Как Direct FreeCooling снижает затраты на ЦОД: влияние архитектуры на экономику

Суть проблемы

В последние годы строительство, проектирование и эксплуатация центров обработки данных (ЦОД) для крупных компаний из госсектора, промышленности, технологического и IT-бизнеса всё чаще включает внедрение Direct Free Cooling — технологии прямого естественного охлаждения. Такой подход сводит к минимуму использование кондиционеров, что заметно сокращает счета за электричество и повышает энергоэффективность дата-центра.

Это не просто следование трендам, а взвешенное инженерное решение, продиктованное экономикой, экологией, географией и удобством эксплуатации. Крупные облачные провайдеры, банки, производственные компании и операторы связи хотят снизить OPEX, поднять энергоэффективность, соответствовать ESG-требованиям — и тем самым улучшить показатели, связанные с углеродным следом, в том числе в нефинансовой отчётности. Free cooling напрямую уменьшает выбросы CO₂, что помогает соблюдать международные стандарты (GRI, TCFD) и национальные экологические инициативы.

За последние годы система электроснабжения сильно изменилась: современные ИБП достигают КПД 97–98%, а при гибридных схемах и оптимальной загрузке — даже 99%. Их доля в общих потерях стала минимальной. Основной потребитель энергии в ЦОД (после самих вычислений) — теперь система охлаждения. Именно её модернизация и оптимизация даёт наибольший эффект в снижении энергозатрат.

Современные нагрузки — AI, машинное обучение, HPC — требуют всё больших мощностей, поэтому строительство дата-центров внесено в перечень задач государственной важности. Традиционные системы охлаждения уже не справляются со стойками 20–40 кВт и выше без резкого удорожания. Direct Free Cooling при этом позволяет отводить тепло эффективнее и с меньшими капитальными вложениями в инфраструктуру. Исследования подтверждают: оборудование стабильно работает даже при 30 °C, а каждый лишний градус экономит 4–5% электроэнергии. В среднем по миру ЦОДы потребляют 3–5% всей вырабатываемой электроэнергии, а в некоторых странах — до 7%. Современный дата-центр включает: серверы, чиллеры, кондиционеры, вентиляцию, системы безопасности, пожаротушение, видеонаблюдение, освещение, контроль доступа, мониторинг влажности и температуры, основное и резервное питание (ИБП).

Технологические вызовы и пути их решения

По данным крупных операторов (Selectel, Яндекс), классические системы прецизионного кондиционирования могут потреблять 40–50% всего энергобюджета ЦОД. Direct Free Cooling использует наружный воздух напрямую для охлаждения серверных залов, почти или полностью отключая компрессоры и чиллеры. В регионах с умеренным климатом экономия электроэнергии на охлаждение достигает 30–50%, а иногда — до 70% в год. Для крупного ЦОД мощностью 10 МВт это миллионы рублей ежегодной экономии. Однако прямое охлаждение оправдано не везде. Пример: дата-центр в Нью-Мексико (США) на ~900 серверов охлаждался только уличным воздухом — сухой пустынный климат без проблем с влажностью исключил коррозию. А вот в регионах с высокой влажностью (например, Лондон или Санкт-Петербург) этот метод почти неприменим — оборудование быстро выходит из строя.

*Рис. 1. Проект ЦОДа в Нью-Мексико (фото: https://servernews.ru/1135963)*

Выгода и техническая суть

Принцип работы: в тёплое время года чиллеры охлаждают воду; когда температура наружного воздуха падает, чиллеры отключаются, и в работу вступают теплообменники, передающие тепло из внутреннего контура на улицу. Процесс автоматический: чиллер включается и выключается по необходимости, поддерживая заданную температуру воды в резервуарах. Оператор вмешивается только при нештатных ситуациях. Внедрение free cooling действительно усложняет систему охлаждения ЦОД (особенно зимой), но экономия электроэнергии полностью окупает эти сложности. В российских климатических условиях средний срок окупаемости — около 2,5 лет, в зависимости от продолжительности и суровости зимы. Важно: почти все современные системы с free cooling уже активно применяются в дата-центрах, расположенных в регионах с умеренным климатом, где среднегодовая температура составляет 10–15 °C.

Что касается технических параметров: в классических схемах температура в «холодном коридоре» поддерживается на уровне 22 ± 2 °C. При Direct Free Cooling температура холодного коридора может подниматься до 35–40 °C, а в отдельных проектах — до 45 °C (при контроле влажности и фильтрации). Это позволяет использовать наружный воздух большую часть года. Однако работа при входящей температуре 35–40 °C кардинально меняет требования к серверной платформе:

• Высокий TDP процессоров. Современные CPU (Intel Xeon Scalable 4-го поколения, AMD EPYC Genoa/Bergamo) имеют TDP до 350–400 Вт на сокет. При 40 °C разница температур «процессор-воздух» уменьшается, что затрудняет отвод тепла.
• Риск перегрева других компонентов. VRM, память DDR5, NVMe-диски тоже выделяют тепло и чувствительны к температуре окружения.
• Нарушение воздушного баланса. Неправильно спроектированные серверы могут создавать «горячие точки», нарушать общий воздушный поток в стойке и снижать эффективность всего зала.

Корпоративное решение и итоги

Ключевой момент: любой современный коммерческий или корпоративный ЦОД приносит реальную пользу только при качественной сетевой связности с внешним миром. Это означает возможность подключаться к глобальным облакам, точкам обмена трафиком, телеком-операторам, а также напрямую интегрироваться с ИТ-ресурсами партнёров и подрядчиков. Для этого нужна современная грамотно спроектированная сеть. Построить такую инфраструктуру можно относительно недорого, если дата-центр находится рядом с основными маршрутами интернет-трафика. Иначе даже самый энергоэффективный и технологичный ЦОД не сможет выполнять свою главную функцию — обеспечивать высокую скорость отклика и доступность ИТ-систем для пользователей и клиентов. Аналогично важна близость к магистральным ЛЭП с достаточным резервом свободных мощностей. Без этого любая экономия на охлаждении рискует остаться лишь маркетинговым трюком без реальной пользы.

ITGLOBAL.COM (корпорация ITG) как международный облачный провайдер и системный интегратор участвует в проектировании и строительстве ИТ-инфраструктуры для enterprise-заказчиков по всему миру (ЦОДы в 11 странах). Компания наблюдает растущий спрос на ЦОД с прямым фрикулигом со стороны крупного бизнеса, промышленности и финансового сектора. Мы понимаем: успех таких проектов зависит не только от архитектуры здания, но и от правильного выбора серверного оборудования, способного раскрыть потенциал энергоэффективности дата-центра.

Подобрать серверное оборудование под различные нагрузки

ITPOD (корпорация ITG)- российский производитель серверного оборудования, проектирующий платформы специально для современных нагрузок и условий эксплуатации в энергоэффективных ЦОД. В отличие от многих поставщиков, ITPOD делает ставку не только на вычислительную мощность процессоров, но и на анализ тепловой архитектуры и компоновку. В наиболее требовательных конфигурациях применяются EVAC-радиаторы, обеспечивающие эффективный отвод тепла от процессоров даже с TDP 500 Вт, а модули оперативной памяти оснащаются индивидуальными радиаторами для защиты от перегрева в самых сложных температурных режимах. Большое внимание уделяется надёжности и использованию компонентов индустриального класса, чтобы гарантировать длительный срок службы в жёстких температурных условиях. Решения ITPOD позволяют крупным компаниям и облачным провайдерам строить инфраструктуры, которые не только соответствуют текущим требованиям по энергоэффективности, но и готовы к росту нагрузок завтрашнего дня.

Переход на Direct Free Cooling — это стратегический шаг для любого крупного бизнеса, строящего или модернизирующего свой ЦОД. Однако эффективность этой технологии напрямую зависит от того, насколько серверное оборудование приспособлено к работе в новых температурных режимах. Выбор платформы превращается в сложную инженерную задачу: нужно учитывать TDP процессоров, организацию воздушных потоков внутри сервера и надёжность компонентов при повышенных температурах. Компания ITPOD как технологический партнёр ITGLOBAL.COM предлагает серверные решения, спроектированные с учётом этих вызовов, обеспечивая стабильность и эффективность работы современных дата-центров.