Chłodzenie swobodne to krok w kierunku redukcji wykorzystania chłodziarek sprężarkowych. W idealnym przypadku energia potrzebna jest już tylko dla wentylatorów agregatu free cooling i ewentualnych pomp zimnej wody. Efektywność całego systemu jest mocno powiązana z warunkami klimatycznymi na miejscu: centrum danych w Skandynawii będzie pracować znacznie taniej niż zlokalizowane na południu Europy.

Jak to działa?

W chłodzeniu swobodnym urządzenia wykorzystują zasadę konwekcji: ciepło ze schładzanego medium, najczęściej mieszanki wody i glikolu, jest odbierane przez otaczające powietrze. Odbywa się to w ustawionym na zewnątrz agregacie swobodnego chłodzenia, np. płytkowym wymienniku ciepła lub podobnym urządzeniu, przez które przepływa ciepła woda. Jednocześnie z wody jest odbierane ciepło. Im większa powierzchnia kontaktowa płytek, tym efektywniej działa system. Ilość przepływającego powietrza, a tym samym moc chłodniczą, można zwiększyć za pomocą wentylatorów. Zaleta to niższe zużycie energii do wytwarzania zimna. Możliwa temperatura dopływu jest jednak tylko nieco wyższa niż temperatura powietrza otoczenia. Jako wartość orientacyjną przy projektowaniu przyjmuje się ok. +3ºC.

Realizacje chłodzenia swobodnego dzieli się na bezpośrednie i pośrednie. Bezpośrednie do eliminowania ciepła powstającego w centrum danych możliwie bezpośrednio wykorzystują medium chłodnicze – np. powietrze z zewnątrz w przypadku dużych centrów danych z homogenicznymi środowiskami (jak samochłodzące się centrum danych Yahoo w amerykańskim stanie Nowy Jork).

Zasada wydaje się prosta, trudne jest jednak niwelowanie podstawowych wad tej metody: wpływające powietrze musi zostać oczyszczone z pomocą instalacji filtrów, niezbędne są też środki kompensujące pogodowe wahania temperatury. Mieszacz umożliwia np. dodawanie do zimnego powietrza ciepłego powietrza wylotowego z centrum danych, jednak przy zbyt wysokich temperaturach zewnętrznych trzeba włączyć sprężarkę chłodniczą. Kolejne wyzwanie to stale zmieniająca się wilgotność powietrza, np. z powodu deszczu. Zbyt wilgotne (ale też zbyt suche) powietrze może bowiem negatywnie wpływać na żywotność komponentów IT.

Chłodzenie adiabatyczne: uwaga na rozwój bakterii

Zasada chłodzenia adiabatycznego może być wykorzystana jako technologia uzupełniająca w celu poprawy efektywności bezpośredniego chłodzenia swobodnego. Zanim wpływające powietrze trafi do wymiennika ciepła, zostaje zmieszane z rozpyloną wodą. Drobne krople sprawiają, że woda w ciepłym strumieniu powietrza natychmiast paruje. Podczas tego przejścia ze stanu ciekłego do gazowego następuje termodynamiczna zmiana stanu, a woda odbiera ciepło z otaczającego powietrza. Dzięki temu istnieje możliwość dodatkowego obniżenia temperatury dopływu do systemu chłodzenia.

Jednym z wyzwań tej metody jest możliwość rozwoju bakterii. Wszędzie tam, gdzie wykorzystuje się wodę, istnieje ryzyko rozwoju legionelli. Niezbędne są więc dodatkowe środki ochrony, np. regularne czyszczenie, większe natężenie przepływu wody lub ekranowanie światła słonecznego.

Pośrednie chłodzenie swobodne: czyste rozwiązanie

W celu chłodzenia średniej infrastruktury IT do ok. 200 kW, szczególnie w firmach średniej wielkości, w naszych szerokościach geograficznych najczęściej wybierane jest chłodzenie pośrednie, w ramach którego powietrze zewnętrzne oziębia płyn chłodzący, np. wodę używaną do chłodzenia wewnątrz budynku. Woda staje się więc medium, za pomocą którego przenosi się ciepło w centrum danych. W systemie chłodzenia pośredniego do wnętrza budynku nie jest przenoszona wilgoć i nie jest wdmuchiwane zimne powietrze z zewnątrz, wobec czego potrzeba mniej systemów filtrowania. Należy jednak zapewnić co najmniej jeden wymiennik ciepła powietrze/woda oraz pompy w systemie wody chłodniczej, które do pracy potrzebują energii elektrycznej. Chłodzenie pośrednie bardzo dobrze sprawdza się przy zmiennych warunkach pogodowych i zmianach temperatur w różnych porach roku.

www.rittal.pl