Freecooling – zvýšení efektivity datového centra o 35%

Dlouho jsme do našeho datového centra Coolhousing hledali vhodnou technologii, která by pomohla životnímu prostředí, zefektivnila provoz a zároveň snížila energetickou náročnost celého datového centra. Nakonec jsme po pečlivém uvážení všech nabízených technologií zvolili systém Freecooling.

Provoz datových center patří mezi energeticky nejnáročnější na světě z pohledu spotřebované energie i produkce oxidu uhličitého. V posledních 20 letech ovšem vzniklo několik velmi slibných technologií, které slibují snížení jak CO₂, tak energetické náročnosti technického provozu. Lze zmínit využití fotovoltaiky, vodního chlazení, nebo tzv. Freecoolingu, systému volného chlazení. Dlouho jsme počítali, analyzovali, která technologie by se do našich podmínek nejvíce hodila ať už z pohledu zmíněné redukce energetické a potažmo finanční náročnosti, kterou bychom poté mohli pozitivně promítnout ve snížení cen našich služeb, tak z pohledu návratnosti investice.

Instalace a detailní měření

Vše výše uvedené splňoval systém Freecooling, který jsme v našem datovém centru začali instalovat v polovině roku 2022 a dokončili jej v březnu 2023. Freecooling, neboli systém volného chlazení, využívá (nasátí) vzduchu nízké teploty v okolí pro snížení teploty uvnitř objektu, nebo pro tvorbu chladu. Redukcí teploty uvnitř budovy touto velmi jednoduchou metodou totiž nemusí hlavní chladící jednotky, nebo klimatizace fungovat na plný výkon,
a tím pádem dochází k redukci jejich spotřeby a vyšší efektivitě provozu celého objektu. 

Do našeho datového centra jsme vybrali metodu tzv. přímého Freecoolingu a trochu ji modifikovali do našich provozních podmínek. Freecooling totiž často bývá instalován do nově postavených budov a ve stávajících datových centrech nezbývá dostatek prostoru na instalaci této technologie. Nicméně naše datacentrum je zároveň i telehousem, postupně jsme naše vnitřní prostory upravili takovým způsobem, aby se modifikovaná verze Freecoolingu mohla realizovat. Náš Freecooling nasává venkovní studený vzduch do vícestupňové filtrace, aby získal optimální vlhkost, teplotu i čistotu, a následně je přímo vpouštěn do teplé uličky. Filtrovaná a studená část se smísí v serverovně s teplým vzduchem ze serverů a dalších technologií, čímž jeho teplota klesá a vnitřní chladící jednotky nemusí spotřebovat takové množství energie pro jeho další ochlazení.

Abychom mohli průběžně vyhodnocovat účinnost chlazení, energetické efektivity celého provozu a zároveň jsme zajistili automatický provoz celého systému, investovali jsme nemalou částku do nového monitoring teplot a MaR systému. Nový monitoring v reálném čase velmi detailně měří jak příkony každého serveru v serverovně, teploty každé uličky, tak vyhodnocuje okolní teplotu. Jakmile teplota překročí hranici 23°C, celý Freecooling se vypne z důvodu nízké efektivity.

Zvýšení efektivity o 35%

Pro reálné vyhodnocení úspěšnosti tohoto systému jsme porovnali dvě příkonově téměř stejné části našeho datového centra. Serverovnu S3, kde jsme nainstalovali technologii Freecooling, a serverovny S1 a S2, kde daná technologie není implementována. Tímto rozdělením jsme schopni zjistit, jak výrazně nový systém pomohl ke zvýšení efektivity a jak se příkony chladící infrastruktury v těchto dvou částech liší. Pro lepší představu o úspoře v prospěch sálu S3 jsme rozdíl převedli na procenta.

Z výsledků měření a srovnání chlazení obou částí je zřejmá zvýšená efektivita v rámci datového sálu S3, jejíž hodnota se blíží 50% na začátku měření. Ovšem se stoupajícími teplotami venku, klesá efektivita celého Freecoolingu a při teplotě nad 23°C se sám vypíná. Systém funguje v teplých měsících převážně v noci a tudíž začátkem května jeho efektivita postupně klesá. Nicméně i přes zmíněný nástup letních teplot Freecooling dokázal v serverovně S3 snížit příkon chlazení za více než 2 měsíce sledování v průměru o 31,7% a v případě hodnoty mediánu až o 34,8% oproti spotřebě energie systému chlazení v datových sálech S1 a S2

Je nutné ještě doplnit, že měření teplot probíhalo v období, kdy chladící jednotky jsou nejvíce efektivní. V letních měsících bude náš nový systém ve větší míře mimo provoz a spustí se opět na začátku podzimu a bude fungovat přes zimu až do konce jara. V zimních měsících, dle našeho testovacího provozu, který jsme zahájili na podzim minulého roku, by měl systém s klesající teplotou opět navyšovat efektivitu našeho provozu a vyvážit menší efektivitu klimatizačních jednotek při bodech mrazu.

Další vyhody a zelené plány

Celý projekt volného chlazení zatím vykázal v testovacím i ostrém provozu velmi zajímavé výsledky a podstatný přínos – více než třetinové zvýšení efektivity chlazení, což může z dlouhodobého horizontu znamenat velkou energetickou úsporu. A to není vše. Kombinací Freecoolingu a našeho chladícího systému dochází rovněž k redukci zátěže a požadavků na výkon našich klimatizací, což znamená prodloužení jejich životnosti a ušetření dalších investic.  

Náš Freecooling budeme i dále optimalizovat a rozšiřovat do zbylých částí našeho datového centra. Spolu s těmito kroky plánujeme upravovat střechu datacentra za účelem snížení venkovní teploty zejména v letních měsících a rovněž přemýšlíme nad využitím odpadního tepla. To vše pro vyšší efektivitu našeho provozu, která se postupně pozitivně projevuje v cenách našich služeb a naší odpovědnosti k životnímu prostředí.