Free cooling (экономайзер, «свободное охлаждение») — метод охлаждения дата-центра, при котором холодный внешний воздух или вода используются для отвода тепла без активной холодильной машины (чиллера с компрессором). В периоды, когда температура снаружи ниже температуры в зале, традиционная холодильная установка полностью или частично отключается, существенно снижая энергопотребление.
Виды free cooling
Воздушный free cooling (air-side economizer). Наружный воздух подаётся напрямую в зал через фильтры. Применим при температуре снаружи <10°C и нормальном качестве воздуха. Используется в дата-центрах Скандинавии и Финляндии: Facebook в Luleå (Швеция) работает в режиме free cooling >99% времени.
Водяной free cooling (water-side economizer). Наружный воздух охлаждает воду в теплообменнике (cooling tower), которая поступает в CRAC/CRAH-блоки. Косвенный теплообмен — воздух зала не контактирует с наружным. Применим при температуре ~+16-18°C и ниже. Наиболее распространён в умеренном климате.
Адиабатическое охлаждение. Испарение воды снижает температуру воздуха или воды перед подачей в теплообменник. Позволяет применять free cooling даже при +25-30°C снаружи. Требует расхода воды.
История
Концепция экономайзеров существует с 1950-х в промышленной климатологии. В дата-центрах free cooling массово применяется с конца 2000-х, когда рост потребления энергии и давление ESG-регуляций привели к поиску энергоэффективных решений. Facebook (Meta) в 2011 году построила ДЦ в Лулео, ставший эталоном free cooling: PUE 1,07. Google с 2016 года использует машинное обучение для оптимизации охлаждения, снизив PUE на ~15%.
Free cooling и климат
Эффективность free cooling напрямую зависит от климата. В России free cooling применим значительную часть года: в Москве среднегодовая температура +5,8°C, в Новосибирске — +0,2°C. Северные дата-центры (Хельсинки, Стокгольм, Осло) используют free cooling 8000+ часов в год из 8760. В Москве — 5000-6000 часов. В Краснодаре или Ташкенте полноценный free cooling без адиабатических дополнений неприменим летом.
На что обращать внимание
При выборе дата-центра geography matters: провайдеры в северных локациях объективно дешевле в части электроэнергии на охлаждение. Связь с PUE: free cooling — главный инструмент достижения PUE ниже 1,2. Ряд провайдеров публикует «аннуализированный PUE» с учётом сезонных колебаний — этот показатель честнее, чем «зимний PUE». Дата-центры с жидкостным охлаждением серверов (liquid cooling, immersion cooling) получают дополнительный выигрыш: вода теплоёмче воздуха в 3500 раз.
История free cooling
Концепция free cooling (экономайзер) применялась в промышленных системах охлаждения с 1970-х годов. В дата-центрах активно внедряется с 2006–2008 годов на волне роста стоимости электроэнергии. Facebook (Meta) перенесла свой первый ЦОД в Приполярье (Лулео, Швеция, 2011), достигнув PUE 1,07 исключительно за счёт наружного воздуха. Microsoft экспериментирует с подводными ЦОД (Project Natick, 2018) для использования холода морской воды.
Типичные ошибки
Ошибка при проектировании — не учитывать влажность наружного воздуха: слишком влажный воздух конденсирует влагу на оборудовании, слишком сухой увеличивает риск статического разряда. Допустимый диапазон ASHRAE: 20–80% относительной влажности. При использовании чиллера с free cooling-режимом убедитесь в наличии автоматического переключения между режимами при изменении температуры наружного воздуха.