Общие принципы локального охлаждения

Раздел рассматривает подходы к отводу тепла в ЦОДах на уровне стоек и серверов. Переход от традиционного «комнатного» охлаждения (room cooling) к системам короткого контура связан с ростом плотности вычислительного оборудования. Применение жидкостного охлаждения позволяет сократить энергозатраты и повысить эффективность утилизации тепла.

Основы

ЦОД — специализированное здание или помещение для размещения вычислительного и телекоммуникационного оборудования. Всё тепло, выделяемое ИТ-нагрузкой, должно быть отведено и рассеяно во внешнюю среду.

Общая система охлаждения ЦОД включает два уровня:

оборудование и процессы внутри машинного зала — *room cooling*;
оборудование и процессы вне зала — *cooling infrastructure* (чиллеры, градирни и насосные станции).

Основная задача системы — перенос тепла от ИТ-оборудования к среде с низкой температурой. Обычно используется двухконтурная схема: воздушный контур (внутри зала) и водяной контур (внешний цикл).

Охлаждение машинного зала (Room Cooling)

Традиционное «комнатное» охлаждение выполняется с помощью прецизионных кондиционеров или охладителей воздуха (CRAH/CRAC), расположенных внутри зала. Воздух из тёплых коридоров подаётся через теплообменник и распределяется под фальшполом или по воздуховодам к холодным коридорам.

При типовой организации:

тёплый воздух от серверов поступает в верхнюю часть помещения;
CRAH/CRAC охлаждают воздух через теплообменник;
холодный воздух подаётся под фальшпол, откуда поступает к фронтам стоек.

Такое решение известно как система с «холодным» и «тёплым» коридором. Тепло, выделяемое ИТ-оборудованием, электропитанием и вентиляторами, отводится по водяному контуру к чиллеру и градирне, где рассеивается в атмосферу.

Передача тепла

Большая часть тепла формируется внутри стоек. Электронные компоненты охлаждаются постоянным потоком воздуха от внутренних вентиляторов. Стандартная стойка ИТ-оборудования имеет размеры около 600×1000×2000 мм. Серверы расположены фронтально: забор холодного воздуха происходит спереди, выброс горячего — сзади. Такое направление потоков формирует чередование *cold aisle* и *hot aisle*.

При высокой плотности нагрузки традиционные системы охлаждения теряют эффективность:

температура под фальшполом становится неоднородной;
увеличиваются потери давления и энергопотребление вентиляторов;
требуемая мощность чиллеров возрастает.

Особенности и ограничения Room Cooling

Преимущества:

простота конфигурации и эксплуатации;
возможность локальной регулировки охлаждения изменением расположения перфорированных плит или скоростей вентиляторов.

Ограничения:

неравномерность температуры по высоте стоек;
трудности увеличения мощности охлаждения в конкретных зонах;
значительное энергопотребление при работе с высоким ΔT.

Для повышения эффективности применяются методы разделения потоков (изоляция горячих/холодных коридоров), повышение температуры подачи, оптимизация уставок CRAH/CRAC, а также переход к стойкоуровневым решениям.

Предпосылки перехода к локальному охлаждению

Рост тепловой плотности оборудования делает неэффективным единый воздушный контур зала. При мощностях свыше 10–15 кВт на стойку становится целесообразным переносить теплообмен ближе к источнику тепла — сначала на уровень стойки, затем на уровень серверных компонентов.

$$ Q_{total} = Q_{room} + Q_{rack} + Q_{server} $$

где: - $ Q_{room} $ — тепло, отводимое традиционной системой зала; - $ Q_{rack} $ — доля тепла, снимаемая через стойкоуровневые решения (задние двери, ILCU); - $ Q_{server} $ — тепло, передаваемое через Direct-to-Chip или иммерсионные системы.

Переход к локальному охлаждению обеспечивает:

повышение эффективности (уменьшение длины теплового пути);
снижение расхода воздуха и энергопотребления вентиляторов;
возможность точной балансировки тепловых нагрузок;
адаптацию инфраструктуры под зоны высокой плотности.