка датчиков.
  • Значительные энергозатраты при паровом увлажнении.

Рекомендации

  • Максимально использовать «расширенные» диапазоны влажности ASHRAE, уменьшая потребность в активном увлажнении.
  • При необходимости — применять адиабатические увлажнители, использующие тепло системы охлаждения.
  • Ультразвуковые и форсуночные системы требуют фильтрации воды и регулярной очистки.

6. Осушение

ЦОД подвержены риску неконтролируемой конденсации, если температура охлаждающей воды ниже точки росы.

Основные меры защиты

  • Температура ЧВ («холодной воды») должна быть выше точки росы воздуха.
  • Осушение должно быть отдельным контуром, а не побочным эффектом работы DX-охладителей.
  • Часто применяют дополнительный небольшой «сухой воздух» контур для стабилизации влажности.

7. Вентиляторы

Частотное регулирование — основной источник экономии.

Важные особенности

8. Когенерация и утилизация тепла

Когенерация использует тепловую энергию, выделяемую генераторами и оборудованием ЦОД.

Преимущества

  • Повышение энергоэффективности объекта.
  • Возможность работы в составе микросети.
  • Уменьшение стоимости тепловой энергии.

Ограничения

  • Высокая сложность управления и интеграции.
  • Чувствительность к стоимости топлива.
  • Оправдано только для крупных объектов или регионов с высокой стоимостью электричества.

Схема выбора компонентов систем охлаждения

flowchart TB classDef b font-size:14px,stroke-width:1.2px,padding:10px; %% Верхний ряд A["Тепловая нагрузка
и плотность размещения ИТ"]:::b B["Климат площадки
и возможности free-cooling"]:::b C["Требования по
надёжности и PUE"]:::b %% Центр D["Выбор общей стратегии охлаждения
(воздух / вода / гибрид,
экономайзер, схема распределения)"]:::b %% Нижний ряд E["Подбор ключевого оборудования
(чиллеры, охладители, внутризальные блоки)"]:::b F["Проектирование автоматики
и логики управления"]:::b G["Проверка решения
(расчёты, моделирование, N+1/2N)"]:::b %% Связи сверху в центр A --> D B --> D C --> D %% Связи из центра вниз D --> E D --> F E --> G F --> G

Ключевые идеи

  • Основные режимы работы ЦОД — частичные нагрузки, а не номинал.
  • Free-cooling — главный источник операционной экономии в российском климате.
  • Увлажнители и air-side экономайзеры — источники повышенных рисков.
  • Внутризальные охладители должны эффективно работать при 30–70% нагрузки.
  • Водяной экономайзер наиболее подходит для России (длительное окно холода).
  • Когенерация применима только на крупных площадках.