Как устроен фрикулинг в дата-центрах Selectel

Пару недель назад выдался жаркий денек, который мы обсуждали в «курилке» рабочего чата. Буквально через несколько минут разговор о погоде перерос в беседу о системах охлаждения дата-центров.

В процессе обсуждения мы решили опубликовать статью о системах охлаждения в дата-центрах Selectel. Сегодняшняя статья — о фрикулинге, технологии, применяющейся в двух наших дата-центрах. Вас ждет подробный рассказ о наших решениях и их особенностях. Техническими деталями поделились руководитель отдела сервисного обслуживания систем кондиционирования и вентиляции Леонид Лупандин и старший технический писатель Николай Рубанов.

Системы охлаждения в Selectel

Здесь коротко о том, какие системы охлаждения используем во всех своих объектах. К фрикулингу перейдем в следующем разделе. У нас несколько дата-центров в Москве, Санкт-Петербурге и Ленинградской области. Погодные условия в этих регионах разные, поэтому мы используем различные системы охлаждения. Кстати, в московском дата-центре часто поводом для шуток было то, что ответственные за охлаждение — специалисты с фамилиями Холодилин и Мороз. Так получилось случайно, но все же…

Вот список ДЦ с используемой системой охлаждения:

• Берзарина — фрикулинг.
• Цветочная 1 — фреон, классические промышленные кондиционеры для ЦОД.
• Цветочная 2 — чиллеры.
• Дубровка 1 — чиллеры.
• Дубровка 2 — фреон, классические промышленные кондиционеры для ЦОД.
• Дубровка 3 — фрикулинг.

В своих дата-центрах мы стремимся поддерживать температуру воздуха у нижней границы рекомендованного по ASHRAE диапазона. Это 23°C.

О фрикулинге

В двух дата-центрах, Дубровка 3 и Берзарина, мы установили системы фрикулинга, причем разные.

Основной принцип систем фрикулинга — отказ от теплообменников, так что охлаждение вычислительного оборудования происходит за счет обдува при помощи уличного воздуха. Он очищается при помощи фильтров, после чего поступает в машинный зал. Осенью и зимой холодный воздух нужно «разбавлять» теплым, чтобы температура воздуха, которым обдувается оборудование, не менялась. Летом в Москве и Санкт-Петербурге требуется доохлаждение.

Почему фрикулинг? Да потому что это эффективная технология охлаждения оборудования. Системы фрикулинга в большинстве своем дешевле в эксплуатации, чем классические системы охлаждения с кондиционерами. Еще один плюс фрикулинга в том, что системы охлаждения оказывают не такое сильное негативное влияние на окружающую среду, как кондиционеры с фреоном.

Важный момент: фрикулинг используется в наших дата-центрах вместе с системами доохлаждения. Зимой проблем с забором внешнего холодного воздуха нет — за окном прохладно, иногда даже очень, поэтому дополнительные системы охлаждения не нужны. А вот летом температура воздуха повышается. Если бы мы использовали чистый фрикулинг, то температура внутри составляла бы около 27 °C. Напомним, что температурный стандарт у Selectel составляет 23°C.

В Ленинградской области многолетняя среднесуточная температура даже в июле находится у отметки 20°C. И все бы ничего, но в некоторые дни очень жарко. В 2010 году в области был зафиксирован температурный рекорд в +37.8°C. Учитывая это обстоятельство, полностью рассчитывать на фрикулинг нельзя — одного жаркого дня в году с лихвой хватит для выхода температуры за границы стандарта.

Поскольку Санкт-Петербург и Москва — мегаполисы с загрязненным воздухом, мы применяем тройную его очистку при заборе с улицы — фильтры стандартов G4, G5 и G7. Каждый последующий отсеивает пыль все более мелких фракций, так что на выходе у нас чистый атмосферный воздух.

Дубровка 3 и Берзарина — фрикулинг, но разный

По ряду причин мы используем разные системы фрикулинга в этих дата-центрах.

Дубровка 3

Первым ДЦ с фрикулингом была Дубровка 3. Здесь используется прямой фрикулинг, дополненный АБХМ, абсорбционной холодильной машиной, которая работает на природном газе. Машина применяется как доохлаждение на случай летней жары.

Такое гибридное решение позволило добиться PUE ~1.25.

Почему АБХМ? Это эффективная система, где вместо фреона используется вода. АБХМ оказывает минимальное воздействие на окружающую среду.

В качестве источника энергии АБХМ-машина использует природный газ, который подведен к ней трубопроводом. Зимой, когда машина не нужна, газ можно сжигать для подогрева переохлажденного наружного воздуха. Это намного дешевле, чем использовать электричество.

Идея использовать АБХМ в качестве системы доохлаждения принадлежит одному из наших сотрудников, инженеру, который увидел подобное решение и предложил применить в Selectel. Мы сделали модель, протестировали ее, получили отличный результат и решили его масштабировать.

Строилась машина около полутора лет, вместе с системой вентиляции и самим ЦОД. В 2013 году она была введена в эксплуатацию. Проблем с ней практически нет, но для работы нужно пройти дообучение. Одна из особенностей АБХМ в том, что машина поддерживает разность давлений внутри и снаружи помещения ДЦ. Это нужно для того, чтобы горячий воздух выходил через клапанную систему.

Из-за разности давлений пыли в воздухе практически нет, поскольку она просто вылетает наружу, даже если появляется. Избыточное давление выталкивает частицы.

Расходы на техническое обслуживание системы, возможно, чуть выше, чем в случае обычного охлаждения. Но АБХМ позволяет экономить за счет снижения расхода электричества на нагрев воздуха и его доохлаждение.

Берзарина

Здесь используется фрикулинг с адиабатической системой доохлаждения. Она применяется летом, когда воздух становится слишком теплым, с температурой выше 23°C. В Москве это случается нередко. Принцип работы адиабатической системы — охлаждение воздуха при прохождении через фильтры с жидкостью. Представьте себе мокрую тряпку, с которой испаряется вода, охлаждая ткань и прилегающий слой воздуха. Примерно так и работает адиабатическая система охлаждения в дата-центре. На пути воздушного потока распыляются мельчайшие капли воды, что снижает температуру воздуха.

Здесь фрикулинг решили использовать, потому что дата-центр расположен на последнем этаже здания. А значит, выбрасываемый наружу нагретый воздух сразу уходит вверх, а не подавляет другие системы, как это могло бы случиться, будь ДЦ размещен на нижних этажах. Благодаря этому показатель PUE ~1.20

Когда этот этаж освободился, мы обрадовались, поскольку получили возможность проектировать все, что хотим. Главной задачей было создание ДЦ с эффективной и недорогой системой охлаждения.

Плюс адиабатического охлаждения в простоте самой системы. Она проще, чем системы с кондиционерами и еще проще, чем АБХМ, и позволяет экономить энергию, затраты которой минимальны. Тем не менее, ее необходимо тщательно контролировать, чтобы не получилось, как у одного оператора дата-центров в 2012 году. Тогда из-за проблем с настройкой параметров работы в машинном зале образовалось самое настоящее облако и пошел дождь.

Система работает всего второй год, за это время мы выявили ряд небольших проблем, которые устраняем с проектировщиками. Но это не страшно, поскольку в наше время важно постоянно быть в поиске чего-то нового, не забывая проверять уже имеющиеся решения.

Мы постоянно ищем возможности применения новых технологий. Одно из них — оборудование, которое нормально работает при температуре выше 23°. Возможно, расскажем об этом в одной из будущих статей, когда проект выйдет на финальную стадию.

Если хотите узнать подробности о других системах охлаждения в наших ДЦ, то вот статья со всей информацией.