Kadangi duomenų centrai turi tankiai supakuotą įrangą ir nuolat veikia, jie sukuria daug šilumos (kiekvienas serveris gali turėti kelių kilovatų galią iki dešimčių kilovatų). Jei šilumos negalima išsklaidyti laiku, tai sukels įrangos perkaitimą, našumo skaidymą ir netgi gedimą. Todėl aušinimo sistemos projektavimas tiesiogiai veikia duomenų centro energijos efektyvumą, patikimumą ir eksploatavimo išlaidas. Toliau pateiktas išsamus sistemos sudėties, aušinimo metodų, pagrindinių technologijų ir plėtros tendencijų įžanga.
1.Core Duomenų centro aušinimo sistemos komponentai
Duomenų centro aušinimo sistemą paprastai sudaro šios dalys, kurios veikia kartu siekiant efektyvaus šilumos perdavimo ir iškrovos:
● Šilumos šaltinio šoninė įranga
Šilumos generavimo komponentai, tokie kaip serveriai, laikymo įtaisai, maitinimo įranga (pvz., UPS) ir kt., Iš pradžių aušina ventiliatoriai arba pasyvios šilumos kriauklės.
● Šilumos perdavimo terpė
Oras: Tradicinės oro aušinimo sistemos terpė, nebrangūs, bet mažo šilumos laidumo efektyvumas (oro laidumas oro laidumas yra apie 0. 026 w\/m ・ k).
Skystis: Skystų aušinimo sistemos terpė, tokia kaip vanduo ar aušinimo skysčiai, tokie kaip mineralinis aliejus ir fluorintas skystis, turi žymiai didesnį šilumos laidumą nei oras (Vandens šilumos laidumas yra apie {{0}}.
● Šaldymo ir šilumos išsklaidymo įranga
Tikslus oro kondicionierius (CRAC\/CRAH): suteikia nuolatinę temperatūrą ir drėgmę šaltas oras, kad būtų galima kontroliuoti duomenų centro aplinką (tipinė temperatūra 20-24 laipsnis, drėgmė 40%-60%).
Chiller: pašalina šilumą per vandens cirkuliaciją, paprastai naudojamą dideliuose duomenų centruose ar skysčių aušinimo sistemose.
Aušinimo bokštas\/sausas aušintuvas: išleidžia šilumą į lauko atmosferą, padalytą į vandens aušinimą (reikia vandens) ir sausą aušinimą (oro aušinimas, vandens taupymas, bet mažiau efektyvus).
Šilumokaitis: pvz., Plokščių šilumokaitis ir šilumos vamzdžių šilumokaitis, naudojamas šilumos mainams tarp skirtingų terpių.
● Oro srauto\/skysčių srauto valdymo komponentai
Ortakiai ir kanalai: nukreipkite oro srautą, kad būtų pasiekta šalta ir karšta izoliacija.
Skysčio aušinimo vamzdynas: įskaitant siurblius, vožtuvus, srauto matuoklius ir kt., Kad užtikrintumėte aušinimo skysčio cirkuliaciją.
Kabineto lygio komponentai: tokie kaip plokštumos ventiliatoriai, šaltos plokštelės ir purškimo įtaisai (panardinimo skysčio aušinimas).
● Valdymo sistema
Jutikliai (temperatūra, drėgmė, slėgis) ir intelektualūs valdikliai dinamiškai sureguliuoja šaldymo įrangos veikimą, kad optimizuotų energijos vartojimo efektyvumą.
2. Duomenų centro aušinimo metodų klasifikavimas
Remiantis šilumos perdavimo terpe ir techniniu keliu, aušinimo metodus galima suskirstyti į tris kategorijas: oro aušinimą, skystą vėsinimą ir natūralų aušinimą. Kiekvienas metodas turi skirtingus taikomus scenarijus ir pranašumus bei trūkumus.
● Oro aušinimas (oro aušinimas)
Principas: Įrangos šiluma pašalinama oro srautu, o karštas oras aušinamas oro kondicionavimo sistema, o po to perdirbama arba išleidžiama į išorę.
Tipiškos technologijos:
Kompiuterių kambario lygio oro aušinimas:
Tikslus oro kondicionierius tiesiogiai tiekia orą į kompiuterio kambarį, o karštas oras grįžta per lubas arba po grindimis. Kaina yra maža, tačiau energijos efektyvumas yra vidutinis (PUE yra aukšta, apie 1. 5-2. 0).
Tobulinimo priemonės: Karštų ir šaltų kanalų izoliacija (uždenkite karštus kanalus ar šaltus kanalus, kad būtų išvengta oro srauto maišymo), po grindų oro tiekimas (naudojant padidėjusias grindis šaltam orui, įprasta tradiciniuose duomenų centruose).
Kabineto lygio oro aušinimas:
Kabinete yra įmontuoti ventiliatoriai arba plokštumos ventiliatoriai, skirti pagerinti vienos spintelės šilumos išsklaidymą (tinkama vidutinio tankio spintelėms, mažesnei ar lygi 15 kW galia).
Kartu su oro kondicionieriumi tarp kartos (oro kondicionierius dislokuotas tarp spintelių eilučių, kad būtų sutrumpintas oro srauto kelias ir pagerinamas efektyvumas).
Privalumai: brandžios technologijos, mažos diegimo išlaidos, lengva priežiūra.
Trūkumai: maža oro šilumos talpa, nepakankamas didelio galios tankio scenarijų efektyvumas (atnaujinkite į skysčio aušinimą, kai vienos spintelės galia> 20 kW).
● Skystas aušinimas (skysčio aušinimas)
Principas: Naudokite skystą terpę, kad tiesiogiai arba netiesiogiai susisiektumėte su šilumos sukeliančiais komponentais, pašalintumėte šilumą per kraujotaką, o po šilumos perleiskite į lauko aušinimo sistemą per šilumokaitį.
Klasifikacija ir technologija:
Netiesioginis skysčio aušinimas (šaltos plokštės tipas):
Per metalinę šaltą plokštę kontaktai su šilumos sukeliančiais komponentais (tokiais kaip CPU, GPU), o aušinimo skystis (vanduo arba nelaidus skystis) teka šaltoje plokštelėje, kad būtų galima absorbuoti šilumą, tiesiogiai nesikišant į elektroninius komponentus.
Privalumai: Aukštas saugumas (nelaidus skystis yra neprivalomas), suderinamas su esama serverio architektūra ir mažais transformacijos sunkumais.
Taikymas: didelio tankio skaičiavimo scenarijai (tokie kaip AI serveriai, HPC klasteriai), vienos spintelės galia gali pasiekti 20-50 kw.
Tiesioginis skysčio aušinimas (panardinimas):
Serverio aparatūra yra visiškai panardinta į nelaidžią fluorintą skystą arba mineralinę alyvą. Skystis sugeria šilumą ir garinėja, o garų suskystina ir teka atgal per kondensatorių (fazių keitimo aušinimas, didesnis efektyvumas).
Privalumai: Ypač didelis šilumos išsklaidymo efektyvumas (vienos spintelės galia gali siekti daugiau nei 100 kW), nereikia ventiliatoriaus, mažo triukšmo, pue gali būti tik 1,05 ar mažiau.
Programos: ypač aukšto našumo skaičiavimas, „blockchain“ kasybos ūkiai, didelio masto AI mokymo grupės.
Purškite skysčio aušinimą:
Aušinimo skystis purškiamas ant šildymo elemento paviršiaus per purkštuką, kartu su išgaravimu, kad būtų galima sugerti šilumą, kuris yra tarp šaltos plokštės tipo ir panardinimo tipo.
Privalumai: Didelio šilumos išsklaidymo efektyvumas, žymiai sumažintas PUE ir ypač didelio galios tankio palaikymas.
Trūkumai: Reikalingi didelės pradinės investicijos (reikalingas spintelių ir vamzdynų modifikavimas), reikalingas didelis priežiūros sudėtingumas ir profesionalaus aušinimo skysčio valdymas.
● Natūralus aušinimas (nemokamas aušinimas)
Principas: Naudokite natūralius šaltinius lauke (pvz., Oras žemos temperatūra, požeminis vanduo, aušinimo bokštai), kad pakeistumėte mechaninį šaldymą, kad sumažintumėte energijos suvartojimą.
Tipiškos technologijos:
Oro natūralus aušinimas:
Gryno oro aušinimas: Lauko žemos temperatūros oras tiesiogiai įvedamas į duomenų centrą po filtravimo (drėgmė ir dulkės turi būti griežtai kontroliuojami), o karštas oras išleidžiamas lauke.
Šilumos vamzdis\/šilumokaitis: Vidinis šiluma perkeliama į išorę per šilumos vamzdžius arba plokštelės šilumokaičius, kad būtų išvengta tiesioginio oro maišymo (tinkama vietoms, kuriose yra didelė drėgmė).
Vandens natūralus aušinimas:
Naudokite aušinimo bokštus arba sausus aušintuvus, kad tiesiogiai naudotumėte aušintuvus, kad tiektumėte žemos temperatūros aušinimo vandenį, kai lauko temperatūra yra žema, sumažindami kompresoriaus veikimo laiką.
Derinant su uždara vandens cirkuliacijos sistema, vandens užterštumas neleidžia paveikti šilumos išsklaidymo.
Žemės šaltinio\/vandens šaltinio aušinimas:
Naudokite požeminio vandens, ežero vandens ar dirvožemio šilumokaičius, kad išgautumėte natūralius šalčio šaltinius per šilumos siurblių sistemas, kurios yra ekologiškos, tačiau riboja geografinę vietą.
Privalumai: labai sumažinkite aušinimo energijos suvartojimą, PUE gali būti net 1,1 ar mažesnis, žalias ir taupantis energiją.
Trūkumai: priklauso nuo lauko klimato sąlygų (akivaizdūs pranašumai šaltose vietose) ir reikalauja papildomos šilumos mainų įrangos.
3. Pagrindinės aušinimo technologijos ir naujovės
Be minėtų pagrindinių metodų, duomenų centro aušinimo technologija vystosi ir didelio efektyvumo, intelekto ir žemo karbonizacijos. Toliau pateikiamos dabartinės pagrindinės ir pažangiausios technologijos:
● Didelio efektyvumo šaldymo technologija
Magnetinės levitacijos aušintuvas: Naudojant magnetinio levitacijos kompresorių, alyvos nuostoliai nėra tepami, energijos vartojimo efektyvumo santykis (COP) gali pasiekti daugiau nei 10, o tai yra daugiau nei 30% energijos taupo nei tradiciniai išcentriniai aušintuvai.
Garinamasis aušinimas: Oro temperatūros mažinimas sugeriant šilumą per vandens garinimą (pvz., Drėgną plėvelės drėkintuvą + ventiliatorių), tinkantį sausoms vietoms, gali žymiai sumažinti mechaninio šaldymo poreikį.
Dviejų fazių srauto aušinimas: Naudojant skysčio fazės pokytį (garinimo ir kondensaciją) efektyviam šilumos perdavimui, pavyzdžiui, kilpos šilumos vamzdį (LHP) ir pulsuojantį šilumos vamzdį (PHP), kad būtų galima išsklaidyti lusto lygį.
● Intelekto ir energijos vartojimo efektyvumo optimizavimas
PG ir mašinų mokymasis:
Išanalizuokite istorinius duomenis naudodamiesi AI algoritmais, numatykite apkrovos pokyčius, dinamiškai sureguliuokite oro kondicionierių, ventiliatorių, vandens siurblių ir kitos įrangos veikimo parametrus ir pasiekti energijos vartojimo efektyvumo optimizavimą (pvz., „Google“ „Deepmind“ technologija gali sumažinti šaldymo energijos suvartojimą 40%).
Realiojo laiko karštųjų taškų stebėjimas, automatinis oro srauto ar skysčio srauto pasiskirstymo reguliavimas, kad būtų išvengta vietinio perkaitimo.
„Digital Twin“: sukurkite virtualų duomenų centro modelį, imituokite skirtingų aušinimo sprendimų efektus ir optimizuokite išdėstymo ir eksploatavimo bei priežiūros strategijas.
● Šilumos atkūrimas ir anglies neutralumas
Pakartotinis šilumos vartojimas: perdirbkite šilumą, išleistą iš aušinimo sistemos, skirtos šildymui, karštam vandeniui ar pramoniniams procesams (pvz., Šiaurės šalių duomenų centras kartu su regionine šildymo sistema), siekiant pagerinti bendrą energijos sunaudojimą.
Žaliosios energijos sinergija: sujunkite atsinaujinančią energiją, tokią kaip fotoelektros ir vėjo energija, kad maitintumėte aušinimo sistemą ir sumažintumėte anglies išmetimą; Kai kurie duomenų centrai naudoja kuro elementus, kurių atliekų šilumą galima tiesiogiai naudoti šildymui ar energijos gamybai.
Natūralūs skysčių šaltnešiai: naudokite žemą GWP (globalinio atšilimo potencialą) šaltnešius, tokius kaip amoniakas (NH3) ir anglies dioksidas (CO₂), kad pakeistų tradicinį Freoną, laikydamiesi aplinkos apsaugos taisyklių (pvz., Eu F-D-du-dujų taisyklės).
● Immersion skysčio aušinimo technologijos populiarinimas
Sprogus AI ir didelio našumo skaičiavimui, didelio tankio serveriai (pvz., GPU klasteriai) paskatino skysčio vėsinimąsi, kad taptų karšta vieta:
Fluorinto skysčio savybės: izoliacija, žemas virimo temperatūra (apie 50-60 laipsnį), tinkama fazių pokyčių aušinimui, nereikia modifikuoti serverio aparatūros.
Išlaidų mažinimo tendencija: Didelio masto pritaikymui fluorinto skysčio kaina pamažu sumažėjo, ir ji gali būti pakartotinai naudojama (daugiau nei 10 metų gyvenimo trukmė), o ilgalaikiai išlaidų pranašumai yra akivaizdūs.
4. Aušinimo technologijos atrankos ir taikymo scenarijai
Pasirinkus aušinimo sprendimus duomenų centruose, reikia išsamiai apsvarstyti galios tankį, geografinę vietą, biudžeto ir energijos vartojimo efektyvumo tikslus:
| Scenarijus | Rekomenduojamas aušinimo metodas | Tipiškas pue | Vienos spintelės galia |
| Mažas galios tankis (<5 kW) | Kompiuterių kambario lygio oro aušinimas + šalčio ir karšto kanalo izoliacija | 1.5-1.8 | Mažiau arba lygus 5 kW |
| Vidutinio galios tankis (5-20 kw) | Kabineto lygio oro aušinimas + oro kondicionierius nuo eilės iki eilės | 1.3-1.5 | 5-20 kw |
| Didelio galios tankis (20-50 kw) | Šaltos plokštės skystas aušinimas + natūralus aušinimas | 1.1-1.3 |
20-50 kw |
| Ultra-high power density (>50 kW) | Panardintas skysčio aušinimas + atliekų šilumos atkūrimas | 1.05-1.1 | 50-100 kw+ |
| Šaltos zonos | Natūralus aušinimas (oro\/vandens pusė) + pagalbinis aušinimas | 1.08-1.2 | Lankstus |
| Sausringos zonos | Garinamasis aušinimas + natūralus aušinimas | 1.1-1.3 | Lankstus |
5. Ateities plėtros tendencijos
●Mažo anglies ir nulinės anglies duomenų centrai:Vadinama politikos (tokios kaip Kinijos „dvigubos anglies“ tikslai), natūralus aušinimas, šilumos atkūrimas atliekų atkūrimas ir atsinaujinanti energija taps pagrindine, o PUE tikslas judės link 1. 0.
● Skysčio aušinimo technologijos mastelio keitimas:PG ir kraštų skaičiavimo padidina didelio tankio paklausą, panardinimo skysčio aušinimas prasiskverbia iš aukščiausios klasės scenarijų prie bendrųjų duomenų centrų, o pramonės standartai (pvz., OCP skysčių aušinimo specifikacijos) yra palaipsniui suvienodintos.
● Lusto lygio tikslus šilumos išsklaidymas:Mikrokanalų aušinimas, purškimo aušinimas ir kitos technologijos tiesiogiai veikia ant lusto, kad sumažintų šilumos perdavimo kelio praradimą.
● Visos grandinės intelektas:Nuo įrangos stebėjimo iki visuotinio optimizavimo, AI ir daiktų internetas (IoT) yra giliai integruotos siekiant „numatomosios priežiūros“ ir adaptyvaus aušinimo.
●Moduliacija ir surenkamajam:Surenkamos skysčio aušinimo spintelės ir konteinerių tipo duomenų centrai yra pagreitinti, kad būtų galima dislokuoti, sutrumpinti statybos ciklą ir sumažinti eksploatavimo ir priežiūros išlaidas
Duomenų centro aušinimo sistema yra pagrindinė nuoroda, kaip subalansuoti našumą, sąnaudas ir energijos vartojimo efektyvumą. Technologijų atranka turi būti pritaikyta vietinėms sąlygoms ir poreikiams. Sprogus skaičiavimo galios poreikį ir tobulinant ekologišką transformaciją, efektyvus skysčio aušinimas, natūralus aušinimas ir intelektualus valdymas taps pagrindine būsimo vystymosi kryptimi, paskatinus duomenų centrų raidą link „mažai anglies dioksido į apembas, efektyvus ir tvarius“.
