Кондиционирование ЦОД на основе принципа полного фрикулинга

На протяжении ряда последних лет инженеров не покидала идея наиболее полно использовать холод окружающей среды в системах технологического кондиционирования воздуха. Постоянно разрабатывались системы в том или ином виде оснащенные функцией свободного охлаждения, причем большинство разработок было направлено на увеличение временного интервала использования свободного охлаждения.

В настоящий момент одной из самых передовых разработок в этой области являются системы кондиционирования, построенные на базе вращающихся регенераторов. Они подкупают своей простотой и сверхвысокой энергоэффективностью.

«Full freecooling (FFC) System» — это система охлаждения центра обработки данных, основанная на принципе теплообмена между наружным воздухом и воздухом циркулирующем в ЦОД. Собственная разработка компании Ayaks Engineering защищена патентом.

Установка FFC FreeCooling

3D Видеопрезентация системы FFC Freecoling

Устройство и принцип работы FFC System от Ayaks Engineering

Принципиальная схема такой системы включает в себя комплекс элементов (вентиляторов, байпасных линий, роторного теплообменника) каждый из этих элементов в отдельности является простейшим устройством в техническом плане.

Монтаж данных систем, их сервисное обслуживание, ремонтные работы не вызывают никаких сложностей и доступны практически любой вентиляционной компании. Комплектующие, расходные материалы всегда есть на складах Российских компаний, что исключат длительные простои в ожидании поставки из-за рубежа.

Система представляет собой два разомкнутых отдельных контура — наружный и внутренний:

• Во внутреннем контуре циркулирует воздух ЦОД;
• В наружный контур подается уличный воздух.

Основным элементом системы является роторный регенератор, в котором происходит теплообмен между наружным воздухом окружающей среды и воздухом в помещении ЦОД.

Установка FFC System располагается на прилегающей к зданию территории или внутри помещения в отдельно выгороженном модуле. Далее воздуховодами или при помощи шахт в строительных конструкциях, охлажденный воздух подается в помещение ЦОД в расчетном количестве, «затапливая» все пространство. Горячие зоны изолируются от общих зон. Нагретый воздух удаляется из горячих зон вытяжными воздуховодами.

Первый вариант исполнения — FFC DX

Cамый простой, но при этом довольно дорогой и наименее энергоэффективный: во внутренний контур включен обычный компрессорный фреоновый DX-модуль, холодопроизводительность которого полностью покрывает потребности в охлаждении серверного зала до температуры 16–25°С. >Модуль DX включается только тогда, когда роторный теплообменник не справляется с охлаждением воздуха, и лишь доохлаждает его. Такая схема предназначается для заказчиков, которые не располагают возможностями подключения системы охлаждения к системе водоснабжения адиабатических увлажнителей, а также имеют повышенные требования к отказоустойчивости системы.

Второй вариант исполнения — FFC АD

Предполагает использование во внешнем контуре системы адиабатического охлаждения (АD). Адиабатический процесс включается только в жаркую погоду и позволяет снизить температуру уличного воздуха, подаваемого на роторный рекуператор. Важно напомнить, что наружный увлажненный воздух не попадает в серверную, система FFC основана на принципе независимости внутреннего контура циркуляции от изменений влажности наружного воздуха. Роторный теплообменник не переносит влагу из одного контура в другой. Наибольший эффект система адиабатического увлажнения дает в условиях низкой влажности атмосферного воздуха.

Третий вариант исполнения — FFC DX AD

Гибридная схема построения системы охлаждения – FFC DX AD – совмещает в себе элементы двух первых схем. Во внешнем контуре в ней установлен такой же адиабатический модуль, как в схеме FFC AD, а во внутреннем контуре – компрессорный модуль DX с холодопроизводительностью порядка 10–20% от номинала установки FFC. Мощность DX-модуля рассчитывается исходя из необходимости в доохлаждении воздуха на несколько градусов после роторного теплообменника во внутреннем контуре, чтобы температура в серверном зале не превысила заданную заказчиком величину. В гибридном варианте DX-модуль может работать лишь несколько часов в год. Важно отметить, что система также может быть оборудована теплообменниками «воздух – вода» для интеграции ее в существующую или независимую чиллерную систему здания.

Преимущества технологии FFC System:

• высокая энергоэффективность системы: среднегодовой коэффициент эффективности до 10 квт/квт. Коэффициент эффективности в холодный период года до 19 квт/квт;
• работа 96% времени в году без использования компрессоров;
• высокая надежность и ремонтопригодность оборудования. Повышенный ресурс;
• большая гибкость системы: неограниченная фактическая и эквивалентная длина трасс;
• возможность снятия до 50 кВт со стойки;
• низкая шумность системы;
• экологически чистое решение;
• PUE до 1,16;
• CAPEX соизмеримо с чиллерной системой. Разница CAPEX с DX нивелируется через 2 года;
• экономия электроэнергии до 60%;
• уменьшение площади ЦОД;
• выполнение функций вентиляции подпора и газоудаления;
• не требуется установка по схеме N+1. Выход из строя любого элемента системы не приведет к ее остановке.

Преимущества решения FFC System над зарубежными аналогами:

• разработчик российская компания c запатентованной российской технологией;
• опыт российской реализации;
• опыт эксплуатации при экстремально низких температурах;
• возможность заказчиком обслуживать системы своими силами;
• возможность реализации системы автоматизации на отечественных, доступных компонентах;
• наличие сервисной службы 24/7 на территории Московского региона;
• возможность предоставления сервисных услуг в регионах;
• наличие запчастей на складах поставщиков на территории РФ;
• наличие собственных монтажных ресурсов в штате компании;
• наличие собственного проектного отдела, знакомого с российскими нормами;
• использование универсального ЗИП.

Меньшие затраты на реализацию системы FFC на 30-40% по сравнению с зарубежными аналогами!

Конференция "Охлаждение ЦОД 2013". Бескомпрессорный ЦОД.

Конференция "Охлаждение ЦОД 2012". Выступление Аякс №1

Конференция "Охлаждение ЦОД 2012". Выступление Аякс №2

Конференция "Охлаждение ЦОД 2012". Выступление Аякс №3

Референц лист реализованных проектов в России

2015 г. Система кондиционирования "FFC System" для цода Федеральной налоговой службы РФ (ФНС) в г. Дубна.

При строительстве ЦОД ФНС большое внимание было уделено применению самых современных технологий и системе технологического кондиционирования воздуха в частности. Для обеспечения бесперебойной работы дата-центра, компания Ayaks Engineering разработала и внедрила энергоэффективную систему охлаждения.

На данный момент в центре установлены 150 серверных стоек, а в будущем планируется их увеличение до 450 шт.Основной составляющей системы холодоснабжения машинных залов являются центральные кондиционеры российской разработки — "FFC System".

Характеристики системы охлаждения

2015 г. Центр обработки данных компании «Ай-Эм-Ти» в «Алабушево» г. Зеленоград. Мощность IT нагрузки — 2,2 МВт, (2013-2014 г.)

ЦОД Cloud DC Moscow 1 занимает участок в 1,5 га с собственными коммуникациями, на котором уже действует режим свободной таможенной зоны. Это один из самых энергоэффективных дата-центров в России: его средний коэффициент PUE составляет 1,2. 150 стоек размещены в трех залах-саркофагах, подведенная мощность достигает 1,65 МВт. Общая площадь ЦОДа — 1900 кв. м.

FFC System — собственная разработка компании Ayaks Engineering по охлаждению центров обработки данных, на основе принципа теплообмена между потоками наружного воздуха и воздуха циркулирующего в ЦОД. Решение отвечает самым высоким требованиям по надежности, отказоустойчивости и энергоэффективности.

Характеристики объекта

Температура приточного воздуха в серверное помещение	Сº	+23 - + 27
Количество часов в году с температурой приточного воздуха более +23С	часов	100
Температура подключения системы дополнительного адиабатного охлаждения.	Cº	+21
Максимальное энергопотребление системы кондиционирования серверных/ установленная мощность системы кондиционирования серверных	кВт	210
Время работы системы в режиме freecooling в году	часов	8760
Максимальный расход воды	м3/ч	3
Максимальное количество часов в году с подключенной системой адиабатного охлаждения	часов	567
Предполагаемый расход воды в год	м3	1200
Расчетный Среднегодовой PUE при полной загрузке ЦОД	.	1,10
Минимальный PUE	.	1,03
Максимальный PUE	.	1,15
Расчетный Теоретический Среднегодовой EER (количество кВт холода выработанного при затрате 1 кВт электроэнергии)	кВт/кВт	11
Минимальный EER	кВт/кВт	6,65
Максимальный EER	кВт/кВт	16

2011г. Центр обработки компании Яндекс в Подмосковье, мощность IT нагрузки — 2,2 МВт

Характеристики объекта

• 4 машинных зала 560 кВт
• 96 средненагруженных стоек по 12 кВт
• 72 высоконагруженных стоек по 15,5 кВт
• 8 установок FFC по 280 кВт, по 2 FFC на машинный зал
• Диаметр роторного регенератора 4260 мм
• 5 холодильных машин по 560 кВт, 4 рабочих, 1 резервная
• Резервирование Tier 3
• Параметры воздуха +25С на входе в стойку , +38С на выходе
• Точка полного перехода режима freecooling +22С
• Точка полного перехода на работу от холодильных машин +33С
• Мощность на ИБП 250 кВт из 1250 кВт
• Расчетный PUE от 1,11 до 1,49
• Расчетный PUE от 1,11 до 1,49
• Коэффициент энергоэффективности EER от 13 до 2
• Среднегодовой EER 8 кВт/кВт

Тестовая установка FFC мощностью 60 кВт, тестирование в Подмосковье в 2009-2010 гг и в Красноярском крае в 2013 г.

Фактические данные эксплуатации за период экстремально «жаркого» лета в Подмосковье в 2010 г.:

Средний холодильный коэффициент за лето 2010 года этот период составил 6,12 кВт/кВт

Средний холодильный коэффициент за 2010 год составил 8,4 кВт/кВт

Тестирование в 2013 г. в Красноярском крае доказало эффективную работу при низких температурах до -45 C.