Datakeskusten sähkönkulutuksesta merkittävä osa kuluu lämmön hallintaan. Adiabaattinen jäähdytys tarjoaa tähän käytännöllisen ratkaisun, jossa veden haihtuminen alentaa ilman lämpötilaa ja vähentää koneellisen jäähdytyksen tarvetta.

Lämpö on datakeskuksen arkipäivää

Datakeskus näyttää ulospäin tavalliselta rakennukselta, mutta sisällä tapahtuu jatkuvasti paljon. Palvelimet käsittelevät verkkokauppojen tilauksia, tallentavat valokuvia, välittävät videoita ja pyörittävät erilaisia tekoälypalveluja. Jokainen laskutoimitus kuluttaa sähköä. Sähkö muuttuu lopulta lämmöksi.

Palvelimet eivät pidä kuumuudesta. Liian korkea lämpötila lyhentää laitteiden käyttöikää, lisää vikaantumisen riskiä ja voi heikentää koko järjestelmän toimintaa. Siksi jäähdytys ei ole datakeskuksessa sivuseikka, vaan toiminnan perusedellytys.

Perinteisessä ratkaisussa kompressorit jäähdyttävät ilmaa tai nestettä. Menetelmä toimii varmasti, mutta se kuluttaa paljon sähköä erityisesti lämpiminä kesäpäivinä. Silloin tarvitaan keinoja, joilla jäähdytystä voidaan tehdä pienemmällä energiankulutuksella.

Vesi tekee osan työstä

Adiabaattinen jäähdytys perustuu veden haihtumiseen. Kun kuivaan ja lämpimään ilmaan lisätään vettä, vesi tarvitsee energiaa muuttuakseen nesteestä vesihöyryksi. Tämä energia sitoutuu haihtumiseen ja samalla ilman lämpötila laskee.

Kyseessä on adiabaattinen prosessi. Siinä järjestelmän ja ympäristön välillä ei siirry lämpöä tavanomaisella johtumisella tai säteilyllä. Jäähdytys syntyy, kun ilman sisältämä energia kuluu veden haihtumiseen. Datakeskuksen näkökulmasta lopputulos on yksinkertainen. Palvelimille voidaan johtaa viileämpää ilmaa ilman, että kompressoreiden tarvitsee tehdä kaikkea työtä.

Käytännössä ulkoilmaa voidaan ohjata kostutettujen kennojen läpi. Vesi haihtuu kennoissa, ilma jäähtyy ja puhaltimet siirtävät sen palvelinsaliin. Toisissa ratkaisuissa vettä sumutetaan ilmaan tarkasti säädeltyinä pisaroina. Menetelmän käyttö riippuu rakennuksesta, ilmastosta, veden laadusta ja siitä, millaista lämpötilaa palvelimet tarvitsevat.

Suomen oloissa adiabaattisesta jäähdytyksestä voi olla erityistä hyötyä. Ilma on suuren osan vuodesta riittävän viileää, eikä vettä tarvita jatkuvasti. Kuumina päivinä haihtuminen tehostuu, jolloin jäähdytyksen tarve on muutenkin suurimmillaan.

Hyöty syntyy hyvästä suunnittelusta

Adiabaattinen jäähdytys ei tarkoita, että vettä voisi käyttää rajattomasti. Järjestelmä tarvitsee mittareita, automaatiota ja säännöllistä huoltoa. Ilman kosteutta, lämpötilaa ja veden kulutusta on seurattava jatkuvasti. Jos ulkoilma on jo kosteaa, haihtuminen jäähdyttää vähemmän. Silloin koneellinen jäähdytys voi olla tarpeen.

Käytännön suunnittelussa kannattaa huomioida ainakin nämä asiat:

• sijoitetaan datakeskus alueelle, jossa viileää ulkoilmaa on saatavilla
• säädetään ilmanvaihto palvelinten todellisen kuormituksen mukaan
• käytetään vedenkulutusta mittaavaa automaatiota
• hyödynnetään palvelinten tuottama lämpö rakennusten lämmityksessä

Hyvin toteutettuna adiabaattinen jäähdytys voi pienentää datakeskuksen energiankulutusta. Se voi myös vähentää kompressorien käyttöä ja parantaa järjestelmän toimintaa lämpiminä ajanjaksoina. Vedenkulutus on silti arvioitava paikallisesti. Alueella, jossa vedestä on pulaa, sähköä säästävä ratkaisu ei välttämättä ole kokonaisuuden kannalta paras.

Datakeskusten määrä kasvaa, koska digitaalisia palveluja käytetään jatkuvasti enemmän. Siksi myös jäähdytysratkaisujen on kehityttävä. Adiabaattinen jäähdytys ei ratkaise kaikkia ongelmia, mutta se tarjoaa selkeän tavan vähentää energiaa silloin, kun olosuhteet ovat sopivat. Viileämpi palvelinsali, pienempi sähkölasku ja tarkemmin hallittu vedenkäyttö ovat tavoitteita, joihin kannattaa pyrkiä samassa järjestelmässä.