Ресурсы площадки задают схему охлаждения, а схема сужает выбор хладагента. Такую цепочку решений Refindustry выстроил в первой части исследования, опираясь на публичные данные и раскрытые проекты. Вторая часть проверила эту логику на тех, кто производит и поставляет оборудование: свои ответы редакции предоставили специалисты BITZER, Aermec UK, Carrier Solutions Europe, Copeland и Güntner.
Первое звено цепочки подтвердилось. Поставщики единодушно называют доступность ресурсов отправной точкой проектирования, а в отдельных локациях условия площадки отсекают схему охлаждения ещё до какого-либо технического сравнения.
Второе звено не подтвердилось. Выбор хладагента оказался связан с площадкой лишь слабо. Его задают корпоративная политика оператора и регулирование, а для целого слоя оборудования этот вопрос не возникает вообще.
Где ресурсная логика работает
Вода проявляется как ограничение первой и толкает проекты к сухим схемам.
Алекс Шафер, директор по продажам направления Climate Solutions в Güntner (Чикаго), описал подход своей компании так: при дефиците воды проектирование идёт в сторону сухих решений, а адиабатика применяется только как форма резервирования, что часто позволяет площадке вообще обойтись без накопления воды на объекте. По его оценке, это становится всё более актуальным для США, где значительная часть территории страны находится в состоянии аномальной сухости или засухи, включая места, за которыми такая репутация традиционно не закреплена.
Переход на сухую схему стоит энергии, и Шафер привёл расчёт того, во что это обходится и что даёт взамен. Хорошо оптимизированная адиабатическая система может расходовать на площадке всего порядка 10–20 процентов больше энергии в год, чем испарительное решение, при значительном сокращении водопотребления. При полном счёте картина меняется. Подготовка и подача 1 000 галлонов воды требует примерно 3–5 кВт·ч, а выработка одного киловатт-часа потребляет 2–4 галлона воды. С учётом этих внешних эффектов адиабатическая система в итоге расходует сопоставимое или несколько меньшее количество энергии при резком сокращении расхода воды. Шафер оговаривает, что это национальные средние, которые заметно варьируются в зависимости от местоположения и структуры генерации.
Условия площадки способны сузить пространство проектных решений и без всяких расчётов. На объекте с высокой температурой и влажностью, например в Индонезии, при 35–40 °C по сухому термометру и влажности выше 80 процентов нижнюю границу задаёт мокрый термометр. Без механического охлаждения ничего ниже неё получить нельзя, поэтому решение сводится к тому, какая температура теплоносителя системе действительно нужна.
Ту же иерархию описал Ян Эванс, управляющий директор Güntner Data Center Solutions. Там, где воды нет, решение должно быть полностью сухим. Там, где вода есть, но ограничена, испарительный или адиабатический режим применяется выборочно, на пиковых наружных условиях, а не как режим по умолчанию. Суть метода он формулирует просто: понять, какой ресурс находится под давлением, и с самого начала проектировать вокруг этого ограничения.
Ограничения по электрической мощности толкают проектировщиков в ту же сторону. Эванс рассматривает это как задачу распределения: каждый ватт, потраченный на охлаждение, недоступен для вычислений.
Мишель Грабон, директор по инжинирингу направления дата-центров и директор по продуктовому маркетингу Carrier Solutions Europe (Монлюэль, Франция), перечислил решения, которые компания обычно применяет в Европе. Это контуры первичного кольца с чиллерами воздушного охлаждения и гидравлической опцией фрикулинга, сухое охлаждение там, где это уместно для снижения нагрузки на воду, и вариант с ограничением производительности чиллера там, где доступная мощность лимитирована.
Майк Оукли, старший директор по портфельному маркетингу Copeland, связывает сдвиг в сторону безводных схем воздушного охлаждения с общественным мнением, которое, по его описанию, ставит экономию воды выше экономии электроэнергии. Производители чипов, в свою очередь, отвечают на это разработкой компонентов, работающих при более высоких температурах и требующих меньше охлаждения.
Отводимое тепло ведёт себя иначе, чем два других ресурса, поскольку зависит от условий за периметром объекта. Грабон отмечает, что Carrier предлагает оборудование рекуперации, совместимое с районным теплоснабжением и промышленными уровнями температуры до 85–90 °C, но ставит три условия: наличие подходящего спроса на тепло, инфраструктура и коммерческие договорённости. Эванс задаёт тот же порог, разделяя площадки с практическим локальным потребителем тепла и площадки без него, где задачей остаётся эффективный отвод. Оукли указывает на промышленные тепловые насосы, поднимающие низкопотенциальное тепло дата-центра до температур, пригодных для тепловых сетей.
Рост температур в стойках и на чиллерах, по наблюдению Шафера, делает полностью воздушные системы реализуемыми там, где раньше это было невозможно. Оукли фиксирует ту же тенденцию со стороны компонентов.
Где цепочка рвётся
Предположение о том, что ресурсы площадки дотягиваются до выбора хладагента, встретило у поставщиков прямое возражение.
Энди Хоуз, генеральный менеджер по техническим услугам Aermec UK (Рочфорд, Эссекс), подтверждает, что ресурсы площадки учитываются заранее, на этапе подбора системы, и сильно влияют на стратегию охлаждения. Но выбор хладагента при этом, по его словам, меняется редко, если вообще меняется. Aermec поставляет оборудование для дата-центров на R513A и R1234ze, и Хоуз прямо указывает, что компания следует собственной политике операторов дата-центров и не выбирает хладагент напрямую. Требования операторов он описывает как продиктованные целями углеродной нейтральности, операционными рисками и производительностью, а решающим фактором называет стратегию самого заказчика, а не предпочтения производителя. На британском рынке он отмечает склонность к R1234ze по соображениям GWP и регулирования, при том что рабочие характеристики для большинства применений в целом сопоставимы с R513A. Какой бы хладагент ни был выбран, систему оценивают по одним и тем же критериям: ориентиром по Европе для новых объектов он считает годовой PUE ниже 1,3, а часть операторов, по его наблюдению, стремится к 1,2 там, где позволяют условия площадки.
Эванс приводит структурный довод, который идёт дальше. Сухие, испарительные и адиабатические охладители отводят тепло от жидкостного контура непосредственно в наружный воздух и вообще не содержат хладагентного контура. Решение по хладагенту, как он объясняет, принимается выше по потоку, на уровне чиллера или системы прямого испарения, инженерной командой заказчика совместно с поставщиками оборудования этого уровня. Для этого слоя системы вопрос о хладагенте не возникает вовсе, он решается в другом месте архитектуры.
Такое же распределение полномочий описывает Оукли: операторы оценивают каждое применение исходя из собственных целей, ограничений и доступных ресурсов, и единого ответа по системам и хладагентам не существует. Грабон относит решение к требованиям заказчика и применимым стандартам, где в Европе ведущую роль играет регламент F-Gas.
Четыре компании независимо друг от друга отдают право решения по хладагенту оператору. Это последовательное изложение того, как принимается решение, со стороны предложения, и оно описывает поведение заказчиков так, как его видят поставщики.
Расхождение внутри стороны предложения
Поставщики сходятся в том, кто принимает решение, но расходятся в том, что порекомендовали бы, если бы их спросили.
Дирк Шлехубер, продукт-менеджер по винтовым компрессорам BITZER (Зиндельфинген, Германия), занимает наиболее определённую позицию. Хладагенты с низким GWP, такие как R1234ze и R513A, широко применяются в устоявшихся чиллерных решениях, однако на рынке ЕС BITZER рекомендует использовать натуральные хладагенты в новых системах везде, где это технически и экономически оправдано. Выбор между натуральными и синтетическими хладагентами с низким GWP он описывает как продиктованный конкретным применением, а не жёсткой альтернативой. Поэтапное сокращение фторсодержащих газов и возможные ограничения по PFAS, по его оценке, всё сильнее склоняют новые европейские установки в пользу натуральных. Требования безопасности при этом становятся решающими, поскольку горючесть и токсичность определяют условия монтажа и допустимую заправку. К важным факторам выбора Шлехубер относит также архитектуру системы и масштаб проекта.
Грабон из тех же переменных приходит к другому выводу. Пригодность натуральных хладагентов зависит от применения, величины заправки, конструкции системы и требований безопасности: R290 и R600a горючи, R717 несёт соображения как горючести, так и токсичности, а R744 может быть менее подходящим для отдельных чиллерных применений в дата-центрах в зависимости от режима работы. Carrier применяет горючие натуральные хладагенты там, где заправка ограничена, но работа с дата-центрами обычно означает большую производительность и соответственно большую заправку. В этих случаях продвигаемым вариантом становится A2L в рамках соответствующих стандартов безопасности, с доступным R32 там, где заказчик готов принять более высокий GWP. Европейский портфель компании, по словам Грабона, как правило построен на хладагентах с GWP ниже 10, таких как R1234ze и R1233zd.
Оукли обозначает промежуточную позицию. Компрессорная техника Copeland предлагается под A1, A2L и натуральные хладагенты, включая R744. Синтетические, по его описанию, дают привычность, эффективность и потенциально меньше ограничений по местным строительным нормам, тогда как натуральные дают сверхнизкий GWP и надёжную работу ценой усложнения системы, продиктованного требованиями эффективности и безопасности. Оукли также сообщил, что Copeland вместе с производителями оборудования прорабатывает возможность создания CRAC-установок на R744 для регионов, где натуральные хладагенты предпочитают синтетическим.
Эванс перечисляет критерии, которые видит применяемыми при принятии этого решения: регулирование, класс безопасности, возможности сервиса, энергетические характеристики и долгосрочная доступность. Натуральные хладагенты привлекательны в подходящем применении, но, по его словам, могут потребовать дополнительной инфраструктуры безопасности, специальной подготовки персонала и тщательного планирования площадки.
Общее у всех четверых в том, что доступный выбор для крупного проекта дата-центра ограничивают величина заправки и класс безопасности, а не GWP сам по себе. Расходятся они в выводах. BITZER считает регулирование важным драйвером перехода на натуральные хладагенты, наряду с требованиями безопасности, архитектурой системы и особенностями конкретного применения, и рекомендует их для новых систем в ЕС там, где это оправдано технически и коммерчески. Carrier, имея дело с большими заправками, характерными для мощностей дата-центров, продвигает для таких установок A2L.
Что на самом деле определяет решение
То, что уводит проект от технически лучшего варианта, редко связано с самой технологией.
Шафер первым называет капитальные затраты. Более эффективную систему можно спроектировать, увеличив типоразмер аппаратов отвода тепла, но по капитальным затратам это может оказаться нереализуемым. Ещё три ограничения вытекают из темпа рынка: скорость развёртывания на перегретом строительном рынке, осложнённая ограничениями цепочек поставок; квалифицированный персонал, которого операторам всё труднее находить для поддержания сложных систем в эффективном и надёжном состоянии; и инфраструктура, когда у объекта воды достаточно, но нет способа подвести её к площадке и отвести стоки.
Оукли называет непривычность. Отрасль меняется быстрее, чем многие операторы и EPC-подрядчики успевают отслеживать, а сопротивление новым технологиям и предпочтение знакомых решений работают как барьер для эффективности и надёжности.
Эванс указывает на выбор площадки и фактор времени. Доступность энергии и воды всё чаще определяет, где операторы строят, поэтому площадка может быть выбрана из-за подключения к сети, потенциала возобновляемой генерации, климата, земли или разрешительных процедур даже там, где другое место дало бы более удобный профиль охлаждения. Система, технически обоснованная на момент выпуска спецификации, может оказаться менее подходящей к моменту ввода объекта в эксплуатацию, если регулирование, локальные ограничения или ИТ-нагрузки успели измениться.
Хоуз относит эти факторы на более ранний этап. Операторы взвешивают пожарную стратегию и требования страховщиков, корпоративную политику по хладагентам, привычность новых технологий и возможность долгосрочного обслуживания, и Aermec учитывает всё это с самого начала. Заказчики mission critical редко отклоняются от согласованного плана, поскольку ставят во главу угла решения, сделанные правильно с первого раза. В этой логике позднего отхода от технически лучшего варианта не происходит, потому что ограничения были вписаны в спецификацию ещё до её выпуска.
Ограничения, которые выдвигает сторона предложения, устойчивы, и ни одно из них не является свойством хладагента: капитальные затраты, сроки, квалифицированный персонал, цепочки поставок и те физические подключения, которые площадка в состоянии получить. Нормы, страхование и пожарная нагрузка присутствуют, но как входные условия, заложенные в спецификацию на старте, а не как причина поздней смены проекта.
Откуда взята эта картина
Все шесть специалистов, чьи ответы легли в основу материала, производят или поставляют оборудование: BITZER, Aermec UK, Carrier Solutions Europe, Copeland и Güntner. Ни оператора дата-центра, ни проектного инженера среди них нет, а эксплуатационные данные действующих объектов остаются у операторов. Поэтому утверждения о том, что решают операторы и почему, представляют собой прочтение стороной предложения поведения своих заказчиков, а не изложение самих заказчиков.
Что, по мнению поставщиков, будет ограничивать дальше
Шафер ожидает дальнейшего роста плотности, вместе с которой растёт и потребность в ресурсах, ужесточения ограничений по электроэнергии и воде, а также распространения локальной генерации, добавляющей сложности вокруг эффектов теплового острова и водопотребления. Реальный предел он формулирует как необходимость соотнести эффективность и экономию ресурсов с капитальными затратами, местом и подтверждённой надёжностью, трезво разделяя то, что надёжно уже сейчас, и то, что ещё дозревает.
Шлехубер ожидает ужесточения требований к компонентам со стороны нагрузки. Растущие тепловые нагрузки требуют более высокой производительности при надёжной непрерывной работе, эффективности для достижения целевых PUE и более широких границ применения, поскольку рост температур чипов сдвигает уровни, на которых приходится управлять тепловыми нагрузками, и влияет на архитектуру охлаждения в целом. Более широкие границы применения, добавляет он, заодно помогают реализовывать концепции рекуперации тепла.
Хоуз считает, что ограничивающим фактором станет доступность хладагентов по мере перехода производителей на составы с более низким GWP, наряду с более широким внедрением A2L и связанным с этим управлением горючестью. Оукли предупреждает, что само по себе строительство может создать напряжение в цепочках поставок оборудования, вдобавок к конкуренции за землю, электроэнергию и воду на площадках.
Эванс относит ограничение на ещё более ранний этап, к планированию проекта. Архитектуру охлаждения, стратегию резервирования и эксплуатационные допущения трудно пересмотреть после того, как площадка спроектирована, а гибридным системам нужно, чтобы стратегия управления, подход к сервису и рабочие процедуры оптимизировались со временем. Больше всего выигрывают те объекты, где охлаждение рассматривают как стратегическое проектное решение с самого начала, а не как выбор оборудования на поздней стадии.
Складывается рынок, на котором площадка задаёт архитектуру, а оператор задаёт хладагент, и на котором практические пределы для обоих определяются капиталом, сроками и людьми, а не техническими достоинствами того или иного хладагента. Изложение этих решений самими операторами остаётся предметом следующей работы.
Полная версия статьи доступна на Refindustry.
