Datakeskuksen free cooling kylmässä ilmastossa tarkoittaa sitä, että ulkoilman tai ympäristön viileyttä hyödynnetään suoraan palvelinlaitteiston jäähdyttämiseen ilman, että perinteistä kompressoripohjaista jäähdytyskonetta tarvitaan lainkaan tai sen käyttö jää minimiin. Suomi ja muut Pohjoismaat ovat erityisen hyviä paikkoja tämän tekniikan soveltamiseen, koska ulkolämpötila pysyy merkittävän osan vuodesta riittävän alhaisena tehokkaaseen vapaajäähdytykseen.
Tässä artikkelissa käymme läpi, miten ilmapohjainen ja nestepohjainen free cooling eroavat toisistaan, milloin vapaajäähdytys ei enää riitä, miten se vaikuttaa energiatehokkuuteen ja PUE-lukuun, mitä sähkötekniikan komponentteja se vaatii sekä sopiiko se uusiin ja olemassa oleviin datakeskuksiin. Tutustu palveluihimme ja katso, miten voimme tukea datakeskusprojektisi sähköteknisiä tarpeita.
Mitä hyötyä kylmästä ilmastosta on datakeskuksen jäähdytyksessä?
Kylmä ilmasto on datakeskuksen jäähdytyksessä suuri etu, koska se mahdollistaa free coolingin eli vapaajäähdytyksen käytön suurimman osan vuodesta. Kun ulkolämpötila on riittävän alhainen, datakeskus voi siirtää palvelinten tuottaman lämmön ulos ilman energiaa kuluttavia kompressoreita. Suomessa tämä tilanne vallitsee tyypillisesti kahdeksan kuukautta vuodessa tai enemmän.
Käytännön hyödyt ovat merkittäviä. Kompressoripohjainen jäähdytys on datakeskuksen suurimpia sähkönkuluttajia, joten sen käytön vähentäminen laskee suoraan energiakustannuksia. Kylmässä ilmastossa sijaitseva datakeskus voi saavuttaa huomattavasti paremman PUE-luvun kuin lämpimämmässä sijaitseva vastine, koska jäähdytykseen käytettävä energia suhteessa IT-laitteiston kuluttamaan energiaan pienenee.
Pohjoismaisen ilmaston etuja ovat:
- Pitkä kylmä kausi, jolloin täysi free cooling on mahdollinen
- Viileät yöt myös kesällä, jotka helpottavat jäähdytystä
- Matala kosteustaso talvella, mikä vähentää laitteistoon kohdistuvia kosteusriskejä
- Mahdollisuus hyödyntää hukkalämpöä kaukolämpöverkkoon
Suomessa datakeskuksia on rakennettu juuri siksi, että ilmasto-olosuhteet tekevät free coolingista taloudellisesti kannattavaa. Vapaajäähdytyksen laaja hyödyntäminen vähentää myös laitteiston kulumista, koska kompressorit ovat mekaanisesti kuormittuneita osia, joiden huoltotarve kasvaa käyttötuntien myötä.
Miten ilmapohjainen ja nestepohjainen free cooling eroavat toisistaan?
Ilmapohjainen free cooling johtaa viileän ulkoilman suoraan tai epäsuorasti palvelinhallin ilmankiertoon, kun taas nestepohjainen free cooling käyttää vettä tai glykoliliuosta lämmönsiirtoaineena, joka kerää lämmön palvelimilta ja luovuttaa sen ulkoilmaan nestejäähdyttimen kautta. Nestepohjainen ratkaisu on yleensä tehokkaampi suurissa datakeskuksissa.
Ilmapohjainen free cooling
Ilmapohjaisessa järjestelmässä ulkoilma suodatetaan ja johdetaan palvelinsaliin joko suoraan tai lämmönvaihtimen kautta. Suora ilmajäähdytys on yksinkertainen ja halpa toteuttaa, mutta se vaatii tarkan ilmansuodatuksen ja sopii parhaiten alueille, joissa ilmanlaatu on hyvä. Epäsuorassa ilmajäähdytyksessä ulkoilma ja sisäilma eivät sekoitu, vaan lämpö siirtyy levylämmönvaihtimen kautta.
Ilmapohjaisen ratkaisun etuja ovat alhaisemmat investointikustannukset ja yksinkertaisempi rakenne. Sen rajoituksena on, että se toimii parhaiten pienemmissä ja keskisuurissa datakeskuksissa, joissa palvelintiheys ei ole erittäin korkea.
Nestepohjainen free cooling
Nestepohjaisessa järjestelmässä glykoli-vesiseos kiertää putkistossa palvelinten jäähdytysyksiköistä ulkona sijaitsevaan nestejäähdyttimeen. Nestejäähdytin luovuttaa lämmön ulkoilmaan puhaltimien avulla. Tämä ratkaisu sopii hyvin suurille datakeskuksille, koska neste siirtää lämpöä ilmaa tehokkaammin ja putkisto voidaan reitittää joustavasti.
Nestepohjaisen free coolingin etuja ovat:
- Korkea lämmönsiirtotehokkuus
- Soveltuu suuriin kapasiteetteihin
- Mahdollistaa hukkalämmön talteenoton kaukolämpöön
- Vähemmän herkkä ulkoilman epäpuhtauksille
Valinta ilma- ja nestepohjaisen ratkaisun välillä riippuu datakeskuksen koosta, palvelintiheydestä ja siitä, onko hukkalämmön hyödyntäminen tavoitteena.
Milloin free cooling ei enää riitä datakeskuksen jäähdyttämiseen?
Free cooling ei riitä datakeskuksen jäähdyttämiseen silloin, kun ulkolämpötila nousee niin korkeaksi, että ympäristön viileys ei enää riitä poistamaan palvelinten tuottamaa lämpökuormaa. Suomessa tämä tilanne tulee vastaan tyypillisesti hellejaksoilla kesällä, jolloin kompressoripohjaista jäähdytystä tarvitaan tueksi.
Käytännössä useimmat datakeskukset käyttävät hybridijärjestelmää, jossa free cooling on ensisijainen tapa ja mekaaninen jäähdytys astuu mukaan tarvittaessa. Tätä kutsutaan osittaiseksi free coolingiksi tai seka-ajoksi. Järjestelmä voi automaattisesti säätää kompressorin käyttöä ulkolämpötilan mukaan.
Tilanteet, joissa pelkkä free cooling ei riitä:
- Ulkolämpötila ylittää noin 18 astetta (tarkkuus riippuu järjestelmän mitoituksesta)
- Datakeskuksen tehotiheys on erittäin korkea, esimerkiksi tekoälylaskentaan tarkoitetuissa ympäristöissä
- Laitteisto vaatii erityisen tarkkaa lämpötilasäätöä
- Jäähdytyskapasiteettia tarvitaan nopeasti muuttuviin kuormiin
Hyvä suunnittelu ottaa nämä tilanteet huomioon jo rakennusvaiheessa. Mitoittamalla free cooling -järjestelmä oikein ja valitsemalla sopiva hybridijäähdytysratkaisu datakeskus pystyy pitämään mekaanisen jäähdytyksen käytön minimissä myös lämpimämpinä jaksoina.
Miten free cooling vaikuttaa datakeskuksen energiatehokkuuteen ja PUE-lukuun?
Free cooling parantaa datakeskuksen energiatehokkuutta merkittävästi ja laskee PUE-lukua, koska se korvaa energiaa kuluttavan kompressorijäähdytyksen ympäristön luontaisella viileydellä. PUE-luku kuvaa, kuinka paljon kokonaisenergiasta menee IT-laitteistolle verrattuna kaikkeen muuhun, kuten jäähdytykseen. Mitä lähempänä lukema on arvoa 1,0, sitä tehokkaampi datakeskus on.
Perinteisessä datakeskuksessa PUE-luku on usein välillä 1,5 ja 2,0, mikä tarkoittaa, että jopa puolet energiasta kuluu muuhun kuin varsinaiseen laskentaan. Free coolingia tehokkaasti hyödyntävä datakeskus Suomessa voi päästä PUE-lukuun 1,1 tai jopa sen alle, kun free cooling -käyttöaste on korkea.
Energiatehokkuuden paraneminen näkyy suoraan:
- Alhaisempina sähkölaskuina
- Pienempänä hiilijalanjälkenä
- Parempana kilpailuasemana ympäristövastuuta arvostavien asiakkaiden silmissä
- Mahdollisuutena täyttää tiukentuvat energiatehokkuusvaatimukset
Free coolingin vaikutus PUE-lukuun on sitä suurempi, mitä enemmän se kattaa vuotuisesta jäähdytystarpeesta. Suomen ilmastossa vapaajäähdytyksen korkea käyttöaste tekee siitä yhden tehokkaimmista tavoista parantaa datakeskuksen kokonaisenergiatehokkuutta.
Mitä sähkötekniikan komponentteja free cooling -järjestelmä vaatii?
Free cooling -järjestelmä vaatii useita sähkötekniikan komponentteja toimiakseen luotettavasti. Keskeisiä ovat nestejäähdyttimet tai ilmanvaihtoyksiköt, taajuusmuuttajakäyttöiset puhaltimet ja pumput, lämmönvaihtimet, automaatiojärjestelmä sekä sähkönsyötön ja suojauksen laitteet. Jokainen näistä vaikuttaa järjestelmän luotettavuuteen ja energiatehokkuuteen.
Tärkeimmät sähkötekniset komponentit ovat:
- Taajuusmuuttajat: Säätävät puhaltimien ja pumppujen nopeutta ulkolämpötilan ja jäähdytystarpeen mukaan. Tämä vähentää energiankulutusta merkittävästi verrattuna kiinteänopeuksisiin laitteisiin.
- Automaatio- ja ohjausjärjestelmät: Valvovat ulko- ja sisälämpötiloja, säätävät free coolingin ja mekaanisen jäähdytyksen suhdetta automaattisesti.
- Sähkökeskukset ja suojalaitteet: Varmistavat turvallisen sähkönsyötön kaikille jäähdytysjärjestelmän osille.
- Lämpötila- ja virtausanturit: Keräävät reaaliaikaista tietoa järjestelmän toiminnasta ohjauksen tueksi.
- Ylijännitesuojat ja vikavirtasuojat: Suojaavat herkkiä sähkölaitteita häiriöiltä ja vikavirroilta.
Sähkötekniikan komponenttien laadulle kannattaa asettaa korkeat vaatimukset, koska datakeskuksen jäähdytysjärjestelmän häiriö voi aiheuttaa palvelinten ylikuumenemisen lyhyessäkin ajassa. Komponenttien valinnassa huomioidaan myös redundanssi eli varmennetut rinnakkaisratkaisut, jotka pitävät jäähdytyksen toiminnassa myös huoltojen tai vikojen aikana. Katso palvelumme sähkötekniikan komponenttien hankintaan ja tekniseen tukeen.
Sopiiko free cooling uusiin ja olemassa oleviin datakeskuksiin?
Free cooling sopii sekä uusiin että olemassa oleviin datakeskuksiin, mutta toteutustapa ja laajuus vaihtelevat. Uudessa datakeskuksessa free cooling voidaan suunnitella alusta alkaen osaksi koko jäähdytysarkkitehtuuria, mikä antaa parhaan mahdollisen lopputuloksen. Olemassa olevaan datakeskukseen free cooling voidaan lisätä jälkikäteen, mutta se vaatii huolellista suunnittelua.
Uudet datakeskukset
Uudessa datakeskuksessa free cooling integroidaan rakennuksen suunnitteluun jo varhaisessa vaiheessa. Ilmanvaihto, putkistot, sähkönsyöttö ja automaatio suunnitellaan tukemaan vapaajäähdytystä. Tämä mahdollistaa optimaalisen hyötyasteen ja parhaan mahdollisen PUE-luvun. Suomessa uudet suuret datakeskukset hyödyntävät lähes poikkeuksetta free coolingia osana jäähdytysratkaisuaan.
Olemassa olevat datakeskukset
Vanhaan datakeskukseen free cooling voidaan lisätä esimerkiksi asentamalla ulkopuolinen nestejäähdytin ja liittämällä se olemassa olevaan jäähdytysputkistoon. Tämä voi vaatia muutoksia sähkönsyöttöön, automaatioon ja fyysiseen tilaan. Investointi maksaa itsensä takaisin alhaisempina energiakustannuksina, ja takaisinmaksuaika riippuu datakeskuksen koosta ja nykyisestä energiankulutuksesta.
Jälkiasennuksessa kannattaa arvioida:
- Nykyisen jäähdytysjärjestelmän kapasiteetti ja kunto
- Tilan riittävyys ulkoisille laitteille
- Sähkönsyötön kapasiteetti uusille komponenteille
- Automaatiojärjestelmän yhteensopivuus
- Mahdolliset rakennusluvat tai muut hallinnolliset vaatimukset
Sekä uuden datakeskuksen suunnittelu että vanhan päivittäminen vaativat vahvaa sähkötekniikan osaamista. Me Eurolaiteella autamme asiakkaitamme löytämään sopivat komponentit ja ratkaisut datakeskuksen jäähdytysprojekteihin. Ota yhteyttä ja kerro projektistasi, niin mietimme yhdessä sopivimman ratkaisun.
