Budući da podatkovni centri imaju gusto prepununu opremu i u kontinuiranom su operaciju, oni stvaraju puno topline (svaki poslužitelj može imati snagu nekoliko kilovata na desetine kilovata). Ako se toplina ne može rasipati na vrijeme, ona će dovesti do pregrijavanja opreme, degradacije performansi, pa čak i neuspjeh. Stoga dizajn rashladnog sustava izravno utječe na energetsku efikasnost, pouzdanost i operativne troškove podatkovnog centra. Slede je detaljno uvođenje iz aspekata kompozicije sistema, metoda hlađenja, ključnih tehnologija i trendova razvoja.
1.Kore komponente sustava hlađenja centra
Sustav hlađenja podataka obično se sastoji od sljedećih dijelova koji rade zajedno kako bi se postigao efikasan prijenos topline i pražnjenje:
● Oprema za izvor topline
Komponente za proizvodnju topline kao što su serveri, uređaji za pohranu, opremu za napajanje (poput UPS-a) itd. U početku se hlade navijačima ili pasivnim hladnjacima.
● Medijum za prenos topline
Zrak: Medij tradicionalnog sistema hlađenja zraka, niski troškovi, ali niska efikasnost provodljivosti topline (toplotna provodljivost zraka je oko 0. 026 W \/ m · K).
Tečnost: Medij tečnog rashladnog sistema, poput vode ili rashladnih sredstava, poput mineralnog ulja i fluorirane tečnosti, ima značajno veću toplinsku provodljivost od zraka (toplotna provodljivost vode je oko 0,05 W \/ m · K, ali latentna toplina isparavanja je visoka).
● Oprema za rashladnu i toplotnu disipaciju
Precizni klima (Crac \/ CRAH): pruža konstantnu temperaturu i vlažnost hladnog zraka za kontrolu okruženja centra podataka (tipična temperatura 20-24 stepen, vlaga 40% -60%).
CHILLER: Uklanja toplinu kroz cirkulaciju vodom, koji se obično koristi u velikim podatkovnim centrima ili tečnim rashladnim sistemima.
Rashladni toranj \/ suši hladnjak: Ispušavanje vrućine na vanjsku atmosferu, podijeljena u vodenu hlađenje (zahtijeva vodu) i suho hlađenje (hlađenje zraka, štedljivo), ali manje efikasno).
Izmjenjivač topline: kao što je ploča za izmjenjivač topline i izmjenjivač topline cijevi, koji se koristi za razmjenu topline između različitih medija.
● Komponente upravljanja protokom protoka zraka \/ tečnog protoka
DUCTS I DUCTI: Vodič za vožnju zraka za postizanje hladne i vruće izolacije.
Tečni rashladni cjevovod: uključujući pumpe, ventile, metar protoka itd. Da bi se osiguralo cirkulacija rashladne tekućine.
Komponente na nivou kabineta: poput obožavalaca za podršku, hladne ploče i uređaje za prskanje (uranjanje tečno hlađenje).
● Kontrolni sistem
Senzori (temperatura, vlaga, pritisak) i inteligentni kontroleri dinamički prilagođavaju rad rashladne opreme za optimizaciju energetske učinkovitosti.
2. Klasifikacija metoda hlađenja centrala centra
Na temelju srednje i tehničkog staza za prenos topline, metode hlađenja mogu se podijeliti u tri kategorije: hlađenje zraka, tečno hlađenje i prirodno hlađenje. Svaka metoda ima različite primjenjive scenarije i prednosti i nedostatke.
● Hlađenje vazduhom (vazduhoplovno hlađenje)
Princip: Toplina opreme uklanja se protokom zraka, a vrući zrak se hladi klima uređajem i zatim se reciklira ili isprazni izvana.
Tipične tehnologije:
Računalo na nivou računara hlađenje zraka:
Precizni klima uređaj direktno isporučuje zrak u računarsku sobu, a vrući zrak se vraća kroz strop ili ispod poda. Trošak je nizak, ali energetsku efikasnost je prosječna (Pue je visok, oko 1. {1}} 5-2).
Mjere poboljšanja: izolacija vrućih i hladnih kanala (priložite vruće kanale ili hladne kanale kako biste izbjegli miješanje protoka zraka), pod polje zrak (koristeći povišene podove za prijevoz hladnog zraka).
Hlađenje zraka na nivou kabineta:
Ormar ima ugrađene ventilatove ili navijače za podršku za povećanje topline rasipanja jednog ormara (pogodno za ormariće srednje gustine, snagu manje ili jednake 15 kW).
U kombinaciji sa međurezom klima uređaja (klima uređaj je raspoređen između redova ormara da skrati put protoka zraka i poboljšavaju efikasnost).
Prednosti: zrela tehnologija, nisko trošak implementacije, lako održavanje.
Nedostaci: Nedovoljna efikasnost zraka, nedovoljna efikasnost u scenariji visoke snage (nadogradnja na tečno hlađenje kada jednostruki kabinet snaga> 20 kW).
● Tečno hlađenje (tečno hlađenje)
Princip: Koristite tečni medij za direktno ili indirektno kontaktirajte komponente koji generiraju toplinu, izvadite toplinu kroz cirkulaciju, a zatim prebacite toplinu na vanjski sistem hlađenja putem izmjenjivača topline.
Klasifikacija i tehnologija:
Indirektno hlađenje tečnosti (vrsta hladne ploče):
Komponente za proizvodnju topline (kao što su CPU, GPU) kontaktiraju se kroz metalnu hladnu ploču, a rashladno sredstvo (voda ili neprovodljiva tekućina) teče u hladnoj ploči da apsorbiraju toplinu bez direktnog kontakta s elektroničkim komponentama.
Prednosti: Visoka sigurnost (neprovodna tečnost nije obavezna), kompatibilna sa postojećom arhitekturom poslužitelja i niske poteškoće u transformaciji.
Primjena: Računalni scenariji visokog gustoće (poput AI poslužitelja, HPC klasteri), snaga jednog ormara može doći do 20-50 kW.
Direktno hlađenje tečnosti (uranjanje):
Hardver poslužitelja potpuno je uronjen u neprovodni fluorirani tekućinu ili mineralno ulje. Tečnost apsorbira toplinu i isparavanje, a parna ukabica i teče natrag kroz kondenzator (fazna promjena hlađenja, veća efikasnost).
Prednosti: Izuzetno velika efikasnost disipacije topline (jedna snaga ormarića može dostići više od 100 kW), bez ventilatora, niske buke, Bog može biti nizak kao 1,05 ili manje.
Aplikacije: Računarstvo u ultra visokim performansama, Blockchain rudarska farma, veliki klasteri za trening velike razmjere.
Sprej tečno hlađenje:
Telak rasprši se na površinu grijaćeg elementa kroz mlaznicu, u kombinaciji s isparavanjem za apsorbiranje topline, koja je između vrste hladne ploče i uronjenog tipa.
Prednosti: Visoka efikasnost disipacije topline, značajno smanjena Bogu i podrška za gustoću ultra visoke snage.
Nedostaci: Potrebna je visoka početna ulaganja (modifikacija ormara i cjevovoda), kompleksnost visoke održavanja i profesionalno upravljanje rashladnošću.
● Prirodno hlađenje (besplatno hlađenje)
Princip: Koristite vanjske prirodne hladne izvore (kao što su niskotemperaturni zrak, podzemne vode, hlađenje kule) za zamjenu mehaničkog hlađenja za smanjenje potrošnje energije.
Tipične tehnologije:
Prirodno hlađenje zraka:
Svježe hlađenje zraka: vanjski zrak sa niskim temperaturama izravno se uvodi u podatkovni centar nakon filtracije (vlaga i prašina mora biti strogo kontrolirana), a vrući zrak se ispušta na otvorenom.
Toplinska cijev \/ izmjenjivač topline: unutarnja toplina se prenosi na vanjsku cijev kroz toplinske cijevi ili ploča za izmjenjivače topline kako bi se izbjeglo izravno miješanje zraka (pogodno za područja s visokom vlagom).
Prirodno hlađenje na vodi:
Koristite rashladne tornjeve ili suve hladnjake za izravno pomoću hladnjaka za pružanje vode za hlađenje niskog temperature kada je vanjska temperatura niska, smanjujući vrijeme rada kompresora.
U kombinaciji sa zatvorenim sistemom cirkulacije vode, zagađenje vode se sprečava da utiče na rasipanje topline.
Izvor tla \/ izvor vode hlađenje:
Koristite podzemne vode, jezero ili izmjenjivače topline tla za izdvajanje prirodnih hladnjača kroz sustave toplinske pumpe, što je ekološki prihvatljivo, ali ograničeno geografskom lokacijom.
Prednosti: U velikoj mjeri smanjuju potrošnju energije za hlađenje, PUE može biti niže kao 1,1 ili niže, zelena i ušteda energije.
Nedostaci: ovisi o vanjskim klimatskim uvjetima (očite prednosti u hladnim područjima) i zahtijeva dodatnu opremu za izmjenu topline.
3. Ključne tehnologije hlađenja i inovacije
Pored gore navedenih osnovnih metoda, tehnologija hlađenja podataka u centru razvija se prema visokim efikasnosti, inteligencijskim i niskim karbonizacijom. Slijede trenutne glavne i vrhunske tehnologije:
● Hladna tehnologija hlađenja visokog efikasnosti
Magnetni levitacija: pomoću kompresora magnetske levitacije, bez mazivnog gubitka ulja, omjer energetske učinkovitosti (policajac) može dostići više od 10, što je više od 30% uštede energije od tradicionalnih centrifugalnih hladnjaka.
Ispaljivo hlađenje: spuštanje temperature zraka apsorpcijom topline kroz isparavanje vode (poput vlažnog filma ovlaživač + ventilator), pogodan za suve površine, može u velikoj mjeri smanjiti potražnju za mehaničkom hlađenju.
Dvofazno hlađenje protoka: Korištenje tekuće fazne promjene (kondenzacija isparavanja) za efikasan prijenos topline, poput topline cijevi za petlje (LHP) i pulsirajuća toplotna cijev (PHP), za rasipanje topline na nivou čipa.
● Inteligencija i optimizacija energetske efikasnosti
AI i mašinsko učenje:
Analizirajte povijesne podatke putem AI algoritama, predviđajte promjene opterećenja, dinamički podesite radne parametre klima uređaja, ventilatora, vodenih pumpi i druge opreme i optimizaciju energetske učinkovitosti (poput Google-ove tehnologije za dubokosti može smanjiti potrošnju energije za hlađenje za 40%).
Praćenje vrućih tačaka, automatsko podešavanje distribucije protoka zraka ili tečnog protoka kako bi se izbjeglo lokalno pregrijavanje.
Digitalni blizanac: izgraditi virtualni model podatkovnog centra, simulirajte efekte različitih rješenja za hlađenje i optimizirajte raspored i strategije rada i održavanja i održavanja.
● Otpadni toplinski oporavak i neutralnost ugljika
Otpadna upotreba topline: Reciklirajte toplinu ispuštenu iz sustava za hlađenje za grijanje, tople vode ili industrijske procese (kao što je nordijski podatkovni centar u kombinaciji sa regionalnim sustavom grijanja) za poboljšanje cjelokupnog iskorištavanja energije.
Sinergija zelene energije: Kombinuje obnovljivu energiju kao što su fotonaponska i vjetroelektrana za napajanje sistema za hlađenje i smanjenje emisije ugljika; Neki centri podataka koriste gorivne ćelije, čija se otpadna toplina može izravno koristiti za grijanje ili proizvodnju energije.
Prirodna radna fluida hladnjaka: Koristite slabu GWP (globalno zagrijavanje) rashladne uređaje poput amonijaka (NH3) i ugljičnog dioksida (CO₂) za zamjenu tradicionalnog Freona, u skladu sa ekološkim propisima (kao što su EU propisi o EU).
● Popularizacija tehnologije za hlađenje tečnosti uranjanja
Sa eksplozijom AI i računarstva visokih performansi, serveri visokog gustoće (poput GPU klastera) promovirali su uranjanje tečno hlađenje da bi postalo vruće mjesto:
Značajke fluorirane tečnosti: izolacija, niska tačka ključanja (oko 50-60 stepena), pogodna za hlađenje fazne promjene, nema potrebe za modifikacijom hardvera poslužitelja.
Trend smanjenja troškova: Sa velikim primjenom, cijena fluorirane tečnosti postepeno se smanjila, a može se ponovo upotrijebiti (životni vijek više od 10 godina), a vidljive su dugoročne prednosti.
4. Odabir i scenariji aplikacija tehnologije hlađenja
Odabir rješenja za hlađenje za centre za podatke treba sveobuhvatno razmotriti gustinu snage, geografski položaj, budžet i ciljeve energetske učinkovitosti:
| Scenarij | Preporučena metoda hlađenja | Tipičan bog | Power kabineta |
| Niska gustina snage (<5 kW) | Razina kompjuterskog sobu hlađenje zraka + hladna i vruća izolacija kanala | 1.5-1.8 | Manje od ili jednako 5 kW |
| Gustina srednje snage (5-20 kw) | Razina zraka u nivou kabineta + klima uređaj za redom | 1.3-1.5 | 5-20 KW |
| Visoka gustoća snage (20-50 kw) | Hladna ploča Tečno hlađenje + prirodno hlađenje | 1.1-1.3 |
20-50 KW |
| Ultra-high power density (>50 kW) | Uronjeno tečno hlađenje + otpadni toplotni oporavak | 1.05-1.1 | 50-100 KW + |
| Hladna područja | Prirodno hlađenje (zrak \/ voda) + pomoćno hlađenje | 1.08-1.2 | Fleksibilan |
| Sušne površine | Isparno hlađenje + prirodno hlađenje | 1.1-1.3 | Fleksibilan |
5. Budući razvojni trendovi
●Centri za podatke sa niskim ugljikom i nula-ugljika:Vođen policama (poput kineskih "dvostrukih ugljika" ciljeva), prirodno hlađenje, otpadni otpad i obnovljivi izvor energije postat će mainstream, a cilj Pue će se pomaknuti prema 1. 0.
● Skaliranje tehnologije za hlađenje tečnosti:AI i EDGE Computing Potražnja potrošnje visoke gustoće, uranjanje tečno hlađenje prodire iz visokog scenarija do općih podataka o podacima, a industrijski standardi (poput OCP-a za hlađenje tekućine) postepeno su postepeni.
● Preciznost razine na čipu:Mikrochannel hlađenje, rashladno sredstvo za raspršivanje i druge tehnologije direktno djeluju na čipu za smanjenje gubitka staze prijenosa topline.
● Potpuna lanacionalna inteligencija:Od nadgledanja opreme za globalnu optimizaciju, AI i Internet stvari (IOT) duboko su integrirani za postizanje "prediktivnog održavanja" i adaptivnog hlađenja.
●Modularizacija i montaža:Montažni ormarići za hlađenje tekućine i centri za tipa kontejnera ubrzavaju se za implementaciju, skraćuju ciklus konstrukcije i smanji troškove rada i troškove održavanja i održavanja
Sistem hlađenja Data Center ključna je veza u balansiranju performansi, troškova i energetske efikasnosti. Odabir tehnologije treba prilagoditi lokalnim uvjetima i potrebama. Uz eksploziju računarske energije i unapređenja zelene transformacije, efikasno hlađenje tekućine, prirodno hlađenje i inteligentno upravljanje postat će osnovno smjer budućeg razvoja, vozeći evoluciju podataka o podacima prema "nisko-ugljikovima, efikasnom i održivom".
