Datakeskus on prosessilaitos. Siinä siirretään lämpöä, nesteitä ja energiaa suljetuissa piireissä, ja
järjestelmän on toimittava keskeytyksettä vuodesta toiseen. Laskennan näkökulmasta kyse on palvelimista,
mutta laitoksen näkökulmasta kyse on pumpuista, lämmönsiirtimistä, venttiileistä, mittauksesta ja automaatiosta. Juuri näiden varaan datakeskuksen käytettävyys rakentuu.
Jäähdytys on datakeskuksen kriittisin apujärjestelmä ja samalla sen suurin yksittäinen energiankuluttaja
IT-laitteiden jälkeen. Laskentatehon tiheyden kasvu on muuttanut tilannetta nopeasti: kun perinteinen
konesaliräkki kulutti muutamia kilowatteja, tekoälylaskentaan tarkoitettu räkki voi kuluttaa jopa 200 kilowattia. Tällaisia tehotiheyksiä ei enää jäähdytetä ilmalla, vaan lämpö siirretään nesteeseen mahdollisimman lähellä piiriä. Datakeskuksen jäähdytys valitaan IT-kuorman, räkkitiheyden, sallittujen lämpötilojen, käytettävyyden ja hukkalämmön hyödyntämisen perusteella. Nestejäähdytys siirtää suuren lämpökuorman TCS-piiristä CDU:n kautta laitospiiriin (FWS); myös palvelimien ilmaan jäävä kuorma on mitoitettava.
Tämä opas kokoaa yhteen datakeskuksen jäähdytyksen kokonaisuuden: jäähdytystapojen erot, nestejäähdytyksen rakenteen, mittauksen ja todentamisen, hukkalämmön talteenoton sekä sen, mitä kunnossapito ja kunnonvalvonta jäähdytysjärjestelmältä vaativat.
Miksi jäähdytys ratkaisee datakeskuksen talouden
Jäähdytysjärjestelmä vaikuttaa datakeskuksen tuottoon neljää eri reittiä.
Käytettävyys. Jäähdytyksen menetys näkyy salissa minuuteissa, ei tunneissa. Nestejäähdytetyssä salissa lämpötila nousee nopeammin kuin ilmajäähdytetyssä, koska puskuroivaa ilmamassaa on vähemmän. Suojaukset, redundanssi ja kunnonvalvonta ovat siksi osa jäähdytyksen suunnittelua, eivät sen lisävaruste.
Energiankulutus. Jäähdytys on tyypillisesti suurin ei-IT-kuluerä. Sen hyötysuhde määrää suoraan laitoksen PUE-luvun ja siten sähkölaskun.
Hukkalämmön arvo. Kaikki datakeskukseen syötetty sähkö muuttuu lämmöksi. Nestejäähdytys tuottaa lämmön
korkeammassa ja tasaisemmassa lämpötilassa kuin ilmajäähdytys, jolloin se on hyödynnettävissä kaukolämpönä.
Suomessa tämän merkitys kasvoi, kun konesalien sähkö siirtyi 1.7.2026 alemmasta veroluokasta II yleiseen veroluokkaan I. Lämmön myynti on tulovirta, joka osaltaan tasaa käyttökustannusten nousua
Sääntely. EU:n energiatehokkuusdirektiivi (2023/1791) velvoittaa vähintään 500 kW:n IT-teholla toimivat datakeskukset raportoimaan vuosittain energiatehokkuustietonsa eurooppalaiseen tietokantaan. Raportoitaviin tunnuslukuihin kuuluvat PUE, WUE, ERF ja REF, ja laskentatavat on määritelty komission delegoidussa asetuksessa (EU) 2024/1364. Yli 1 MW:n laitoksia koskee lisäksi velvoite hyödyntää hukkalämpöä silloin, kun se on teknisesti ja taloudellisesti mahdollista. Käytännössä tämä tarkoittaa, että jäähdytysjärjestelmän mittaus on suunniteltava raportointikelpoiseksi jo ennen ensimmäistä kilowattituntia.
Jäähdytystapojen erot lyhyesti
Ilmajäähdytys: sopii IT-kuormille, joiden räkkikohtainen teho ja ilmavirta voidaan hallita luotettavasti;
käytäväerottelu parantaa tehokkuutta.
Direct-to-chip: vie jäähdytysnesteen prosessorien kylmälevyihin. Mitoita myös muuhun IT-laitteistoon jäävä
ilmalämpö.
Immersio: edellyttää järjestelmälle soveltuvaa laitekantaa, nestettä ja erillistä huoltoprosessia.
Vapaajäähdytys ja kuivajäähdyttimet: mahdollisuus riippuu sallituista lämpötiloista, ulkoilmasta ja
huippukuorman varmistuksesta.
Lämmön talteenotto: arvioi lämpötilan, käytettävissä olevat tunnit, lämmön ostajan vaatimukset ja
varajäähdytys.
Nestejäähdytys muuttaa laitossuunnittelun
Siirtymä nesteeseen ei ole pelkkä komponenttivaihdos. Se tuo konesaliin putkiston, paineen, virtauksen ja vuotoriskin, eli juuri ne asiat, joita prosessiteollisuudessa on hallittu vuosikymmeniä. Suunnittelussa ratkaistavia kysymyksiä ovat piirien erottelu, materiaalivalinnat, liitostekniikka, vuodonvalvonta ja se, miten sali huolletaan ilman että laskenta pysähtyy.
Suoran nestejäähdytyksen ja immersiojäähdytyksen eroja, hybridiratkaisuja sekä siirtymän vaikutuksia salin
rakenteeseen käsitellään tarkemmin artikkelissa nestejäähdytys datakeskuksessa.
CDU-yksiköt ovat nestejäähdytyksen sydän
CDU (Coolant Distribution Unit) erottaa palvelinpiirin laitoksen jäähdytysvesipiiristä. Se sisältää lämmönsiirtimen, pumput, suodatuksen, paisunnan ja säädön, ja se pitää palvelinpiirin olosuhteet vakaina riippumatta siitä, mitä laitoksen puolella tapahtuu.
CDU:n keskeinen tehtävä on hallita kolmea asiaa samanaikaisesti: menoveden lämpötilaa, virtausta ja
painetta. Piirien paine-erot määritellään laitevalmistajan vaatimusten ja vuotoskenaarion mukaan. Sisäinen
vuoto lämmönsiirtimessä kulkee suuremmasta paineesta pienempään; matalampi TCS-paine ei estä
FWS-nesteen päätymistä palvelinpiiriin. Lämpötila taas pidetään salin kastepisteen yläpuolella, jottei kylmiin
putkiin tiivisty kosteutta. Nämä eivät ole hienosäätöä, vaan ehtoja, joiden pettäminen vaurioittaa laitteita.
CDU-yksiköiden tyypit, mitoitusperusteet, asennus ja käyttöönotto käydään läpi artikkelissa CDU-yksiköt
datakeskuksessa.
TCS ja FWS: kaksi piiriä ja niiden rajapinta
Nestejäähdytetty laitos jakautuu kahteen piiriin. TCS (Technology Cooling System) on suljettu piiri CDU:lta
laitteille. FWS (Facility Water System) on laitospiiri CDU:lta lämmön poistoon eli kuivajäähdyttimille,
jäähdytyskoneille tai lämmön talteenottoon.
ASHRAE:n TC9.9-työryhmän lämpötilaluokitukset kuvaavat näiden piirien olosuhteita. Laitospiirille on
määritelty W-luokat W17, W27, W32, W40, W45 ja W+, joissa numero kertoo menoveden ylärajan
celsiusasteina, ja laiteperäiselle TCS-piirille vastaavat S-luokat. Mitä korkeampi luokka, sitä suuremman osan
vuodesta laitos pärjää vapaajäähdytyksellä ja sitä arvokkaampaa talteenotettu lämpö on. Yläraja tulee
laitevalmistajan vaatimuksista, joten luokka on sovittava laitetoimittajan kanssa, ei valittava suunnittelupöydällä. Piirien rakennetta, redundanssia ja toimitusrajoja käsitellään artikkelissa TCS ja FWS: jäähdytyspiirien rakenne ja toimitusrajat.
Vesikemia ratkaisee, kuinka kauan järjestelmä kestää
Nestejäähdytyspiiri on pieni, ahdas ja materiaaleiltaan sekalainen. Kylmälevyrakenteiden virtauskanavat
ovat kapeita, ja piirissä voi olla kuparia, ruostumatonta terästä, alumiinia sekä erilaisia tiiviste- ja
letkumateriaaleja. Tästä syntyy kolme riskiä: hiukkaset tukkivat kanavia, eri metallien yhdistelmä aiheuttaa
korroosiota, ja seisova lämmin vesi mahdollistaa mikrobikasvun.
Kaikki kolme ovat hallittavissa, mutta vain jos vesikemia, suodatus ja huuhtelukäytännöt määritellään jo
suunnitteluvaiheessa ja niitä seurataan käytön aikana. Käytännössä tämä tarkoittaa määriteltyä nestelaatua,
lisäaineiden seurantaa, suodatuksen mitoitusta ja dokumentoitua täyttö- ja huuhteluprosessia. Aihetta
käsitellään artikkelissa nestejäähdytyksen vesikemia, suodatus ja materiaaliyhteensopivuus.
Mittaus tekee suorituskyvystä todennettavan
Jäähdytysjärjestelmän suorituskykyä ei voi arvioida ilman virtaus- ja energiamittausta. Virtaus kertoo, saako jokainen piiri sen mitä sille on suunniteltu. Virtauksen ja lämpötilaeron yhdistelmä kertoo siirretyn tehon, ja siitä lasketaan sekä jäähdytyksen todellinen hyötysuhde että talteen otetun lämmön määrä.
Datakeskuksessa mittaus toteutetaan usein ultraäänellä putken ulkopuolelta. Clamp-on-mittaus ei aiheuta painehäviötä, siinä ei ole liikkuvia osia eikä se edellytä piirin avaamista, mikä tekee siitä käyttökelpoisen myös jo rakennetussa salissa. Kannettavalla mittarilla tehdään kartoitukset, piirien tasapainotus ja kiinteiden mittarien tarkistukset, kiinteä mittaus jää palvelemaan jatkuvaa energianseurantaa ja raportointia.
Mittaustekniikoiden erot ja valintaperusteet käsitellään laajemmin virtausmittareiden kattavassa oppaassa, ja
datakeskuskohtaiset mittauspisteet artikkelissa Virtaus- ja energiamittaus datakeskuksen jäähdytyspiireissä.
Tuotevaihtoehtoihin voit tutustua virtausmittarivalikoimassamme.
Hukkalämmöstä tulee tuotetta, kun lämpötila riittää
Ilmajäähdytetyn salin paluulämpötila on matala ja lämpö on hajallaan. Nestejäähdytys kokoaa lämmön yhteen piiriin ja korkeampaan lämpötilaan, mikä on koko talteenoton edellytys. Kaukolämpöverkko vaatii kuitenkin selvästi korkeampaa lämpötilatasoa kuin palvelinpiiri tuottaa, joten väliin tarvitaan teollisuuslämpöpumppu.
Talteenoton kannattavuus ratkeaa harvoin lämpöpumpun tehokkuudella yksin. Ratkaisevia ovat etäisyys
kaukolämpöverkkoon, verkon lämpötilataso ja kausivaihtelu, lämmön ostohinta sekä se, miten talteenotto vaikuttaa
jäähdytyksen käytettävyyteen kesäkuukausina. Nämä kysymykset käydään läpi artikkelissa Hukkalämmön talteenotto ja myynti kaukolämpöön. Talteenoton ympärillä tarvittavat säätö- ja varoventtiilit sekä pumput kuuluvat samaan kokonaisuuteen.
Tunnusluvut: PUE, WUE ja ERF
PUE kuvaa laitoksen kokonaissähkönkulutuksen suhdetta IT-laitteiden kulutukseen, WUE vedenkulutusta suhteessa IT-kulutukseen ja ERF talteen otetun energian osuutta laitoksen kulutuksesta. Luvut ovat yksinkertaisia, mutta niiden vertailukelpoisuus riippuu täysin mittausrajoista ja mittausjaksosta. Sama laitos voi näyttää eri lukuja sen mukaan, mistä kohtaa mitataan ja miltä ajanjaksolta.
Koska luvut ovat nyt raportointivelvoitteen alaisia, mittausrajat kannattaa lyödä lukkoon suunnitteluvaiheessa eikä
ensimmäisen raportointimääräpäivän alla.
Kunnonvalvonta pitää kapasiteetin käytössä
Jäähdytysjärjestelmän pyörivät koneet eli jäähdytyskoneiden kompressorit, pumput ja puhaltimet ovat se osa laitosta, joka rikkoutuu. Kriittisimmille koneille asennetaan koneensuojaus, joka pysäyttää koneen ennen vauriota. Laajemmalle konekannalle riittää jatkuva tai langaton kunnonvalvonta, joka näkee alkavan laakerivian viikkoja ennen kuin se aiheuttaa katkon.
Käyttöönoton yhteydessä mitattu värähtelyn lähtötaso on tässä avainasemassa. Ilman lähtötasoa myöhemmät mittaukset kertovat vain sen hetken arvon, eivät muutosta. Kunnonvalvonnan toteutus datakeskuksessa käsitellään artikkelissa Datakeskuksen jäähdytyskoneiden ja pumppujen kunnonvalvonta, ja ratkaisuihin voit tutustua turva-automaation ja kunnonvalvonnan sivulla.
Miten jäähdytysratkaisu valitaan
Jäähdytysratkaisu ei ole tuotevalinta vaan laitossuunnittelun päätös. Keskeisiä tekijöitä ovat:
-
laskentakuorman tehotiheys ja sen odotettu kehitys laitoksen elinkaaren aikana
-
laitevalmistajan vaatima menoveden lämpötila ja virtaus, eli ASHRAE-luokka
-
redundanssivaatimus ja se, mitä yksittäinen vika saa pysäyttää
-
vapaajäähdytyksen osuus paikallisessa ilmastossa
-
hukkalämmön hyödyntämismahdollisuus ja etäisyys kaukolämpöverkkoon
-
vedenkulutus ja ympäristöluvan ehdot, melu mukaan lukien
-
huollettavuus käytön aikana, eli mitä voidaan huoltaa salia pysäyttämättä
-
mittauksen ja raportoinnin vaatimukset
Näistä tehotiheyden kehitys ja huollettavuus jäävät useimmin liian vähälle huomiolle. Molemmat maksavat vasta
myöhemmin, mutta silloin kalliisti.
Käyttöönotto ratkaisee, toimiiko suunnitelma
Jäähdytysjärjestelmä siirtyy suunnitelmasta todellisuudeksi käyttöönotossa. Huuhtelu, täyttö, piirien tasapainotus,
virtausten todentaminen, suojausten koestus ja hälytysten läpikäynti ovat vaiheita, joissa suunnitteluvirheet ja
asennuspoikkeamat tulevat esiin. Jos ne eivät tule esiin täällä, ne tulevat esiin tuotannossa. Luovutuksen lähtötaso kannattaa mitata ja dokumentoida: virtaukset piireittäin, lämpötilaerot, koneiden värähtelytaso ja
energiamittarien lukemat. Näihin verrataan kaikkea, mitä laitoksesta myöhemmin mitataan. Ilman niitä myöhempi
suorituskykykeskustelu on mielipiteiden vaihtoa.
Datakeskus on prosessilaitos, ja niin sitä kannattaa rakentaa
Jäähdytys, sähköistys, instrumentointi ja automaatio vaativat datakeskuksessa samaa toimintavarmuutta kuin kriittiset voima- ja prosessiteollisuuden laitokset. Finkova johtaa datakeskustyömaata, asentaa ja käyttöönottaa jäähdytyksen ja CDU-yksiköt, sähköistyksen, instrumentoinnin ja turva-automaation sekä pitää järjestelmät käynnissä luovutuksen jälkeen. Asentajamme, käyttöönottajamme ja työnjohtomme työskentelevät parhaillaan käynnissä olevissa datakeskushankkeissa Suomessa.
Finkovan rooli ja seuraava askel
Finkova tarjoaa datakeskusten jäähdytysjärjestelmien asennus- ja käyttöönottotyötä sekä prosessiteknisiä
laitteita, mittausta ja elinkaaripalveluja Suomessa. Hankkeen toimituslaajuus, laitevalmistajan vaatimukset ja
hyväksyntävastuut sovitaan erikseen.
Pyydä Finkovalta omaan hankkeeseesi rajattu toteutus- ja käyttöönottokeskustelu. Lähetä yhteydenoton
mukana yllä mainitut lähtötiedot, jotta ratkaisu voidaan arvioida käytännön tasolla.
Jos suunnitteilla on uusi datakeskus, laajennus tai siirtymä nestejäähdytykseen, käydään läpi mitä se tarkoittaisi teidän hankkeellenne. Tutustu myös datakeskuspalveluihimme ja elinkaaripalveluihimme.
Ota yhteyttä, autamme mielellämme.