Центры обработки данных внедряют градирни для повышения энергоэффективности

По мере того, как огромные потоки данных наводняют облако, способствуя быстрому росту цифровой экономики, центры обработки данных распространяются по всему миру. Однако огромная вычислительная мощность, поддерживающая эти объекты, генерирует ошеломляющее количество тепла. Эффективное рассеивание тепла стало критической задачей для устойчивой работы центров обработки данных. Градирни, которые долгое время считались спорными из-за потребления воды, переоцениваются как важные компоненты, которые на самом деле могут способствовать созданию более экологичной инфраструктуры данных при правильной реализации.

Решения для охлаждения центров обработки данных значительно различаются в зависимости от множества факторов, включая размер объекта, требования к вычислениям, региональные затраты на электроэнергию и плотность нагрузки данных. Основные подходы к охлаждению включают:

• Чиллеры с водяным охлаждением: Системы, включающие чиллеры, насосы, градирни и пластинчатые теплообменники, которые рассеивают тепло за счет испарения.
• Чиллеры с воздушным охлаждением: Упрощенные системы, использующие только чиллеры и насосы, которые полагаются на воздух для отвода тепла.
• Прямое испарительное охлаждение: Системы «болотного охлаждения», использующие влажные среды, которые используют испарение воды без механического охлаждения.
• Адиабатическое охлаждение: Гибридные системы, сочетающие воздушное и водяное охлаждение, использующие охлаждение с помощью воды в периоды пикового спроса.

Операторы должны учитывать как эксплуатационные расходы, так и воздействие на окружающую среду при выборе решений для охлаждения. Два ключевых показателя определяют эти решения: эффективность использования электроэнергии (PUE), измеряющая общее потребление энергии по отношению к использованию ИТ-оборудования (при идеальном значении 1,0), и эффективность использования воды (WUE), оценивающая потребление воды системой охлаждения.

Хотя градирни потребляют воду за счет испарения, отраслевые эксперты утверждают, что это необходимо оценивать с учетом более широкого воздействия на энергетическую систему. Тим Чиддикс, вице-президент по машиностроению в Swanson Rink, подчеркивает, что выбор технологии охлаждения требует локального анализа с учетом климатических условий, энергетической инфраструктуры и эксплуатационных требований.

Комплексная оценка должна учитывать потребление воды во всей энергетической цепочке. Традиционные электростанции, такие как угольные предприятия, потребляют значительное количество воды при выработке электроэнергии. В то время как системы с воздушным охлаждением снижают потребление воды на месте, их более высокие потребности в энергии косвенно увеличивают потребление воды на генерирующих предприятиях. Во многих случаях механические испарительные системы охлаждения демонстрируют превосходную общую эффективность по сравнению с альтернативами с воздушным охлаждением.

Например, система с воздушным охлаждением, потребляющая 1 МВт в год, по сравнению с системой с водяным охлаждением, использующей 0,5 МВт с потреблением 3000 галлонов в минуту, на самом деле может сэкономить больше воды, если учитывать дополнительные требования к генерации менее эффективного варианта с воздушным охлаждением.

Белая книга, написанная в соавторстве с Чиддиксом и Бруком Зионом, «Потребление воды в центрах обработки данных в Денвере, Фениксе и Лос-Анджелесе: общая картина», исследовала, действительно ли сокращение потребления воды на отдельных объектах снижает региональное потребление воды. Исследование показало, что превосходные теплопередающие свойства воды делают ее более эффективной, чем воздух, для охлаждения, хотя эффективность варьируется в зависимости от климата, причем засушливые регионы получают наибольшую выгоду.

Анализируя центры обработки данных мощностью 1500 кВт в трех городах, включая данные о интенсивности воды в местной сети от Национальной лаборатории возобновляемой энергии, исследователи сравнили три системы: стандартные чиллеры с водяным охлаждением, чиллеры с воздушным охлаждением и испарительное охлаждение. Результаты показали, что системы с воздушным охлаждением требовали значительно больше энергии (4 663 740 кВтч в год в Денвере по сравнению с 1 610 748 кВтч для систем с водяным охлаждением), при этом почти все потребление воды переносилось на электростанции, а не устранялось.

Чиддикс предупреждает, что хорошо продуманные местные правила, требующие сокращения потребления воды и энергии на месте, могут непреднамеренно увеличить общее потребление ресурсов при учете воздействия на выработку электроэнергии. Системы с водяным охлаждением часто оказываются более эффективными, особенно при включении режимов «свободного охлаждения» (или экономайзера со стороны воды), которые используют холодный наружный воздух для охлаждения воды без механического охлаждения, потенциально снижая потребность в энергии на 75% и более в благоприятных условиях.

Технология переменного потока позволяет операторам уменьшать поток воды из градирен в более холодные сезоны, а регулируемая скорость вращения вентиляторов обеспечивает дополнительную экономию энергии. Модульные конструкции градирен предлагают дополнительные преимущества, позволяя расширять мощность в соответствии с ростом серверов, контролируя при этом капитальные и эксплуатационные расходы. Сборные модульные системы также поддерживают более быстрое развертывание, что имеет решающее значение для срочных проектов центров обработки данных.

Поскольку центры обработки данных продолжают расширяться во всем мире, комплексная оценка решений для охлаждения должна учитывать как прямое, так и косвенное потребление ресурсов. При правильной реализации с точки зрения системного уровня решения для охлаждения на основе воды могут обеспечить превосходную эффективность, поддерживая развитие устойчивой цифровой инфраструктуры, сохраняя при этом как энергию, так и водные ресурсы.