Холодильные системы на CO2 с функцией фригулинга сокращают энергопотребление дата-центров до 70%

Отказ от холодильных систем на синтетических хладагентах и переход на CO₂ -системы с функцией фрикулинга может сократить энергопотребление дата-центров до 70%, сообщает M&M Carnot – американо-канадский производитель оборудования HVAC&R, входящий в состав Johnson Controls.

На саммите ATMO America 2025 в Атланте Джон Миранда, директор по стратегии применения CO₂ в промышленном охлаждении M&M Carnot, объяснил, как запатентованная технология компании использует холодный наружный воздух для пассивной циркуляции CO₂, значительно сокращая работу компрессоров и, как следствие, потребление энергии.

«В зависимости от местоположения дата-центра компрессор работает всего 20–30% времени»,

— отметил он.

Фрикулинг для систем холодоснабжения дата-центров на CO₂

Система на CO₂ может работать в режиме фрикулинга при температуре окружающей среды от 10 до 20°, переключаясь на субкритический и транскритический режим при повышении температуры. В жарких условиях адиабатический газоохладитель дополнительно повышает эффективность, сокращая время работы в энергозатратном транскритическом режиме.

«CO₂ – отличный хладагент для фрикулинга, и мы можем легко на него переключиться, что даёт преимущество перед синтетическими аналогами», — отметил Миранда.

Современные синтетические системы фрикулинга используют насосы, что требует больших затрат. При этом, благодаря физическим свойствам R744, возможен термосифонный режим – разницы температур внутри и снаружи всего 3–4 °C достаточно для работы системы.

Это особенно важно на фоне роста температур в дата-центрах. Например, температура возвратной воды уже достигает 32 °C, а выходного воздуха — 27 °C, тогда как ещё несколько лет назад нормой было 21 °C.

«В перспективе можно достичь температур, при которых компрессор вообще не нужен – только оборудование для отвода тепла»,

— пояснил он.

Роль CO₂ в охлаждении ЦОДов

Стратегии охлаждения сильно различаются в зависимости от размера центра обработки данных и области применения. Гигантские центры обработки данных могут не использовать CO2 во всех системах, но потенциал воздушного охлаждения все еще существует, и оно может составлять 20% от тепловой нагрузки даже в тех случаях, когда преобладает жидкостное охлаждение, отметил Миранда.

Периферийные вычисления (edge computing), которые обрабатывают данные ближе к источнику, — это ещё одна важная возможность. Эти небольшие распределённые объекты хорошо подходят для систем CO₂.

«Если мы хорошо справимся со своей работой, я вижу, что периферийные вычисления станут повсеместно использовать CO₂-технологии»,

— добавил он.

В 2022 году M&M Carnot опубликовала технический документ — «Ограничения на хладагенты: готов ли ваш центр обработки данных к переходу?» — чтобы помочь владельцам центров обработки данных заменить хладагенты с высоким ПГП решениями на основе CO₂.

Десять лет инноваций

M&M Carnot разрабатывает технологии охлаждения на CO₂ более 10 лет. Первая холодильная система на R744 для дата-центра была установлена в телекоммуникационном центре в 2014 году, а в 2015-м компания запатентовала технологию фрикулинга для CO₂-систем. С тех пор решения компании применяются по всей Северной Америке.

На ATMO America 2025 Миранда выделил несколько ключевых проектов:

• В 2019 году M&M Carnot установила две установки CRAC на базе CO₂ мощностью 52,8 кВт в центре обработки данных в Монреале, Канада. Система включала газоохладитель с двумя вентиляторами и использовала орбитально-сваренные трубки из нержавеющей стали.

• В 2024 году компания добавила три чиллера CO2 мощностью 281,3 кВт к существующему центру обработки данных в Калифорнии. Хотя в этом случае фрикулинг не применялся, этот шаг помог клиенту отказаться от синтетических хладагентов.

• Еще один проект 2024 года в Монреале предусматривал создание установки CRAH на CO₂ мощностью 94 кВт, где фрикулинг покрывал 90% нагрузки, а компрессоры использовались только в условиях, когда использование этой опции было нецелесообразно.

• Третий объект в Монреале добавил межрядную систему охлаждения на CO₂ мощностью 140 кВт с технологией термосифона, одной из форм фрикулинга. По словам Миранды, установка обеспечивает на 40% большую производительность, чем альтернативы с охлажденной водой.

В настоящее время компания масштабирует свои воздушные и водяные системы охлаждения, чтобы они могли работать на объектах, которые в три-четыре раза в 3–4 раза крупнее текущих.

«Мы работаем над этим настолько быстро, насколько возможно», — заключил Миранда.