Это старая версия документа!
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
- В ЦОД переохлаждение встречается чаще, чем перегрев → важна корректная настройка уставок.
- Увлажнители CRAC — один из наиболее аварийных узлов (утечки, высокая стоимость обслуживания).
- Новые стандарты ASHRAE допускают широкие диапазоны влажности, что снижает нужду в активном увлажнении.
- Предпочтительно применение вентиляторов с частотным регулированием (EC).
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
- Чиллер должен уметь запускаться при холодной воде в контуре — критично в переходные периоды.
- Внешние контуры должны иметь защиту от замерзания (электроподогрев, циркуляция, антифриз).
- Нужна коррекция параметров воды при переходе между режимами «компрессор → free-cooling».
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
- Уменьшение скорости на 15% снижает энергопотребление на ~40%.
- Вентиляторы должны работать согласованно с холодоснабжением, иначе возможен конфликт температурных режимов.
- Предпочтительны EC-вентиляторы для плавного регулирования.
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
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.