Это старая версия документа!
Содержание
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:
$$ P_{RF} = P_{IT} + P_{ACU} + P_{PDU} + P_{Light} $$
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 | \(P_{Tower}\) |
Контур охлаждения состоит из нескольких термически связанных петель: воздушный цикл в зале, водяной цикл кондиционеров, холодильный цикл чиллера и цикл градирни (для водяного охлаждения).
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).
Низкая эффективность градирни напрямую повышает потребление чиллера и увеличивает температуру подачи в ACU, что приводит к росту энергозатрат на всём контуре.
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.
$$ Q_{IT} \rightarrow Q_{ACU} \rightarrow Q_{Chiller} \rightarrow Q_{Tower} $$
Связь петель означает, что неэффективность любого участка (воздушная утечка, недостаточный расход воды, засорение теплообменника) увеличивает энергопотребление всего охлаждающего контура.
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.
Большинство потерь в системах охлаждения возникает из-за смешивания потоков, неравномерности температур и избыточного воздухообмена, который вынуждает ACU работать с повышенной мощностью.
Ключевые идеи
* 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.