Фотоотчет: как выглядит термосифонная система охлаждения в дата-центре Sandia HPC

Термосифонный охладитель серверов внутри центра суперкомпьютерных вычислений при комплексе Национальных лабораторий в Сандии (США) является во многом уникальным. Но главным его достоинством выступает то, что устройство охлаждения экономит воду, которая является крайне дефицитным ресурсом в месте его расположения.

Новый высокоэффективный блок охлаждения, установленный на крыше центра суперкомпьютерных вычислений, сэкономил 2,1 тыс. литров воды в течение первых шести месяцев эксплуатации в прошлом году.

Отмечается, что возможность резкого сокращения водопотребления, что важно для штата, испытывающего недостаток данной жидкости, может сделать центр суперкомпьютерных вычислений примером для подражания для проектировщиков и строителей других ЦОД в регионе, традиционно использующих значительное количество воды для охлаждения кластеров вычислительных узлов.

Устройство, называемое термосифонным охладителем, также сэкономило более 195 тыс. киловатт*часов электроэнергии в течение рассматриваемого периода времени, избавляя команду инженеров от необходимости круглосуточно прокачивать тысячи литров воды через энергоемкие механические чиллеры.

В настоящее время инновационная система проходит тестирование. Если проект окажется успешным, другие заинтересованные стороны смогут перенять опыт американских инженеров и внедрить аналогичные решения в своих ЦОД.

Как известно, значительная часть электроэнергии, используемой для организации работы серверов в составе все более крупных суперкомпьютеров, превращается в тепло. Удаление этой тепловой энергии стоит дорого – либо из-за финансовых затрат на электропитание механических охлаждающих устройств, либо из-за необходимости оплаты подачи большого количества воды для замены жидкости, намеренно испаряемой для охлаждения оставшейся воды. Ни один из вариантов не является благом для окружающей среды.

Но термосифонный блок охлаждения работает иначе. Это пассивная система. Используемый ею хладагент находится в оболочке, окружающую трубу выходящую из ЦОД, с помощью которой излишки тепла удаляются от серверов.

Оболочку на трубе можно сравнить с перчаткой на руке. Находящийся внутри нее экологически безвредный многоразовый жидкий хладагент, который заменяет воду, поглощает тепло до тех пор, пока жидкость не испаряется и не превращается в газ, – наподобие того как кипящая вода становится паром. Газ поднимается в вертикальных трубах, пока не достигнет верхних пределов устройства. Там он отдает полученное тепло атмосфере, конденсируется обратно в жидкость и опускается, готовый снова охлаждать.

Устройство, работающее в циклическом режиме, требует минимального обслуживания. Оно сохраняет работоспособность до тех пор, пока температура атмосферного воздуха остается ниже температуры хладагента внутри термосифонного блока охлаждения. В противном случае передача тепла идет уже из атмосферы в охлаждающую жидкость.

Ввиду специфики климата американского штата Нью-Мексико система там работает в режиме 24/7 только три сезона, тогда как летом она функционирует только ночью. В жаркие летние дни термосифон выключается, и вода должна поступать в механический охладитель, а затем в градирню, которая испаряет данную жидкость, как пот из тела, в атмосферу.

При эксплуатации стандартной системы охлаждения серверов с электромеханическим охладителем возникает еще одна проблема. Поскольку минералы не испаряются, оставшаяся рециркулируемая вода характеризуется более высокой концентрацией загрязняющих веществ и посторонних примесей. Это означает, что ее необходимо часто заменять, как масло периодически заменяется на транспортном средстве, чтобы избегать загрязнения и повреждения охлаждающих труб. Испаренная и удаленная из системы вода должна быть заменена. Эта проблема практически полностью устраняется новой системой термосифонного охлаждения, обладающей замкнутым контуром.

Тем не менее, данное решение является далеко не дешевым. Стоимость каждого термосифонного охладителя, используемого в рассматриваемом дата-центре, составляет 200 000 долларов. Производителем выступает компания Johnson Controls. В ЦОД используется три таких устройства, и имеются планы по покупке четвертого. По оценкам экспертов, при эксплуатации четырех блоков термосифонного охлаждения ежегодные затраты на оптимизацию температурного режима серверов снизятся с 181 000 до 116 000 долларов, что означает примерно 10-летний срок окупаемости при условии сохранении текущих цен.

Но реальная экономия может быть достигнута за счет снижения потребления воды. Когда центр обработки данных достигнет полной проектной нагрузки, каждый термосифонный блок сможет экономить более 16 миллионов литров воды в год.