Криокулеры с циклом Стирлинга в ЦОД – а есть ли смысл?

Криокулер или (криогенный охладитель) является тепловым двигателем, основанным на принципах работы двигателя Стирлинга. Подобные устройства на протяжении десятилетий используются во многих отраслях промышленности. Можно ли приспособить данную технологию для дата-центров?

Теоретически системы криогенного охлаждения можно применять и для оптимизации температурного режима серверов в центре обработки данных, но они должны быть достаточно большими, чтобы обладать необходимым уровнем эффективности. С увеличением плотности размещенного внутри стойки оборудования использование крупных охладителей CPU становится неприемлемым.

Однако системы криогенного охлаждения вполне могут использоваться для организации внутрирядного охлаждения. Но и тут возникает проблема. Необходимо перенаправить внутрь криогенного охладителя достаточно горячего воздуха, чтобы система вышла на приемлемую производительность, после чего холодный воздух будет направлен обратно к серверам. В идеале должна быть создана замкнутая система охлаждения. Но для этого потребуются дополнительные прожорливые до электричества вентиляторы, а также точная организация и герметизация воздуховодов, чтобы потоки горячего и холодного воздуха перемещались быстро и в нужно направлении.

В теории криокулер на базе двигателя Стирлинга не нуждается во внешнем источнике электроэнергии – для работы системы охлаждения такого типа нужна разность температур. Это плюс. Но при температуре окружающей среды внутри машзала на уровне 25 градусов Цельсия (77 градусов по Фаренгейту) для запуска цикла потребуется воздух с еще более высокой температурой, что обернется повышением тепловой нагрузки на IT- и вспомогательное оборудование.

Добавление в систему компрессора, на который подается электричество, возвращает нас к схеме, близкой к принципу работы стандартной системы охлаждения ЦОД. Примером может служить Cold Head StirlingCool-10. Данной двухкомпонентной системе необходимо порядка 400 Вт для работы на полную мощность, при этом она рассчитана на работу с тепловой нагрузкой в 10 Вт и может охладить соприкасающийся с теплообменником материал до 80 градусов Кельвина (-193.15 градусов Цельсия). Серверные чипы имеют более высокое тепловыделение (от 80 до 150 Вт), но в то же самое время их не нужно так сильно охлаждать.

Компания Stirling Cryogenics (ранее была частью Philips N.V.) начала производство криогенных охладителей еще в далеком 1960 году. Но вендор до сих пор не наладил серийное производство подобных устройств для ЦОД, мотивируя это нецелесообразностью такого подхода с экономической точки зрения. Иными словами, на данный момент затраты на внедрение криокулеров на базе двигателя Стирлинга в дата-центре превышают общую полезность этого мероприятия.