Inovácie v chladení dátového centra

Až za 2 % svetovej produkcie emisií CO₂ je zodpovedný IT priemysel. Jeden z dôvodov je obrovská spotreba elektrickej energie dátových centier. Okrem napájania elektricky náročných serverov treba v dátových sálach udržiavať stabilné prostredie (teplota, vlhkosť). Preto sa spotreba dátového centra pohybuje aj okolo 1,8-násobku energie spotrebovanej výpočtovou technikou.

Uvádzame časť tlačovej konferencie, na ktorej sa vysvetľuje princíp chladenia dátového centra Digitalis v Bratislave. Ide o analógiu s chladením použitým pri dátovom centre Facebooku v americkom Oregone.

Všetka elektrická energia, ktorú servery spotrebujú, sa v konečnom dôsledku premení na teplo a uvoľní sa do priestorov dátového centra. So spotrebou serverov nemôžu komerčné dátové centrá nič robiť, za tie sú zodpovední zákazníci. Preto je dôležité zobrať si na mušku spotrebu podpornej infraštruktúry.

Úsporné možnosti chladenia dátového centra

V dátových centrách možno dosiahnuť úsporu energie vynaloženej na chladenie niekoľkými spôsobmi. Ich prínos závisí predovšetkým od klimatických a geografických podmienok v danej lokalite. Konvenčný spôsob chladenia dátového centra je použitie sálových klimatizačných jednotiek, ktoré fungujú rovnakým spôsobom ako bežná klimatizácia v domácnosti alebo v aute. Kompresor v bežnej klimatizačnej jednotke stláča plyn, ktorý sa stlačením zohreje na vyššiu teplotu (40 ÷ 80 °C), takto ohriaty putuje do vonkajšieho výmenníka, kde je (stále pod vysokým tlakom) ochladený vonkajším vzduchom na teplotu mierne nad úrovňou vonkajšieho vzduchu. Následne putuje do vnútornej jednotky, kde sa expanzným ventilom tlak uvoľní a teplota plynu sa zníži rovnakým fyzikálnym princípom, ako keď uvoľníte tlak z bombičky do sódovej fľaše. Takýto studený plyn cez výmenník ochladzuje vzduch v dátovom centre, pričom naberie teplo a putuje naspäť do kompresora, ktorý ho znova stlačí.

Konvečné chladenie dátového centra

Vzduch v dátovom centre putuje od klimatizačných jednotiek k serverom a naspäť. Všetko teplo, ktoré servery vyprodukujú, musí z miestnosti odviesť klimatizačná jednotka. Vetranie oknami neprichádza pre prašnosť a bezpečnosti do úvahy, a preto klimatizačné jednotky musia bežať v lete aj v zime.

Nepriamy freecooling

Aby bolo možné využiť chladné ročné obdobia na úsporu nákladov na chladenie, niektoré dátové centrá používajú chladiace systémy, vktorých cirkuluje voda. Touto metódou možno dosiahnuť významné úspory predovšetkým voblastiach, kde je krátke achladné leto. Vpodmienkach strednej Európy sa dá týmto spôsobom chladiť dátové centrum približne 3 až 4 mesiace vroku. Ako označenie nepriamy freecooling napovedá, vzduch vdátovom centre sa ochladzuje nepriamo – za pomoci chladiaceho média, vtomto prípade vody alebo nemrznúcej zmesi.

Pri nepriamom freecoolingu vnútorné jednotky pomocou studenej vody ochladzujú vzduch vdátovom centre, pričom táto studená voda sa pripravuje vsamostatných jednotkách nazývaných chillery. Chillery síce vletnom období spotrebujú podobné množstvo elektriny ako bežné klimatizačné jednotky, ale vchladných obdobiach možno vodu vokruhu ochladzovať priamo vonkajším vzduchom. Na tento účel sa používajú suché chladiče (ako chladič auta) alebo chladiace veže (ako vatómovej elektrárni).

Zaujímavo tento princíp využila spoločnosť ARM, britský výrobca čipov do mobilných telefónov. Vo svojom dátovom centre vCambridgei vytvorili chladiaci systém, vktorom je voda ochladzovaná votvorenej chladiacej veži. Vďaka miernym letám adaždivému anglickému počasiu nepotrebujú chillery ani klimatizačné jednotky aodparená voda je v chladiacom systéme dopĺňaná iba dažďovou vodou zo strechy dátového centra. Vnútorné výmenníky sú umiestnené vzadných dvierkach serverových stojanov, vďaka čomu absorbujú teplo zo serverov blízko pri jeho zdroji. Čerpadlá sú vokruhu šikovne umiestnené tak, že vrozvodoch vody vnútri dátového centra je záporný tlak, prípadné poškodenie teda nespôsobí striekanie vody, ale naopak, naberanie bubliniek vzduchu do potrubia.

Nepriamy freecooling využíva aj Google, ktorý prevádzkuje viacero dátových centier po celom svete. Napríklad v dátovom centre vo fínskej Hamine využíva na chladenie studenú morskú vodu. Teplota morskej vody sa medzi letom azimou mení vporovnaní svonkajším vzduchom veľmi málo, a preto je vhodná ako prirodzený zdroj chladu.

Chladenie vdátovom centre Google

Priamy freecooling

Priamy freecooling, ako už názov napovedá, znamená, že ohriaty vzduch vdátovom centre sa priamo nahrádza chladnejším vonkajším vzduchom. Vtomto prípade je dôležitá dôsledná jemná filtrácia, aby sa do dátového centra nedostávali čiastočky prachu. Vmiernom podnebnom pásme je však možné jeho využitie po oveľa väčšiu časť roka, niekedy dokonca aj počas letných nocí.

Možno však ísť ešte ďalej. Vteplých, ale suchých oblastiach sa dá použiť princíp odparovacieho chladenia (chladenie adiabatickým odparovaním vody). Ide o využitie fyzikálneho princípu spotreby skupenského tepla, keď pri odparení vody sa spotrebuje teplo avzduch, do ktorého sa voda odparí, sa tým ochladí. Na tomto princípe funguje chladenie ľudského tela pri potení, pre tento jav je nám zima, keď mokrí vyjdeme z bazéna afúka vietor.

Napríklad Facebook vo svojom najnovšom dátovom centre vOregone v USA využíva priamy freecooling svyužitím princípu odparovacieho chladenia vonkajšieho vzduchu. Vďaka spotrebe skupenského tepla pri odparení vody sa dá dátové centrum chladiť vonkajším vzduchom aj vtedy, keď je vonkajšia teplota vyššia než požadovaná teplota vzduchu vdátovom centre. Vďaka vhodným klimatickým podmienkam nemuseli byť záložné chladiace výmenníky dosiaľ vôbec nainštalované asystém funguje len na princípe zvlhčovania privádzaného vonkajšieho vzduchu. Systém filtrov zachytáva všetky nečistoty asústava klapiek azmiešavacích komôr umožňuje využitie priameho freecoolingu aj vchladných zimných mesiacoch, keď by bol inak vonkajší vzduch príliš chladný na použitie vdátovom centre. Zmiešaním chladného vonkajšieho vzduchu spoužitým teplým vzduchom a následnýmdovlhčením sa takto aj vzime „namieša“ dokonalý vzduch potrebný na fungovanie sociálnej siete.

Systém chladenia dátového centra Facebooku

Systém odparovacieho chladenia nájdeme už aj unás na Slovensku. Rovnaký systém, aký je použitý vdátovom centre Facebooku vOregone, využíva vtrochu menšej miere spoločnosť VNET v dátovom centre Digitalis v Bratislave. Vonkajší vzduch je najprv prefiltrovaný anásledne prechodom cez adiabatický zvlhčovač ochladený presne na požadované parametre. Vzhľadom na miestnu klímu je však vhorúcich letných mesiacoch potrebné aj chladenie za pomoci chillerov. Efekt odparovacieho chladenia sa však aj vtedy využíva vhybridných chladiacich vežiach podobne ako vprípade britského ARM. Zaujímavé je, že vzimných mesiacoch sa teplý vzduch zbratislavského dátového centra využíva na vykurovanie skleníkov susediaceho záhradného centra.

Podobné chladenie používa v dátovom centre Digitalis aj VNET

Vladimír Kupčo, CEO VNET, a. s.