Чиллер

Чиллер (от англ. chiller — охладитель) — централизованная холодильная машина, производящая охлаждённую воду температурой 6–12°C для питания систем кондиционирования. В дата-центрах чиллеры обеспечивают отвод тепла от прецизионных кондиционеров (CRAC/CRAH-блоков).

Принцип работы

Чиллер работает по холодильному циклу:

1. Компрессор сжимает хладагент (R-134a, R-410A и др.), повышая его температуру.
2. Конденсатор отдаёт тепло во внешнюю среду (воздух или градирня).
3. Хладагент расширяется через дроссель, резко охлаждаясь.
4. Испаритель охлаждает воду в контуре здания.

Охлаждённая вода подаётся в CRAC/CRAH-блоки в серверных залах. Эффективность чиллера измеряется в COP (Coefficient of Performance) — соотношение произведённого холода к потреблённой энергии. Современные чиллеры достигают COP 4–6: 1 кВт электроэнергии даёт 4–6 кВт холода.

История

Первые механические холодильные машины появились в XIX веке. Промышленные чиллеры для кондиционирования зданий разработаны в 1920-х (Carrier Corporation). Применение в ЦОД началось с 1960-х годов вместе с машинными залами для мейнфреймов. Современные чиллеры для ЦОД мощностью 1–10 МВт производят компании Carrier, Trane, Johnson Controls, Climaveneta.

Чиллер и PUE

Система охлаждения — основная составляющая PUE (Power Usage Effectiveness) помимо IT-нагрузки. При PUE 1,5 половина «лишней» энергии уходит на охлаждение. Современные ЦОД достигают PUE 1,1–1,2, применяя высокоэффективные чиллеры, технологию холодного коридора и частичное охлаждение наружным воздухом (free cooling) при температуре ниже 15°C.

Крупные гиперскейлеры (Google, Facebook) отказываются от традиционных чиллеров в пользу прямого испарительного охлаждения и жидкостного охлаждения серверов.

Принцип работы чиллера

Чиллер (от англ. chiller — охладитель) — промышленный агрегат охлаждения воды для систем кондиционирования. Принцип работы: компрессор сжимает хладагент (фреон R134a, R410A, R513A), горячий газ конденсируется в конденсаторе (отдаёт тепло воздуху или воде), жидкий хладагент расширяется через дроссельный клапан (давление падает, температура снижается), холодный хладагент испаряется в испарителе, охлаждая воду гликолевого контура до +6–12°C. Охлаждённая вода подаётся в прецизионные кондиционеры ЦОД.

Чиллер в системе охлаждения ЦОД

Типичная схема охлаждения ЦОД: серверная стойка → рядные кондиционеры (CRAC/CRAH) → гликолевый контур → чиллер → башня охлаждения или воздушный конденсатор. Чиллер в ЦОД — самый энергоёмкий элемент системы охлаждения: потребляет 30–40% всей электроэнергии объекта. Именно от него во многом зависит PUE (Power Usage Effectiveness).

Резервирование чиллеров: в ЦОД Tier III–IV — N+1 или N+N конфигурация. При отказе одного чиллера другой принимает нагрузку без прерывания охлаждения. Для стойки с нагрузкой 10 кВт требуется примерно 10 кВт холодопроизводительности системы охлаждения.

Free cooling и экономия

Free cooling (естественное охлаждение) — режим, при котором чиллер выключается, а охлаждение идёт за счёт холодного уличного воздуха через теплообменник. При температуре воздуха ниже +10°C экономия электроэнергии достигает 60–80% по сравнению с механическим охлаждением. ЦОД в северных регионах (Финляндия, Норвегия, Карелия) используют free cooling 6–9 месяцев в году — это радикально улучшает PUE до 1.1–1.2.

Жидкостное охлаждение серверов

Чиллер также поставляет охлаждённую воду для систем прямого жидкостного охлаждения серверов (Direct Liquid Cooling, DLC). GPU-серверы с NVIDIA H100 потребляют 700 Вт на GPU — воздушного охлаждения недостаточно. Жидкостные задние двери теплообменников на стойке или прямое водяное охлаждение процессоров через водоблоки подключаются к чиллерному контуру. ЦОД для GPU-серверов и ML-нагрузок строятся с учётом DLC с самого начала.