Tā kā datu centriem ir blīvi iesaiņots aprīkojums un tie ir nepārtraukti darboti, tie ģenerē daudz siltuma (katram serverim var būt vairāku kilovatu jauda līdz desmitiem kilovatu). Ja siltumu nevar izkliedēt laikā, tas izraisīs aprīkojuma pārkaršanu, veiktspējas pasliktināšanos un pat kļūmi. Tāpēc dzesēšanas sistēmas dizains tieši ietekmē datu centra energoefektivitāti, uzticamību un darbības izmaksas. Šis ir detalizēts ievads no sistēmas sastāva, dzesēšanas metožu, galveno tehnoloģiju un attīstības tendenču aspektiem.
1. Izgatavojiet datu centra dzesēšanas sistēmas komponentus
Datu centra dzesēšanas sistēma parasti sastāv no šādām detaļām, kas darbojas kopā, lai panāktu efektīvu siltuma pārnesi un izlādi:
● Siltuma avota sānu aprīkojums
Sākotnēji ventilatorus vai pasīvas siltuma izlietnes sākotnēji atdzesē ar siltumenerģiju radošiem komponentiem, piemēram, serveriem, uzglabāšanas ierīcēm, barošanas avotu aprīkojumu (piemēram, UPS) utt.
● siltuma pārneses vide
Gaiss: tradicionālās gaisa dzesēšanas sistēmas, zemas izmaksas, bet zemas siltuma vadīšanas efektivitātes efektivitāte (gaisa siltumvadītspēja ir aptuveni 0. 026 w/m ・ k).
Šķidrums: šķidruma dzesēšanas sistēmas, piemēram, ūdens vai dzesēšanas šķidruma, piemēram, minerāleļļas un fluorizēta šķidruma, barotnei ir ievērojami augstāka siltumvadītspēja nekā gaisā (ūdens termiskā vadītspēja ir aptuveni {{0}}.
● Atdzesēšanas un siltuma izkliedes aprīkojums
Precīza gaisa kondicionēšana (CRAC/CRAH): nodrošina nemainīgu temperatūru un mitrumu auksts gaiss, lai kontrolētu datu centra vidi (tipiska temperatūra 20-24 grāds, mitrums 40%-60%).
Dzesētājs: noņem siltumu caur ūdens cirkulāciju, ko parasti izmanto lielos datu centros vai šķidrās dzesēšanas sistēmās.
Dzesēšanas tornis/sausais dzesētājs: izplūdes siltums uz āra atmosfēru, sadalīts ūdens dzesēšanā (nepieciešama ūdens) un sausa dzesēšana (gaisa dzesēšana, ūdens taupīšana, bet mazāk efektīva).
Siltummirma: piemēram, plāksne siltummainis un siltuma cauruļu siltummainis, ko izmanto siltuma apmaiņai starp dažādiem barotnēm.
● Gaisa plūsma/šķidruma plūsmas pārvaldības komponenti
Grupas un kanāli: vadiet gaisa plūsmu, lai sasniegtu aukstu un karstu izolāciju.
Šķidruma dzesēšanas cauruļvads: ieskaitot sūkņus, vārstus, plūsmas skaitītājus utt., Lai nodrošinātu dzesēšanas šķidruma cirkulāciju.
Kabineta līmeņa komponenti: piemēram, backplane ventilatori, aukstas plāksnes un aerosola ierīces (iegremdēšanas šķidruma dzesēšana).
● Kontroles sistēma
Sensori (temperatūra, mitrums, spiediens) un inteliģenti kontrolieri dinamiski pielāgo saldēšanas iekārtu darbību, lai optimizētu energoefektivitāti.
2. Datu centra dzesēšanas metožu klasifikācija
Balstoties uz siltuma pārneses vidi un tehnisko ceļu, dzesēšanas metodes var iedalīt trīs kategorijās: gaisa dzesēšana, šķidruma dzesēšana un dabiska dzesēšana. Katrai metodei ir atšķirīgi piemērojamie scenāriji un priekšrocības un trūkumi.
● Gaisa dzesēšana (gaisa dzesēšana)
Princips: Aprīkojuma siltumu noņem ar gaisa plūsmu, un karsto gaisu atdzesē gaisa kondicionēšanas sistēma un pēc tam pārstrādā vai izvada uz ārpusi.
Tipiskas tehnoloģijas:
Datoru istabas līmeņa gaisa dzesēšana:
Precision gaisa kondicionēšana tieši piegādā gaisu datoru telpai, un karstais gaiss atgriežas caur griestiem vai zem grīdas. Izmaksas ir zemas, bet energoefektivitāte ir vidēja (Pue ir augstas, apmēram 1. 5-2. 0).
Uzlabošanas pasākumi: karsto un auksto kanālu izolēšana (norobežojiet karstos kanālus vai aukstos kanālus, lai izvairītos no gaisa plūsmas sajaukšanas), grīdas gaisa padeve (izmantojot paaugstinātas grīdas, lai transportētu aukstu gaisu, izplatīts tradicionālajos datu centros).
Skapja līmeņa gaisa dzesēšana:
Kabinetam ir iebūvēti ventilatori vai backplane ventilatori, lai uzlabotu viena skapja siltuma izkliedi (piemērots vidēja blīvuma skapjiem, jaudu, kas ir mazāka vai vienāda ar 15 kW).
Apvienojumā ar gaisa kondicionēšanu starp rindām (gaisa kondicionēšana tiek izvietota starp skapja rindām, lai saīsinātu gaisa plūsmas ceļu un uzlabotu efektivitāti).
Priekšrocības: nobriedusi tehnoloģija, zemas izvietošanas izmaksas, ērta apkope.
Trūkumi: zema gaisa siltuma jauda, nepietiekama augstas jaudas blīvuma scenāriju efektivitāte (jaunināšana uz šķidruma dzesēšanu, kad viena skapja jauda> 20 kW).
● Šķidruma dzesēšana (šķidrā dzesēšana)
Princips: Izmantojiet šķidru barotni, lai tieši vai netieši saskaras ar siltumenerģiju ģenerējošām sastāvdaļām, noņemiet siltumu cirkulācijas laikā un pēc tam pārnesiet siltumu āra dzesēšanas sistēmā caur siltummaini.
Klasifikācija un tehnoloģija:
Netieša šķidruma dzesēšana (aukstās plāksnes tips):
Ar siltumenerģijas komponentiem (piemēram, CPU, GPU) saskaras caur metāla auksto plāksni, un dzesēšanas šķidrums (ūdens vai nevadošs šķidrums) plūst aukstā plāksnē, lai absorbētu siltumu, tieši nesaskaroties ar elektroniskajiem komponentiem.
Priekšrocības: augsta drošība (nevadošs šķidrums nav obligāts), saderīgs ar esošo servera arhitektūru un zemām grūtībām pārveidot.
Lietojumprogramma: Augsta blīvuma skaitļošanas scenāriji (piemēram, AI serveri, HPC kopas), viena skapja jauda var sasniegt 20-50 KW.
Tieša šķidruma dzesēšana (iegremdēšana):
Servera aparatūra ir pilnībā iegremdēta nevadošajā fluorētā šķidrumā vai minerāleļļā. Šķidrums absorbē siltumu un iztvaiko, kā arī tvaika sašķidrina un plūst atpakaļ caur kondensatoru (fāzes maiņas dzesēšana, augstāka efektivitāte).
Priekšrocības: Īpaši liela karstuma izkliedes efektivitāte (viena skapja jauda var sasniegt vairāk nekā 100 kW), ventilators nav nepieciešams, zems troksnis, kauslis var būt tik zems kā 1,05 vai mazāks.
Lietojumprogrammas: īpaši augstas veiktspējas skaitļošana, blockchain ieguves fermas, liela mēroga AI apmācības kopas.
Izsmidziniet šķidruma dzesēšanu:
Dzesēšanas šķidrumu caur sprauslu izsmidzina uz sildīšanas elementa virsmas, apvienojot ar iztvaikošanu, lai absorbētu siltumu, kas atrodas starp aukstās plāksnes tipu un iegremdēšanas veidu.
Priekšrocības: augsta karstuma izkliedes efektivitāte, ievērojami samazināta PUE un atbalsts īpaši augsta jaudas blīvumam.
Trūkumi: Augsts sākotnējais ieguldījums (nepieciešama skapja un cauruļvada modifikācija), nepieciešama augstas uzturēšanas sarežģītība un profesionāla dzesēšanas šķidruma pārvaldība.
● Dabiska dzesēšana (bezmaksas dzesēšana)
Princips: Izmantojiet āra dabiskos aukstos avotus (piemēram, gaisu zemā temperatūrā, gruntsūdeņos, dzesēšanas torņos), lai aizstātu mehānisko saldēšanu, lai samazinātu enerģijas patēriņu.
Tipiskas tehnoloģijas:
Gaisa puses dabiskā dzesēšana:
Svaiga gaisa dzesēšana: Āra zemas temperatūras gaiss tiek tieši ievadīts datu centrā pēc filtrēšanas (mitrums un putekļi ir stingri jākontrolē), un karstais gaiss tiek izvadīts ārā.
Siltuma caurule/siltummainis: iekštelpu siltums tiek pārnests uz ārpusi caur siltuma caurulēm vai plāksnes siltummaiņiem, lai izvairītos no tiešas gaisa sajaukšanas (piemērota vietām ar augstu mitrumu).
Ūdens puses dabiskā dzesēšana:
Izmantojiet dzesēšanas torņus vai sausus dzesētājus, lai tieši izmantotu dzesētājus, lai nodrošinātu zemas temperatūras dzesēšanas ūdeni, kad āra temperatūra ir zema, samazinot kompresora darbības laiku.
Apvienojumā ar slēgtu ūdens cirkulācijas sistēmu ūdens piesārņojums neļauj ietekmēt siltuma izkliedi.
Zemes avots/ūdens avota dzesēšana:
Izmantojiet gruntsūdeņus, ezeru ūdeni vai augsnes siltummaiņus, lai iegūtu dabiskos aukstos avotus, izmantojot siltumsūkņu sistēmas, kas ir videi draudzīgas, bet ierobežo ģeogrāfiskā atrašanās vieta.
Priekšrocības: ievērojami samazina dzesēšanas enerģijas patēriņu, Pue var būt tik zems kā 1,1 vai zemāks, zaļš un enerģijas taupīšana.
Trūkumi: atkarīgs no āra klimata apstākļiem (acīmredzamas priekšrocības aukstās vietās) un prasa papildu siltummaiņas aprīkojumu.
3. Galvenās dzesēšanas tehnoloģijas un jauninājumi
Papildus iepriekšminētajām pamata metodēm datu centra dzesēšanas tehnoloģija attīstās augstas efektivitātes, intelekta un zemas karbonizācijas virzienā. Šie ir pašreizējās galvenās un vismodernākās tehnoloģijas:
● Augstas efektivitātes saldēšanas tehnoloģija
Magnētiskās levitācijas dzesētājs: Izmantojot magnētiskās levitācijas kompresoru, bez smēreļļas zuduma, energoefektivitātes attiecība (COP) var sasniegt vairāk nekā 10, kas ir vairāk nekā 30% enerģijas taupīšanas nekā tradicionālie centrbēdzes dzesētāji.
Iztvaikojoša dzesēšana: gaisa temperatūras pazemināšana, absorbējot siltumu caur ūdens iztvaikošanu (piemēram, mitrās plēves mitrinātāja + ventilators), kas piemērota sausām vietām, var ievērojami samazināt pieprasījumu pēc mehāniskas saldēšanas.
Divfāžu plūsmas dzesēšana: Izmantojot šķidrās fāzes maiņu (iztvaikošanas-kondensāts) efektīvai siltuma pārnesei, piemēram, cilpas siltuma caurulei (LHP) un pulsējošai siltuma caurulei (PHP), mikroshēmas līmeņa siltuma izkliedei.
● Intelekts un energoefektivitātes optimizācija
AI un mašīnmācība:
Analizējiet vēsturiskos datus, izmantojot AI algoritmus, prognozējiet slodzes izmaiņas, dinamiski pielāgojiet gaisa kondicionieru, ventilatoru, ūdens sūkņu un citu aprīkojuma darbības parametrus un sasniedz energoefektivitātes optimizāciju (piemēram, Google DeepMind tehnoloģija var samazināt saldēšanas enerģijas patēriņu par 40%).
Karsto punktu reālā laika uzraudzība, automātiska gaisa plūsmas vai šķidruma plūsmas sadalījuma pielāgošana, lai izvairītos no vietējas pārkaršanas.
Digitālais dvīnis: izveidojiet datu centra virtuālo modeli, imitējiet dažādu dzesēšanas šķīdumu ietekmi un optimizējiet izkārtojumu un darbības un uzturēšanas stratēģijas.
● Izšķērdēt siltuma atjaunošanos un oglekļa neitralitāti
Atkritumu siltuma izmantošana: Pārstrādājiet siltumu, kas izvadīts no dzesēšanas sistēmas apkures, karstā ūdens vai rūpniecības procesiem (piemēram, Ziemeļvalstu datu centrs, kas apvienots ar reģionālo apkures sistēmu), lai uzlabotu vispārējo enerģijas izmantošanu.
Zaļās enerģijas sinerģija: apvienojiet atjaunojamo enerģiju, piemēram, fotoelektriskos un vēja enerģiju, lai darbinātu dzesēšanas sistēmu un samazinātu oglekļa emisijas; Daži datu centri izmanto degvielas šūnas, kuru atkritumu siltumu var tieši izmantot sildīšanai vai enerģijas ražošanai.
Dabiski darba šķidruma dzesēšanas līdzekļi: izmantojiet zemu GWP (globālās sasilšanas potenciālu) dzesēšanas līdzekļus, piemēram, amonjaku (NH3) un oglekļa dioksīdu (CO₂), lai aizstātu tradicionālo Freonu, saskaņā ar vides noteikumiem (piemēram, ES F-GAS noteikumiem).
● Iegremdēšanas šķidruma dzesēšanas tehnoloģijas popularizēšana
Izmantojot AI un augstas veiktspējas skaitļošanas eksploziju, augsta blīvuma serveri (piemēram, GPU kopas) ir veicinājuši iegremdēšanas šķidruma dzesēšanu, lai kļūtu par karsto vietu:
Fluorēta šķidruma pazīmes: izolācija, zema viršanas temperatūra (apmēram 50-60 grāds), piemērots fāzes maiņas dzesēšanai, nav jāmaina servera aparatūra.
Izmaksu samazināšanas tendence: ar liela mēroga pielietojumu fluorētā šķidruma cena ir pakāpeniski samazinājusies, un to var izmantot atkārtoti (ilgums vairāk nekā 10 gadu laikā), un ilgtermiņa izmaksu priekšrocības ir acīmredzamas.
4. Dzesēšanas tehnoloģijas atlases un lietojumprogrammu scenāriji
Datu centru dzesēšanas risinājumu izvēlei ir jāapsver enerģijas blīvums, ģeogrāfiskā atrašanās vieta, budžets un energoefektivitātes mērķi:
| Scenārijs | Ieteicamā dzesēšanas metode | Tipisks pude | Viena skapja jauda |
| Mazjaudas blīvums (<5 kW) | Datoru istabas līmeņa gaisa dzesēšana + aukstā un karstā kanāla izolācija | 1.5-1.8 | Mazāks vai vienāds ar 5 kW |
| Vidējas jaudas blīvums (5-20 KW) | Skapja līmeņa gaisa dzesēšana + rinda-rinda gaisa kondicionēšana | 1.3-1.5 | 5-20 KW |
| Augstas jaudas blīvums (20-50 KW) | Aukstas plāksnes šķidruma dzesēšana + dabiska dzesēšana | 1.1-1.3 |
20-50 KW |
| Ultra-high power density (>50 kW) | Iegremdēta šķidruma dzesēšana + atkritumu siltuma atjaunošanās | 1.05-1.1 | 50-100 KW+ |
| Aukstas vietas | Dabiska dzesēšana (gaisa/ūdens puse) + papildu dzesēšana | 1.08-1.2 | Elastīgs |
| Sausās teritorijas | Iztvaikojoša dzesēšana + dabiska dzesēšana | 1.1-1.3 | Elastīgs |
5. Nākotnes attīstības tendences
●Zema oglekļa satura un nulles oglekļa datu centri:Politikas, piemēram, Ķīnas "dubultā oglekļa" mērķu, dabiskā dzesēšanas, atkritumu siltuma atjaunošanās un atjaunojamās enerģijas virzītā, kļūs vispārējs, un PUE mērķis virzīsies uz 1. 0.
● Šķidrās dzesēšanas tehnoloģijas mērogošana:AI un malu skaitļošana palielina augsta blīvuma pieprasījumu, iegremdēšanas šķidruma dzesēšana iekļūst no augstākās klases scenārijiem līdz vispārējiem datu centriem, un nozares standarti (piemēram, OCP šķidruma dzesēšanas specifikācijas) tiek pakāpeniski vienoti.
● Mikroshēmas līmeņa precizitātes siltuma izkliede:Mikrokanālu dzesēšana, smidzināšanas dzesēšana un citas tehnoloģijas tieši darbojas uz mikroshēmas, lai samazinātu siltuma pārneses ceļa zudumu.
● Pilnas ķēdes intelekts:Sākot ar aprīkojuma uzraudzību līdz globālai optimizācijai, AI un lietu internets (IoT) ir dziļi integrēti, lai sasniegtu "paredzamo apkopi" un adaptīvu dzesēšanu.
●Modularizācija un saliekšana:Saliekamie šķidruma dzesēšanas skapīši un konteineru tipa datu centri tiek paātrināti, lai izvietotu, saīsinātu būvniecības ciklu un samazinātu darbības un uzturēšanas izmaksas
Datu centra dzesēšanas sistēma ir galvenā saite līdzsvara veiktspējas, izmaksu un energoefektivitātes līdzsvarā. Tehnoloģiju izvēle ir jāpielāgo vietējiem apstākļiem un vajadzībām. Izmantojot skaitļošanas jaudas pieprasījuma eksploziju un zaļās transformācijas attīstību, efektīva šķidruma dzesēšana, dabiskā dzesēšana un inteliģenta pārvaldība kļūs par nākotnes attīstības galveno virzienu, virzot datu centru attīstību uz "zemu oglekļa saturu, efektīvu un ilgtspējīgu".
