Как не переплатить, используя фрикулинг для охлаждения серверов в ЦОД

Название набирающей обороты технологии охлаждения серверов фрикулинг в оригинале на английском языке звучит как «free cooling». В этой фразе есть определенная игра слов, понятная только англоговорящим. Если с каноническим переводом «естественное охлаждение» все понятно, то второй вариант «бесплатное охлаждение» гораздо лучше отражает суть технологии, показывая, что с ее помощью можно значительно снизить издержки на эксплуатацию инфраструктуры ЦОД.

Системы фрикулинга находят все более широкое распространение в индустрии ЦОД. И особенно активно они используются при создании новых критически важных дата-центров в странах с прохладным климатом . Использование наружного воздуха (напрямую или косвенно) для охлаждения IT-оборудования, безусловно, является очень разумным шагом – как с логической точки зрения, так и в финансовом плане.

Но действительно ли «бесплатное охлаждение» является таковым? Не всегда. Эксплуатация и техническое обслуживание механического оборудования, которое лежит в основе любой систем фрикулинга, сопряжены со значительными сложностями . Если соответствующие проблемы не будут идентифицированы или устранены, применение фрикулинга в некоторых случаях может даже увеличить затраты на электроэнергию и риски, связанные с эксплуатацией инфраструктуры ЦОД.

Наблюдайте за погодой

Погода — самый очевидный фактор. Холодопроизводительность систем фрикулинга снижается в жаркую погоду. Ввиду этого при их использовании требуется либо развертывать в помещениях машзалов IT-оборудование, конструкция которого допускает его эксплуатацию при повышенной температуре внутри ЦОД, либо комбинировать фрикулинга с обычным механическим охлаждением, чтобы температура внутри помещения оставалась в допустимых пределах.

Наличие множества режимов работы являются еще одним усложняющим фактором. Например, система фрикулинга в дата-центре соцсети Facebook (на фото) в городе Прайнвилл (США) используются восемь различных режимов работы с целью оптимизации оборудования для прямого использования наружного воздуха и оборудования для прямого испарительного охлаждения в различных погодных условиях.

Как показывает практика, системы фрикулинга, в которых используется прямая подача наружного воздуха, дополненные компрессорным охлаждением, в большинстве своем имеют, по меньшей мере, три различных рабочих режима.

Техническое обслуживание также усложняется. При переходе на фрикулинг возрастает число движущихся механических компонентов (например, воздушных заслонок и приводов), которые находятся в прямом контакте с наружным воздухом. Наружный воздух является коррозионным агентом, что может привести к быстрому износу амортизаторов и приводов, а также повысить вероятность выхода теплохладотехники из строя и привести к перегреву IT-систем из-за перебоев в подаче наружного воздуха в самый неподходящий и неожиданный момент. При этом следует помнить, что в системах свободного охлаждения с испарительным охлаждением все усложняется из-за дополнительного использования определенного количества охлаждающей воды, что требует химической обработки и периодической промывки.

Эти сложности могут существенно сократить возможности для снижения энергопотребления, которые может обеспечить фрикулинг, в то же время создавая реальные проблемы в области управления тепловым режимом в ЦОД.

Высокий уровень отказов

Многочисленные случаи отказов систем фрикулинга хорошо задокументированы в литературе по энергоэффективности и строительным технологиям. Особенно интересен в данном контексте документ под названием «Free Cooling, At What Cost», который подготовили специалисты Американского совета по энергосберегающим технологиям (American Council for Energy-Efficient Economy; ACEEE).

В этом документе ряд специалистов описывает свой опыт непосредственного взаимодействия и работы с системами фрикулинга в ЦОД и других зданиях, рассредоточенных по всей территории США и Европы. В частности, в тексте документа отмечается, что критически важные ЦОД характеризуются более высоким уровнем отказов оборудования для фрикулинга, чем коммерческие здания.

Исследователи уделили повышенное внимание изучению случаев выхода из строя воздушных экономайзеров (непосредственный фрикулинг). Они обнаружили, что хотя технология экономайзинга и является отличным выбором с точки зрения энергосбережения, но на практике она плохо себя проявляет. И зачастую проблемы возникают по вине операторов ЦОД. Вот некоторые примеры таких проблем:

• В случае одного ЦОД наружный воздух был прохладным, но воздушные заслонки были полностью закрыты, и система рециркулировала воздух в помещении. Температура оставалась в допустимых пределах. Однако это было вызвано тем, что DX-компрессоры (с непосредственным испарительным охлаждением) эксплуатировались без наличия в этом необходимости, что влекло за собой ненужные дополнительные эксплуатационные расходы. Проверка показала, что элементы управления были неправильно сконфигурированы, и что неправильно сконфигурированная логика управления препятствует эффективному использованию фрикулинга.

• В другом случае элементы управления работали, как надо, и нагнетали наружный воздух в ЦОД. Однако в случае одного конкретного блока фрикулинга нагнетаемый воздух был не таким холодным, как можно было бы ожидать. Проверка показала, что заслонки на подачу и обратку были закрыты. Эта проблема была выявлена путем анализа данных из сети датчиков.

• В еще одном ЦОД элементы управления и заслонки работали, помогая нагнетать в здание воздух. Вот только этот воздух был недостаточно холодным. Причина в том, что наружный воздуховод был установлен некорректно, соединяясь со стеной фланцевым соединением, тогда как необходимо было продлить его и провести через всю стену. Как следствие, после прохождения фланца воздух попадал в полую стену, что сокращало поток охлажденного воздуха для нужд системы фрикулинга на 40 процентов. Эта проблема также была выявлена путем анализа данных с сети датчиков.

Важно отметить, что все эти проблемы являются устранимыми. И для их устранения зачастую требуются лишь небольшие инвестиции. Что еще более важно, операторы ЦОД не всегда признавали, что их системы фрикулинга работали не так, как надо, а также то, что это можно исправить.

Контролируйте свою систему охлаждения

По мере того как фрикулинг становится стандартным средством охлаждения критически важных объектов вроде ЦОД, растет значимость изучения рисков и сложностей, которые возникают при переходе на эту технологию.

Поскольку системы фрикулинга являются высокоэффективными, когда они корректно настроены, для обеспечения безопасной эксплуатации и полного использования преимущества фрикулинга требуется применение системы мониторинга.

Динамический удаленный мониторинг, аналитика и диагностика в сочетании с визуальными проверками и интеллектуальным оповещением позволяют выявить проблемы и обеспечить непрерывное и нормальное функционирование системы фрикулинга даже в ЦОД с самой сложной инфраструктурой охлаждения.

Этот гарантирует максимальную отдачу от капиталовложений, даже в случае изменений погодных условий и других физических параметров с течением времени.