Чиллеры для ЦОД: современные системы охлаждения центров обработки данных

• Зачем чиллеры используют в дата-центрах
• Как работает система охлаждения ЦОД
• Виды чиллеров и схемы применения
• Расчет, резервирование и энергоэффективность
• Обзор чиллеров TICA для ЦОД
• Часто задаваемые вопросы

Чиллеры для ЦОД — промышленные холодильные машины, которые охлаждают воду или водно-гликолевый раствор и отводят тепло от серверного оборудования. Такое охлаждение ЦОД применяют в серверных, дата-центрах и вычислительных кластерах с высокой плотностью стоек. Чиллер для серверной используется при высокой тепловой нагрузке, когда локальные DX-системы охлаждения уже не обеспечивают требуемую холодопроизводительность или возможности масштабирования.

Зачем чиллеры используют в дата-центрах

Серверы, системы хранения данных, сетевые коммутаторы и ИБП превращают потребляемую электроэнергию в тепло. При высокой мощности стоек требуется система охлаждения, работающая круглосуточно и быстро реагирующая на изменение ИТ-нагрузки.

Стабильные температура и влажность уменьшают риск троттлинга, аварийного отключения и ускоренного износа компонентов. Параметры задают по требованиям производителей и проектному классу среды. Для высокоплотных серверов ASHRAE выделяет класс H1 с рекомендуемой температурой воздуха на входе 18–22 °C; конкретные уставки уточняют для выбранного оборудования.

Модульная схема позволяет наращивать холодопроизводительность при установке новых стоек и GPU-серверов, сохраняя резервирование N+1, N+2 или 2N.

Как работает система охлаждения ЦОД

Внутренний теплообменник — CRAH, межрядный модуль или CDU — принимает тепло от воздуха либо жидкостного контура серверов. Насос направляет нагретый холодоноситель в испаритель чиллера. Хладагент поглощает энергию, компрессор повышает давление, а конденсатор отводит тепло в наружный воздух или воду. После расширительного клапана цикл повторяется, охлажденная жидкость возвращается к потребителям.

Автоматика регулирует компрессоры, насосы и вентиляторы по фактической нагрузке. Диспетчеризация контролирует температуру, давление, расход, энергопотребление, утечки и аварии. Для ЦОД важны быстрый перезапуск после пропадания электропитания, последовательный пуск компрессоров и согласование с ИБП и дизель-генератором.

Виды чиллеров и схемы применения

• Воздухоохлаждаемый моноблок размещают на кровле или рядом со зданием. Он не требует градирни и водоподготовки, но эффективность зависит от наружной температуры.
• Водоохлаждаемый чиллер работает с градирней и подходит для крупных ЦОД с высокой постоянной нагрузкой. Схема обычно энергоэффективнее, однако требует насосов, конденсаторного контура, контроля воды и дополнительной площади.
• Чиллер с фрикулингом использует низкую температуру наружного воздуха для охлаждения теплоносителя через дополнительный теплообменник без работы компрессоров либо с их минимальной загрузкой. Чем выше допустимая температура подачи теплоносителя и продолжительнее период низких наружных температур, тем дольше система может работать в режиме свободного охлаждения, снижая энергопотребление компрессоров или полностью отключая их.

Спиральные компрессоры применяют на небольших и модульных объектах, винтовые — на средних и крупных, центробежные и безмасляные — в масштабных системах, где важна эффективность при частичной нагрузке.

Холод может передаваться через прецизионные кондиционеры, CRAH-установки, rear-door теплообменники и контуры прямого жидкостного охлаждения с CDU. Для AI- и HPC-нагрузок ASHRAE рекомендует разделять зоны с разной плотностью тепловыделения и предусматривать масштабируемые вторичные жидкостные контуры.

Расчет, резервирование и энергоэффективность

Подбор начинают с теплового баланса: учитывают мощность ИТ-оборудования и ИБП, температурный график, климат и резерв роста. Также проверяют расход, потери давления, состав холодоносителя, шум, размещение и доступ для обслуживания.

Конфигурация N покрывает нагрузку без резерва, N+1 включает один дополнительный модуль, 2N полностью дублирует систему. Архитектуру выбирают по критичности объекта и допустимому времени простоя.

Энергопотребление снижают фрикулинг, инверторное управление и переменный расход воды. EER характеризует эффективность холодильной машины в расчетной точке, сезонные показатели — при меняющейся нагрузке, а PUE оценивает дата-центр целиком.

Обзор чиллеров TICA для ЦОД

Для систем охлаждения ЦОД TICA предлагает промышленные агрегаты с воздушным и водяным охлаждением конденсатора, спиральными, винтовыми, центробежными и безмасляными компрессорами. Воздухоохлаждаемая линейка охватывает 33,5–1682 кВт. В каталоге представлены модульные TCA и TAS, винтовые TASF, инверторные TCAV, водоохлаждаемые винтовые и центробежные машины, а также безмасляная серия QILE на магнитных подшипниках.

Для крупных дата-центров могут применяться решения TICA–SMARDT с компрессорами Turbocor. Отсутствие масляного контура упрощает обслуживание, а многокомпрессорная компоновка поддерживает регулирование при частичной нагрузке. Серию, количество модулей и резервирование определяют инженерным расчетом. TICA PRO выполняет подбор, поставку, шеф-монтаж, пусконаладку и сервисное обслуживание промышленного HVAC-оборудования.

Часто задаваемые вопросы

Какая система охлаждения подходит для центра обработки данных?

Оптимальный вариант определяют на этапе проектирования дата-центра с учетом тепловой нагрузки, плотности размещения оборудования, климатических условий и требований к резервированию. Для небольших объектов применяют чиллеры для серверных с воздушным охлаждением, а для крупных ЦОД — модульные системы с несколькими холодильными машинами, насосными группами и резервными контурами.

Чем климатическая система дата-центра отличается от обычного кондиционирования?

Системы кондиционирования воздуха в коммерческих зданиях ориентированы прежде всего на комфорт людей. Инженерная инфраструктура дата-центра должна круглосуточно обеспечивать точное поддержание температуры и влажности, отводить большое количество тепла от ИТ-оборудования и сохранять работоспособность при отказе отдельного узла. Поэтому системы охлаждения ЦОД предусматривают резервный источник холода, диспетчеризацию и быстрое восстановление после отключения электропитания.

Когда целесообразно использовать чиллер с воздушным охлаждением?

Такое оборудование подходит, когда необходимо упростить размещение агрегатов и отказаться от градирни, конденсаторного водяного контура и водоподготовки. Наружные моноблочные модели устанавливают на кровле или рядом со зданием. Чиллеры внутренней установки комплектуют выносным конденсатором, поэтому при проектировании необходимо учитывать длину трасс, вентиляцию технического помещения и условия зимней эксплуатации.

Как повысить энергоэффективность климатической инфраструктуры ЦОД?

Для создания эффективных систем охлаждения применяют частотное регулирование компрессоров, насосов и вентиляторов, переменный расход холодоносителя и режим свободного охлаждения. Технология free cooling позволяет при низкой наружной температуре частично или полностью отключать компрессоры. Фактический эффект зависит от климата, температурного графика контура охлаждения и продолжительности работы дата-центра при частичной нагрузке.

Что учитывать, если вычислительная мощность ЦОД растет?

Систему охлаждения следует проектировать с возможностью поэтапного увеличения холодопроизводительности. Когда ЦОД растет, установка дополнительных стоек, GPU-серверов и систем хранения данных повышает нагрузку на контуры отвода тепла от серверов. Модульное применение чиллеров позволяет подключать дополнительную холодильную мощность без полной реконструкции объекта. Для высоконагруженных зон могут использоваться гибридные решения: воздушное кондиционирование сочетают с прямым жидкостным cooling через CDU и локальные теплообменники.