Энергопотребление систем охлаждения в ЦОД (центрах обработки данных) может достигать 40% от общих затрат, что делает поиск энергоэффективных решений критически важным. Одним из перспективных подходов является фреоновый фрикулинг – гибридная система, сочетающая компрессорное охлаждение на фреоне и свободное охлаждение (фрикулинг).

В этой статье рассмотрим, как фреоновый фрикулинг применяется в ЦОД, его преимущества, технические особенности и экономическую эффективность.

Существующие системы свободного охлаждения

Система 1 с использованием драйкулеров.

В дата-центрах такой фрикулинг работает по двум основным режимам:

1. Режим свободного охлаждения (фрикулинг).

• Когда температура наружного воздуха опускается ниже заданного уровня (обычно +10°C и ниже), система переключается на пассивное охлаждение..
• Хладагент циркулирует через теплообменники (драйкулеры) без использования компрессоров.
• Электроэнергия тратится только на работу насосов и вентиляторов, что снижает энергопотребление на 50–70%

2. Компрессорный режим (фреоновое охлаждение).

• При повышении наружной температуры включается компрессор.
• Обеспечивается стабильное охлаждение серверных стоек даже в жаркую погоду.
• Автоматическое переключение между режимами позволяет оптимизировать энергозатраты в зависимости от сезона и климатических условий.

Этот тип фрикулинга применяется в большинстве случаев и сегодня, но и у такой системы есть определенный минусы, а именно:

Сложность проектирования.

• Требуется дополнительный гидравлический расчет и подбор насосных групп с запорно- регулирующей арматурой.
• Требуется проектирование системы автоматики.

Высокие капитальные затраты.

• Необходимость установки драйкулеров, теплообменников, сложной автоматики.
• Необходимость выделения площадей под насосные группы.
• Срок окупаемости – 3–7 лет в зависимости от климата и тарифов на электроэнергию.

Техническое обслуживание.

• Контроль за состоянием антифриза (утечки, замена по истечении срока годности).
• Коррозия теплообменников и запорно-регулирующей арматуры.

Безопасность.

Есть риск прорыва трубопроводов в зоне установки серверных стоек.

Система 2 Фрикулинг с использованием наружного воздуха: принцип работы и применение в ЦОД

Фрикулинг за счет наружного воздуха — это метод охлаждения дата-центров, при котором холодный уличный воздух напрямую или опосредованно используется для отвода тепла от серверного оборудования. Этот подход позволяет значительно снизить энергопотребление систем охлаждения, особенно в регионах с холодным или умеренным климатом.

1. Принцип работы.

• Наружный воздух забирается напрямую с улицы и подается в серверные залы через систему фильтров.
• Теплый воздух из ЦОД выводится наружу.

Преимущества:

• Максимальная энергоэффективность (PUE может достигать 1.05–1.1).
• Простота конструкции.

Недостатки:

• Не все климатические зоны и условия подходят. К примеру зоны с высокой снеговой нагрузкой и низкими отрицательными температурами(особенно резкими перепадами) не подходят для это типа фрикулинга.
• Требуется высококачественная фильтрация (пыль, влага, загрязнения) – повышенные затраты на замену фильтров.
• Затраты могут стать выше чем на системе с драйкуллерами из-за применения более производительных систем увлажнения.
• Существенные геометрические ограничения помещения – внутренние блоки кондиционеров должны быть расположены у внешних стен и иметь беспрепятственный забор воздуха.
• Сложность проектирования – расчет системы воздуховодов.
• Сложность монтажных работ – дополнительно к фреонопроводам, прокладка воздуховодов.

Для решения вопросов надежности, снижения капитальных затрат и более простого проектирования и монтажа была разработана инновационная система фреонового фрикулинга.

Преимущества фреонового фрикулинга RoyalClima Coolnet для ЦОД

1. Снижение PUE (Power Usage Effectiveness).

• PUE = Общее энергопотребление ЦОД / Энергопотребление IT-оборудования.
• Внедрение фрикулинга позволяет снизить PUE до 1.2–1.4, что соответствует лучшим мировым практикам.

2. Экономия электроэнергии.

• В зонах с умеренным и холодным климатом(90% территории России) фрикулинг может работать до 80% времени в году, значительно сокращая затраты.
• Экономия на охлаждении достигает 30–60% по сравнению с традиционными прецизионными кондиционерами.

На графике ниже приведены расчетные данные с учетом времени стояния температуры в году. 

3. Простота проектирования и монтажа.

Система проектируется и монтируется как обычный прецизионный кондиционер с воздушным охлаждением конденсатора.

4. Низкие капитальные затраты.

Прецизионный кондиционер с фреоновым фрикулингом всего на 12% дороже обычного прецизионного кондиционера с воздушным охлаждением.

5. Высокая надежность и безопасность.

• Отсутствует угроза протечки теплоносителя.
• Доступно резервирование фреонового насоса.
• В случае выхода фреонового насоса из строя система переключается на компрессорное охлаждение и работает как обычный прецизионный кондиционер с воздушным охлаждением конденсатора.
• Фреоновый контур не требует обслуживания и рассчитан на весь срок службы прецизионного кондиционера

6. Экологичность.

• Снижение углеродного следа за счёт меньшего энергопотребления.
• Не требует утилизации отработанного теплоносителя

Заключение

Фреоновый фрикулинг – это оптимальное решение для ЦОД в умеренном и холодном климате, позволяющее значительно снизить энергопотребление и эксплуатационные затраты. Несмотря на более высокие первоначальные вложения, технология быстро окупается за счёт экономии электроэнергии и повышения экологичности дата-центра. С развитием альтернативных хладагентов и систем автоматизации фреоновый фрикулинг станет стандартом для энергоэффективных ЦОД будущего.