Rambler's Top100
Статьи
Аркадий ИВАНОВ  27 августа 2019

Терконы в ЦОДах: как вдвое снизить стоимость системы охлаждения

Разработанные для систем терморегулирования космических аппаратов контурные тепловые трубы приходят в ЦОДы. Компания «Теркон КТТ» предлагает комплексное решение, позволяющее существенно снизить стоимость и энергопотребление ИТ-объектов.

Разработка для космоса

В 1972 году российские ученые Ю.Ф. Герасимов и Ю.Ф. Майданик из Екатеринбурга (тогда Свердловска) создали теплопередающее устройство, которое впоследствии получило название «контурная тепловая труба». Эта разработка стала ответом на потребность аэрокосмической отрасли в эффективных, надежных и компактных системах терморегулирования, способных работать как в земных условиях, так и в невесомости.

Разработчики многих стран ранее пытались заставить тепловые трубки работать в космосе, где нет силы тяжести. Долгое время не получалось. Группе Майданика удалось реализовать идею за счет того, что трубку «закольцевали» – сделали ее в виде контура, петли, отсюда и название «контурная тепловая труба» (КТТ), или теркон. Задача была успешно решена, и вот уже более 25 лет российские и зарубежные космические аппараты с системами терморегулирования на базе КТТ покоряют космос.

В 2004 году начало свою работу предприятие «Теркон-КТТ», основателями которого стали Ю.Ф. Майданик и его сотрудники из Института теплофизики Уральского отделения РАН. А через 10 лет, в 2014-м, инвестиционный фонд УК «Лидер» (крупнейший в России по объемам активов в управлении) проинвестировал компанию «Теркон-КТТ» с целью создания технологии производства КТТ. Компания успешно реализовала ряд проектов с применением тепловых трубок, в том числе для Ядерного центра в Снежинске, для компаний «РТ-Софт» и «Аквариус». Среди прочих заказчиков – «Доломант», «Ангстрем-телеком», «Инфотекс» и др.

В 2017 году компания «Теркон-КТТ» решила сконцентрировать усилия на рынке решений для ЦОДов. К этому ее руководителей подтолкнули, в частности, запросы от различных ИТ-компаний, таких как «Яндекс», Bull, Jatronics, «Т-Платформы», РСК и др.

Быстро стало понятно, что заказчикам на этом рынке нужны не собственно тепловые трубки, а комплексные решения. Для этого необходимо было наладить сотрудничество, с одной стороны, с ведущими производителями серверного оборудования, а с другой – с проектировщиками и разработчиками систем охлаждения для ЦОДов.

Серверы с гарантией

Чтобы иметь возможность напрямую поставлять серверы с интегрированными тепловыми трубками и сохранением гарантии, компания «Теркон-КТТ» стала партнером Dell, Huawei, Lenovo, IBM, российского производителя ICL Techno и активно работает с «Аквариусом». Специалисты компании устанавливают на процессор испаритель тепловой трубы «Теркон» и поставляет заказчику серверы с уже интегрированным теплоотводом LHP (Loop Heat Pipe). Перед отправкой заказчику серверы тестируются, и он получает полностью работоспособную систему с гарантией под ключ.

Политика большинства производителей серверного оборудования такова: при использовании компонентов несертифицированных производителей гарантия на серверное оборудование сохраняется, если не превышается температура эксплуатации, не возникает перебоев в электропитании и не повреждены компоненты. Иногда может потребоваться проверка серверов – для этого необходимо установить штатную систему охлаждения и отправить сервер производителю (этот вопрос подробно прорабатывали с Dell).

Сервер с установленной тепловой трубкой «Теркон»

В случае модернизации уже приобретенных серверов гарантия на компоненты сохраняется. Этот вопрос специалисты «Теркон-КТТ» выясняли с представителями Intel: если температура процессора не превышает допустимых значений, то гарантия сохраняется. При этом неважно, каким способом осуществляется охлаждение.

Как это работает

Установленный на процессор испаритель трубки обеспечивает эффективный отвод тепла (помимо процессора трубка попутно может снимать тепло с планок памяти, дисков и прочих компонентов). Работает это следующим образом: когда процессор выделяет тепло, внутри трубки происходит фазовый переход теплоносителя в состояние пара, в результате чего тепло поглощается. Пар поступает в зону конденсации, и уже сконденсировавшаяся жидкость подсасывается в зону нагрева за счет капиллярных сил пористой структуры, находящейся в зоне испарения внутри трубки.

Важно отметить следующие моменты:
  • внутри тепловых трубок «Теркон» нет механических подвижных частей – нечему ломаться;
  • для переноса потока тепла в виде пара не требуется электрической энергии – тепло отводится за счет фазового перехода и капиллярных сил;
  • трубка «Теркон» – пассивное герметичное устройство из нержавеющей стали.
«Терконы» отводят тепло от процессоров (памяти, дисков) на первичный (стоечный) теплообменник, который может располагаться за серверами внутри серверного шкафа, либо за его пределами. Двойное количество каналов внутри теплообменника позволяет обеспечить резервирование для соответствия требованиям Uptime Tier III.
 
 Алюминиевый стоечный теплообменник (шина)

Дата-центрам важны не только высокие эффективность и надежность, но и удобство обслуживания. Это удобство во многом является защитой от негативных эффектов, связанных с человеческим фактором. Чтобы обеспечить такое удобство, специалистам «Теркон-КТТ» пришлось немало поработать над системой соединения трубок с вторичным контуром. Для присоединения конденсаторов тепловых трубок к теплообменнику был разработан и запатентован специальный «сухой замок».

Подключение теплообменника к вторичному контуру системы охлаждения
 
Через стоечный теплообменник прокачивается теплоноситель (этиленгликоль, его аналог либо вода), который поступает на внешний блок охлаждения (адиабатический охладитель, драйкулер), и за счет разницы температур с окружающей средой тепло сбрасывается. Поскольку большая часть тепла от сервера переносится «Терконами» на внешний теплообменник, то охлаждающая жидкость во вторичном контуре системы охлаждения может иметь температуру 40–55℃, что позволяет обеспечивать круглогодичный фрикулинг. Перепад давления во вторичном контуре небольшой, максимум 50 кПа. Это значит, что нагрузка на насосы низкая и соответственно требования к ним невысокие, поэтому стоимость владения и приобретения у них ниже, чем у оборудования для высокого давления.

 
Основные преимущества

Комплексная система охлаждения для ЦОДов на базе технологии LHP была разработана «Теркон-КТТ» совместно со специалистами Alfa Laval (в 2019 году подразделение Alfa Laval по воздушным теплообменникам было приобретено компанией LU-VE). Проект был поддержан одним из ведущих российских коммерческих ЦОДов DataPro, который предоставил площадку для размещения такой системы.

Согласно расчетам, проведенным специалистами «Теркон-КТТ» и LU-VE, использование системы LHP позволяет:
  • до 52% сократить капитальные затраты на систему охлаждения за счет снижения потребности в генерации холодного воздуха;
  • до 94% сократить расход электроэнергии на систему охлаждения за счет снижения нагрузки на систему кондиционирования и насосы;
  • до 10% сократить энергопотребление серверов за счет уменьшения количества вентиляторов в серверах;
  • до 33% сократить затраты на подключение электрической мощности за счет значительно меньшей общей потребляемой мощности и мощности резервной дизель-генераторной установки.
По стоимости решение на основе технологии LHP сопоставимо с классической системой воздушного охлаждения.

Специалистами компаний «Теркон-КТТ» и LU-VE Moscow был выполнен расчет коэффициента pPUE (PUE системы охлаждения) для четырех вариантов организации системы охлаждения:
  1. Традиционное кондиционирование: шкафной кондиционер (CRAC), чиллер, драйкулер (Alfa V).
  2. Низкоскоростная вентиляция (LSV), чиллер, адиабатический внешний блок (Abatigo).
  3. Низкоскоростная вентиляция (LSV) и адиабатический внешний блок (Abatigo).
  4. LHPDC, низкоскоростная вентиляция (LSV), адиабатический внешний блок (Abatigo) и драйкулер (Alfa V).
Представленные ниже результаты расчетов показывают, что наименьшее значение pPUE (1,05) имеет система с использование трубок «Теркон» (LHP).
 
Применение

Апробированная в ЦОДе DataPro система охлаждения на основе технологии LHP представляет интерес для различных ситуаций и проектов. Вот лишь некоторые:
  • Ввод новых мощностей и/или строительство нового ЦОДа. Предлагаемое решение позволит снизить капитальные затраты, поскольку на единицу ИТ-мощности потребуются менее мощные инженерные системы (чиллеры, насосы, ИБП, батареи, ДГУ). Кроме того, площадь на единицу ИТ-мощности потребуется на 15–20% меньше, а это означает, что участок под застройку необходим меньшей площади, сокращаются затраты на саму стройку, проектирование и согласование.
     
                     https://lhpdc.ru/
  • Развитие ЦОДов с увеличением плотности размещения оборудования. Часто такое развитие осложняется ограничениями по холодоснабжению и подведенной мощности. Даже если энергетическая мощность ЦОДа позволяет это сделать, имеющегося холодоснабжения, как правило, не хватает, а установка нового или дополнительного оборудования влечет за собой не только новые затраты, но зачастую невозможна без серьезной реконструкции самого здания и инфраструктуры ЦОДа. Например, может потребоваться реконструкция всей вентиляционной системы, чтобы обеспечить необходимый объем дополнительного воздуха для холодоснабжения.
  • Улучшение энергоэффективности и экономики ЦОДов, особенно в южных регионах страны.
Безусловно, внедрение новых технологий – это всегда непросто, приходится менять процессы проектирования, согласования, эксплуатации. Однако преимущества технологии LHP делают решение на ее базе очень привлекательным. Десятки процентов экономии капитальных затрат и электроэнергии – за такие изменения стоит побороться.

Аркадий Иванов, генеральный директор, «Теркон-КТТ»
Поделиться:
Заметили неточность или опечатку в тексте? Выделите её мышкой и нажмите: Ctrl + Enter. Спасибо!