Data Center Chiller là gì? Cách lựa chọn chiller phù hợp cho trung tâm dữ liệu

Data Center Chiller là gì?

Data Center Chiller, Máy làm lạnh trung tâm dữ liệu, là một hệ thống làm mát chuyên dụng được sử dụng để loại bỏ lượng nhiệt dư thừa, nhằm bảo toàn tính toàn vẹn của hệ thống máy tính và dữ liệu. Các thiết bị Data Center Chiller phải hoạt động 24/7 để giữ cho các tủ Rack và tủ kệ Cabinet có thể tỏa nhiệt và luôn trong trạng thái mát mẻ. 

Máy làm lạnh (chiller) đóng vai trò vô cùng quan trọng đối với hoạt động của trung tâm dữ liệu (data center). Do nhiều máy chủ cùng lúc hoạt động nên chúng tạo ra lượng nhiệt rất lớn, nếu không có chiller làm mát nước trong hệ thống HVAC liên tục, nhiệt độ sẽ tăng nhanh đến mức có thể làm hỏng dữ liệu quan trọng và phá hủy phần cứng.

Những lưu ý khi sử dụng Data Center Chiller

Tiêu tốn năng lượng

Sự phát triển của chiller và các thiết bị điều hòa không khí trong phòng máy tính (CRAC) cho phép các trung tâm dữ liệu vận hành các cụm máy chủ với mật độ cao. Tuy nhiên, giống như những điều hòa không khí tiêu dùng và công nghiệp khác, data center chiller tiêu thụ lượng điện chuyên dụng khổng lồ. Trên thực tế, các thiết bị làm lạnh thường tiêu thụ phần trăm điện năng lớn nhất trong trung tâm dữ liệu.

Sử dụng nguồn nước mát

Khi sử dụng chiller, các tổ chức cũng cần tính đến những điều kiện khắc nghiệt và khả năng thay đổi trọng tải làm mát, tránh để máy làm lạnh rơi vào tình trạng quá tải dẫn đến hoạt động kém hiệu quả. Data center chiller phát huy khả năng tối đa với nguồn nước đã được làm mát trước đó, giúp thiết bị tiết kiệm năng lượng dành cho bước giảm nhiệt độ nguồn nước. Nước sau khi hấp thụ nhiệt từ máy tính sẽ tuần hoàn qua tháp giải nhiệt bên ngoài trung tâm dữ liệu và toả nhiệt ra ngoài. Đó là lý do các trung tâm dữ liệu lớn hay thường được đặt dọc theo các con sông ở vùng khí hậu lạnh, như khu vực Tây Bắc Thái Bình Dương. 

Có máy phát điện riêng

Để duy trì hoạt động xuyên suốt, data center chiller phải có máy phát điện riêng, phòng trừ trường hợp mạng lưới điện cục bộ. Như sự cố ngừng hoạt động lớn gần đây tại Rackspace, khi rơi vào trạng thái ngoại tuyến, chiller có thể mất rất nhiều thời gian để quay vòng sao lưu nhằm bảo vệ trung tâm dữ liệu, dẫn đến máy chủ có thể nóng lên nhanh chóng và tự động tắt.

Cách lựa chọn chiller phù hợp cho data center

Khi xác định chiến lược làm mát, các nhà thiết kế và vận hành trung tâm dữ liệu phải đối mặt với nhiều khoản chi phí. Có rất nhiều vấn đề kỹ thuật cần được xem xét. Các yếu tố quyết định kinh tế quan trọng này xoay quanh hai loại Data center chiller cơ bản: Water-cooled centrifugal chiller và Air-cooled chiller

Chọn máy làm lạnh tiết kiệm năng lượng

Nhìn chung, vấn đề cần xem xét đầu tiên giữa các công nghệ làm lạnh khác nhau chính là mức tiêu thụ năng lượng, hay nói cách khác là đạt được chỉ số Hiệu quả sử dụng điện năng (PUE) thấp. PUE được tính bằng tổng năng lượng cơ sở đã sử dụng chia cho năng lượng thiết bị máy tính đã sử dụng. Tỷ lệ lý tưởng là 1, tức là mọi năng lượng đều được dùng để tính toán và không có bất kỳ năng lượng nào cho việc làm mát, sưởi hay chiếu sáng - một điều kiện bất khả thi. Tuy nhiên, một số trung tâm dữ liệu đã đạt được PUE là 1,2, thậm chí còn thấp hơn nữa.

Có thể nói, hiệu quả năng lượng có vai trò vô cùng quan trọng. Nhưng điều đó có nghĩa thế nào trong việc lựa chọn thiết bị làm mát cho một trung tâm dữ liệu độc lập? Bảng hiệu suất thiết bị ASHRAE 90.1-2013 cho thấy, các máy ly tâm giải nhiệt nước (water-cooled centrifugal chillers) với công suất 400 tấn trở lên hoạt động hiệu quả hơn công nghệ làm mát cơ học khác, như giải nhiệt gió (air-cooled chillers), thiết bị xử lý không khí đặt trên mái (rooftop units) hay các hệ thống khép kín. 

Để chạy với hiệu suất tối ưu, data center chiller phải giải quyết được mọi nhiệt độ theo yêu cầu của thiết bị trong trung tâm dữ liệu. Do đó, water-cooled chiller được xem là thiết kế hiệu quả nhất, bởi phạm vi hoạt động rộng và cung cấp nhiệt độ nước làm lạnh theo khuyến nghị của TC 9.9 (nước làm lạnh ấm hơn nhiệt độ của các thiết bị công nghệ thông tin) - mang đến khả năng tiết kiệm năng lượng.

Chi phí đầu tư

Chi phí đầu tư ban đầu cho Water-cooled chiller và Air-cooled chiller cùng công suất tương đối ngang bằng. Nguyên nhân là bởi dù Air-cooled chiller có chi phí thấp hơn nhưng để Water-cooled chiller hoạt động, cần cộng kèm với chi phí cho một tháp nước, cùng nhiều đường ống và máy bơm hơn.

Chi phí cho vị trí cũng là vấn đề cần được xem xét. Air-cooled chiller thường cần không gian lớn hơn Water-cooled chiller. Ví dụ, Air-cooled chiller 500 tấn thường dài khoảng 52ft. Tuy nhiên, các tổ chức có thể tiết kiệm không gian bằng cách lắp máy bơm nước dưới máy làm lạnh (chiller); hay có thể đặt air-cooled chiller ngoài trời để giảm kích thước và chi phí cho không gian sử dụng. Trong khi đó, Water-cooled chiller cùng công suất 500 tấn chỉ dài 14ft, cộng với kích thước tháp giải nhiệt là 12x12 ft, cùng với các không gian cho máy bơm, thiết bị xử lý nước, đường ống, v.v. Nhìn chung, chi phí áp dụng cho hai loại hệ thống vẫn ở mức cân bằng.

Nhu cầu cao điểm

Data center chiller được thiết kế với khả năng dự trù cho nhu cầu cao điểm ( Peak demand). Để đạt được hiệu suất năng lượng tối đa, chi phí cho nhu cầu cao điểm có thể nên được xem xét.

Chiến lược điển hình được sử dụng là tạo  băng trong hệ thống lưu trữ nhiệt vào ban đêm, sau đó sử dụng chúng vào ban ngày để giảm áp lực cho các thiết bị. Dù chiến lược này thực sự phát huy tác dụng và tránh được các khoản phụ phí, nhưng việc làm đá thực sự tiêu tốn rất nhiều năng lượng. 

Cả thiết bị giải nhiệt nước và giải nhiệt gió đều có lợi thế riêng trong vấn đề này. Trong khi Air-cooled chiller có thể giúp tổ chức giảm khoản đầu tư ban đầu thì Water-cooled chiller có thể xử lý công suất lớn hơn 500 tấn.

Một vấn đề khác cần xem xét là: Có thể giảm cường độ dòng điện của máy làm lạnh trong thời gian tiêu thụ cao điểm để tránh tăng chi phí hay không? Một máy làm lạnh biến tốc (variable speed) có thể làm được điều đó. Khi bật/tắt các thiết bị theo thứ tự, đột biến nhu cầu điện có thể xảy ra. Điều này giới hạn lượng làm mát có sẵn trong khoảng thời gian ngắn, và có thể ảnh hưởng đến chức năng của trung tâm dữ liệu. Các máy biến tần (Variable Speed Drive) giúp tất cả máy làm lạnh khởi động cùng lúc, giúp làm mát tải nhanh hơn. VSD cũng loại bỏ nhiệt sinh ra do quá trình khởi động và kéo dài tuổi thọ thiết bị.

Chi phí nước

Lợi thế vượt trội của Air-cooled chiller chính là chi phí đầu tư vốn và chi phí bảo trì nó. Trong khi đó, Water-cooled chiller yêu cầu nước được xử lý bằng hóa chất và kèm theo đó là chi phí cho nguồn nước. 

Tuy nhiên, công nghệ đang ngày càng phát triển và kích thước của các tháp nước trong  Water-cooled chiller đang dần được thu nhỏ, cũng như giảm bớt nhu cầu về nước. Một trong những cải tiến tuyệt vời nhất là bộ tản nhiệt air-cooled giúp loại bỏ nhiệt từ nước trước khi truyền đến tháp, giúp giảm kích thước tháp nước; đồng thời giảm lượng thất thoát do bay hơi, điều này có thể tiết kiệm được lượng nước rất lớn. 

Chi phí bảo trì

Các loại máy làm lạnh khác nhau sẽ có quy trình bảo trì khác nhau. Đối với Water-cooled chiller, tháp nước của loại chiller này yêu cầu được xử lý nước để ngăn chặn sự phát triển của vi sinh vật, như xả đáy hay tẩy cặn định kỳ. Quạt tháp, máy bơm và đường ống cũng cần được bảo trì định kỳ. Ngoài các yêu cầu bảo trì theo lịch trình thường xuyên, việc làm sạch ống cuối cùng sẽ được yêu cầu.

Còn đối với Air-cooled chiller, phần coil của máy cũng cần được làm sạch bằng nước. Thêm vào đó, do có nhiều bộ phận máy nén và quạt nên có thể sẽ yêu cầu bảo trì thường xuyên hơn, nhưng chi phí bảo trì hay thay thế cho dòng máy này tương đối thấp.

Ngày nay, máy làm lạnh liên tục được đổi mới, giảm độ phức tạp, qua đó giảm bớt nhu cầu bảo trì về sau, tuy nhiên kèm theo đó là chi phí vốn có thể tăng lên. Ví dụ: Bộ biến đổi tần số (VSD) có thể làm gia tăng chi phí, nhưng chúng tích hợp các thiết bị điện tử giúp cung cấp thông tin chi tiết và khả năng kiểm soát tốt hơn trong việc giảm sự cố, đơn giản hóa quá trình khắc phục sự cố và bảo trì. 

Tiếng ồn

Về mặt âm thanh, Air-cooled chiller đưa ra những thách thức khó nhằn trong việc kiểm soát tiếng ồn, bởi chúng tạo ra âm thanh tần số thấp. Tuy nhiên, tường cách âm và máy nén không ồn có thể giúp giảm âm lượng và âm sắc xuống mức có thể chấp nhận được. 

Vậy nên chọn Air-cooled chiller hay Water-cooled chiller?

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn Data Center Chiller và quyết định lựa chọn chưa bao giờ là dễ dàng. Điều quan trọng là các tổ chức phải ước chừng được hiệu suất máy làm lạnh cần thiết, có thể thông qua các chương trình lập mô hình có sẵn của các nhà sản xuất. Để có thể chọn được loại máy mang lại hiệu suất năng lượng tối đa, nên xem xét khả năng hoạt động đầy đủ hay một phần tải của máy ra sao, trong điều kiện được thiết kế và ngoài thiết kế với nhiệt độ môi trường khác nhau như thế nào.

Quan trọng không kém cạnh vấn đề hiệu suất máy làm lạnh kW/tấn chính là tính toán Hiệu quả năng lượng (PUE). Tuy nhiên, đây cũng chỉ là một phần trong bức tranh tài chính toàn cảnh. Giá điện, nước và nước thải có thể thay đổi đáng kể tùy theo khu vực địa lý. Chi phí bảo trì cũng có thể khác nhau tùy vào lao động địa phương và mức độ phức tạp của công nghệ. Trừ khi tổ chức đạt được PUE thấp, thì mọi yếu tố đều cần được đánh giá một cách kỹ lưỡng. Xem xét các chi phí đầu tư ban đầu, chi phí bảo trì và đưa ra lựa chọn có thể giảm đáng kể Tổng chi phí sở hữu (TCO) dành cho data center chiller và giúp xác định lợi tức đầu tư của dự án.

Hy vọng bài viết đã giúp bạn hiểu hơn về khái niệm Data Center Chiller và Cách chọn Data Center Chiller phù hợp! Truy cập Meey Land để đón đọc nhưng thông tin thú vị về thế giới công nghệ.