ระบบทำความเย็นศูนย์ข้อมูลวิธีการและเทคโนโลยีคืออะไร?

เนื่องจากศูนย์ข้อมูลมีอุปกรณ์ที่มีความหนาแน่นสูงและอยู่ในการทำงานอย่างต่อเนื่องพวกเขาจะสร้างความร้อนจำนวนมาก (เซิร์ฟเวอร์แต่ละเซิร์ฟเวอร์สามารถมีกำลังของหลายกิโลวัตต์ถึงหลายสิบกิโลวัตต์) หากความร้อนไม่สามารถกระจายไปได้ในเวลามันจะนำไปสู่อุปกรณ์ความร้อนสูงเกินไปการลดลงของประสิทธิภาพและแม้กระทั่งความล้มเหลว ดังนั้นการออกแบบระบบทำความเย็นจึงส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพการใช้พลังงานความน่าเชื่อถือและค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานของศูนย์ข้อมูล ต่อไปนี้คือการแนะนำรายละเอียดจากแง่มุมขององค์ประกอบของระบบวิธีการระบายความร้อนเทคโนโลยีสำคัญและแนวโน้มการพัฒนา

1. ส่วนประกอบของระบบทำความเย็นศูนย์ข้อมูล
ระบบทำความเย็นศูนย์ข้อมูลมักจะประกอบด้วยชิ้นส่วนต่อไปนี้ซึ่งทำงานร่วมกันเพื่อให้ได้การถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพ:
●อุปกรณ์ด้านความร้อน
ส่วนประกอบที่สร้างความร้อนเช่นเซิร์ฟเวอร์อุปกรณ์จัดเก็บอุปกรณ์อุปกรณ์จ่ายไฟ (เช่น UPS) ฯลฯ จะถูกทำให้เย็นลงโดยพัดลมหรืออ่างล้างมือแบบพาสซีฟ
●สื่อถ่ายเทความร้อน
อากาศ: ตัวกลางของระบบระบายความร้อนอากาศแบบดั้งเดิม, ต้นทุนต่ำ แต่ประสิทธิภาพการนำความร้อนต่ำ (การนำความร้อนของอากาศประมาณ 0. 026 w\/m ・ k)
ของเหลว: ระบบทำความเย็นของเหลวกลางเช่นน้ำหรือสารหล่อเย็นเช่นน้ำมันแร่และของเหลวฟลูออไรด์มีการนำความร้อนสูงกว่าอากาศอย่างมีนัยสำคัญ (การนำความร้อนของน้ำเป็นประมาณ {{0}} 6 w\/m ・ K
●อุปกรณ์การแช่แข็งและความร้อน
เครื่องปรับอากาศที่แม่นยำ (CRAC\/CRAH): ให้อุณหภูมิและความชื้นอากาศเย็นเพื่อควบคุมสภาพแวดล้อมของศูนย์ข้อมูล (อุณหภูมิทั่วไป 20-24 ระดับความชื้น 40%-60%)
Chiller: กำจัดความร้อนผ่านการไหลเวียนของน้ำซึ่งใช้กันทั่วไปในศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่หรือระบบระบายความร้อนของเหลว
Cooling Tower\/Dry Cooler: ปล่อยความร้อนไปยังบรรยากาศกลางแจ้งแบ่งออกเป็นน้ำเย็น (ต้องใช้น้ำ) และการระบายความร้อนแบบแห้ง (การระบายความร้อนของอากาศการประหยัดน้ำ แต่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า)
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน: เช่นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแผ่นและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนท่อความร้อนใช้สำหรับการแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างสื่อต่าง ๆ
●ส่วนประกอบการจัดการการไหลของอากาศ\/ของเหลว
ท่อและท่อ: นำทางการไหลของอากาศเพื่อให้เกิดความเย็นและร้อน
ท่อระบายความร้อนของเหลว: รวมถึงปั๊มวาล์วเมตรการไหล ฯลฯ เพื่อให้แน่ใจว่าการไหลเวียนของสารหล่อเย็น
ส่วนประกอบระดับคณะรัฐมนตรี: เช่นพัดลม backplane, แผ่นเย็นและอุปกรณ์สเปรย์ (การระบายความร้อนของเหลวแบบแช่)
●ระบบควบคุม
เซ็นเซอร์ (อุณหภูมิความชื้นความดัน) และตัวควบคุมอัจฉริยะปรับการทำงานของอุปกรณ์ทำความเย็นแบบไดนามิกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

2. การจำแนกประเภทของวิธีการทำความเย็นศูนย์ข้อมูล
ขึ้นอยู่กับเส้นทางการถ่ายเทความร้อนและเส้นทางทางเทคนิควิธีการระบายความร้อนสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: การระบายความร้อนของอากาศการระบายความร้อนของเหลวและการระบายความร้อนตามธรรมชาติ แต่ละวิธีมีสถานการณ์ที่แตกต่างกันและข้อดีและข้อเสีย
●ระบายความร้อนด้วยอากาศ (ระบายความร้อนด้วยอากาศ)
หลักการ: ความร้อนของอุปกรณ์จะถูกลบออกจากการไหลของอากาศและอากาศร้อนจะถูกทำให้เย็นลงด้วยระบบปรับอากาศแล้วรีไซเคิลหรือปล่อยออกไปด้านนอก
เทคโนโลยีทั่วไป:
การระบายความร้อนอากาศในระดับห้องคอมพิวเตอร์:
เครื่องปรับอากาศที่แม่นยำส่งอากาศโดยตรงไปยังห้องคอมพิวเตอร์และอากาศร้อนจะกลับมาผ่านเพดานหรือใต้พื้น ค่าใช้จ่ายต่ำ แต่ประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นค่าเฉลี่ย (PUE สูงประมาณ 1. 5-2. 0)
มาตรการการปรับปรุง: การแยกช่องทางร้อนและเย็น (ล้อมรอบช่องทางร้อนหรือช่องเย็นเพื่อหลีกเลี่ยงการผสมการไหลของอากาศ) การจัดหาอากาศใต้พื้น (โดยใช้พื้นสูงเพื่อขนส่งอากาศเย็นทั่วไปในศูนย์ข้อมูลแบบดั้งเดิม)
การระบายความร้อนของอากาศในระดับตู้:
ตู้มีพัดลมในตัวหรือพัดลมแบ็คเพลนเพื่อเพิ่มการกระจายความร้อนของตู้เดียว (เหมาะสำหรับตู้ความหนาแน่นปานกลางพลังงานน้อยกว่าหรือเท่ากับ 15 กิโลวัตต์)
เมื่อรวมกับเครื่องปรับอากาศระหว่างแถว (เครื่องปรับอากาศถูกนำไปใช้ระหว่างแถวตู้เพื่อลดเส้นทางการไหลของอากาศและปรับปรุงประสิทธิภาพ)
ข้อดี: เทคโนโลยีผู้ใหญ่ค่าใช้จ่ายในการปรับใช้ต่ำการบำรุงรักษาง่าย
ข้อเสีย: ความจุความร้อนในอากาศต่ำประสิทธิภาพไม่เพียงพอในสถานการณ์ความหนาแน่นพลังงานสูง (อัปเกรดเป็นของเหลวในการระบายความร้อนเมื่อพลังงานตู้เดี่ยว> 20 kW)
●การระบายความร้อนของเหลว (การระบายความร้อนของเหลว)
หลักการ: ใช้สื่อของเหลวเพื่อสัมผัสส่วนประกอบที่สร้างความร้อนโดยตรงหรือโดยอ้อมกำจัดความร้อนผ่านการไหลเวียนจากนั้นถ่ายโอนความร้อนไปยังระบบระบายความร้อนกลางแจ้งผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
การจำแนกประเภทและเทคโนโลยี:
การระบายความร้อนของเหลวทางอ้อม (ประเภทแผ่นเย็น):
ส่วนประกอบที่สร้างความร้อน (เช่น CPU, GPU) ได้รับการสัมผัสผ่านแผ่นเย็นโลหะและน้ำหล่อเย็น (น้ำหรือของเหลวที่ไม่ได้รับการปรับตัว) ไหลในแผ่นเย็นเพื่อดูดซับความร้อนโดยไม่ต้องสัมผัสส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์โดยตรง
ข้อดี: ความปลอดภัยสูง (ของเหลวที่ไม่ได้รับการคำนวณเป็นทางเลือก) เข้ากันได้กับสถาปัตยกรรมเซิร์ฟเวอร์ที่มีอยู่และความยากลำบากในการแปลง
แอปพลิเคชัน: สถานการณ์การคำนวณที่มีความหนาแน่นสูง (เช่นเซิร์ฟเวอร์ AI, กลุ่ม HPC), พลังของตู้เดียวสามารถเข้าถึง 20-50 kw
การระบายความร้อนของเหลวโดยตรง (แช่):
ฮาร์ดแวร์เซิร์ฟเวอร์นั้นถูกแช่อยู่อย่างสมบูรณ์ในของเหลวฟลูออไรด์หรือน้ำมันแร่ ของเหลวดูดซับความร้อนและไอระเหยและไอน้ำของเหลวและไหลกลับผ่านคอนเดนเซอร์ (การเปลี่ยนเฟสการระบายความร้อนประสิทธิภาพที่สูงขึ้น)
ข้อดี: ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูงมาก (พลังงานตู้เดี่ยวสามารถเข้าถึงได้มากกว่า 100 กิโลวัตต์) ไม่จำเป็นต้องใช้พัดลมเสียงรบกวนต่ำ PUE อาจต่ำถึง 1.05 หรือน้อยกว่า
แอพพลิเคชั่น: การคำนวณประสิทธิภาพสูงเป็นพิเศษ, ฟาร์มขุดบล็อกเชน, กลุ่มการฝึกอบรม AI ขนาดใหญ่
สเปรย์ของเหลวระบายความร้อน:
สารหล่อเย็นจะถูกพ่นลงบนพื้นผิวขององค์ประกอบความร้อนผ่านหัวฉีดรวมกับการระเหยเพื่อดูดซับความร้อนซึ่งอยู่ระหว่างประเภทแผ่นเย็นและชนิดแช่
ข้อดี: ประสิทธิภาพการกระจายความร้อนสูงลดลงอย่างมีนัยสำคัญ PUE และรองรับความหนาแน่นพลังงานสูงเป็นพิเศษ
ข้อเสีย: การลงทุนเริ่มต้นสูง (จำเป็นต้องมีการปรับเปลี่ยนตู้และท่อ), ความซับซ้อนในการบำรุงรักษาสูงและการจัดการสารหล่อเย็นระดับมืออาชีพ
●การระบายความร้อนจากธรรมชาติ (การระบายความร้อนฟรี)
หลักการ: ใช้แหล่งน้ำเย็นธรรมชาติกลางแจ้ง (เช่นอากาศอุณหภูมิต่ำ, น้ำใต้ดิน, หอคอยระบายความร้อน) เพื่อทดแทนเครื่องทำความเย็นเชิงกลเพื่อลดการใช้พลังงาน
เทคโนโลยีทั่วไป:
การระบายความร้อนตามธรรมชาติด้านอากาศ:
การระบายความร้อนด้วยอากาศบริสุทธิ์: อากาศอุณหภูมิต่ำกลางแจ้งถูกนำเข้าสู่ศูนย์ข้อมูลโดยตรงหลังจากการกรอง (ความชื้นและฝุ่นจะต้องควบคุมอย่างเคร่งครัด) และอากาศร้อนจะถูกปล่อยออกกลางแจ้ง
เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน\/เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน: ความร้อนในร่มจะถูกถ่ายโอนไปยังด้านนอกผ่านท่อความร้อนหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแผ่นเพื่อหลีกเลี่ยงการผสมอากาศโดยตรง (เหมาะสำหรับพื้นที่ที่มีความชื้นสูง)
การระบายความร้อนตามธรรมชาติของน้ำ:
ใช้หอระบายความร้อนหรือเครื่องทำความเย็นแบบแห้งเพื่อใช้ชิลเลอร์โดยตรงเพื่อให้น้ำหล่อเย็นอุณหภูมิต่ำเมื่ออุณหภูมิกลางแจ้งต่ำลดเวลาทำงานของคอมเพรสเซอร์
เมื่อรวมกับระบบการไหลเวียนของน้ำปิดมลพิษทางน้ำจะถูกป้องกันไม่ให้ส่งผลกระทบต่อการกระจายความร้อน
แหล่งที่มาของพื้นดิน\/แหล่งน้ำระบายความร้อน:
ใช้น้ำใต้ดินน้ำทะเลสาบหรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนในดินเพื่อสกัดแหล่งความเย็นตามธรรมชาติผ่านระบบปั๊มความร้อนซึ่งเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม แต่ถูก จำกัด ด้วยที่ตั้งทางภูมิศาสตร์
ข้อดี: ลดการใช้พลังงานความเย็นอย่างมาก PUE อาจต่ำถึง 1.1 หรือต่ำกว่าสีเขียวและการประหยัดพลังงาน
ข้อเสีย: ขึ้นอยู่กับสภาพภูมิอากาศกลางแจ้ง (ข้อดีที่ชัดเจนในพื้นที่เย็น) และต้องใช้อุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนเพิ่มเติม

3. เทคโนโลยีการระบายความร้อนที่สำคัญและนวัตกรรม
นอกเหนือจากวิธีการพื้นฐานด้านบนเทคโนโลยีการระบายความร้อนของศูนย์ข้อมูลกำลังพัฒนาไปสู่ประสิทธิภาพสูงสติปัญญาและคาร์บอนต่ำ ต่อไปนี้เป็นเทคโนโลยีกระแสหลักและทันสมัยในปัจจุบัน:
●เทคโนโลยีการทำความเย็นที่มีประสิทธิภาพสูง
เครื่องทำความเย็นการลอยแม่เหล็ก: การใช้คอมเพรสเซอร์การลอยแม่เหล็กไม่มีการสูญเสียน้ำมันหล่อลื่นอัตราส่วนประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (COP) สามารถเข้าถึงได้มากกว่า 10 ซึ่งมากกว่าการประหยัดพลังงานมากกว่า 30%
การระบายความร้อนแบบระเหย: การลดอุณหภูมิอากาศโดยการดูดซับความร้อนผ่านการระเหยของน้ำ (เช่นฟิล์มเปียกชื้น + พัดลม) ซึ่งเหมาะสำหรับพื้นที่แห้งสามารถลดความต้องการเครื่องทำความเย็นเชิงกลได้อย่างมาก
การระบายความร้อนแบบสองเฟส: การใช้การเปลี่ยนเฟสของเหลว (การระเหย-การชดเชย) สำหรับการถ่ายเทความร้อนที่มีประสิทธิภาพเช่นท่อความร้อนแบบลูป (LHP) และท่อความร้อนที่เต้นแรง (PHP) สำหรับการกระจายความร้อนระดับชิป
● การเพิ่มประสิทธิภาพข่าวกรองและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
AI และการเรียนรู้ของเครื่อง:
วิเคราะห์ข้อมูลประวัติผ่านอัลกอริทึม AI ทำนายการเปลี่ยนแปลงการโหลดปรับพารามิเตอร์การทำงานแบบไดนามิกของเครื่องปรับอากาศพัดลมปั๊มน้ำและอุปกรณ์อื่น ๆ และบรรลุการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (เช่นเทคโนโลยี DeepMind ของ Google สามารถลดการใช้พลังงานแช่เย็นได้ 40%)
การตรวจสอบแบบเรียลไทม์ของฮอตสปอตการปรับการไหลเวียนของอากาศหรือการกระจายการไหลของของเหลวโดยอัตโนมัติเพื่อหลีกเลี่ยงความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่น
Digital Twin: สร้างแบบจำลองเสมือนจริงของศูนย์ข้อมูลจำลองผลกระทบของโซลูชันการระบายความร้อนที่แตกต่างกันและเพิ่มประสิทธิภาพเค้าโครงและการดำเนินงานและกลยุทธ์การบำรุงรักษา
●การกู้คืนความร้อนของเสียและความเป็นกลางของคาร์บอน
การใช้ความร้อนของเสีย: รีไซเคิลความร้อนที่ปล่อยออกมาจากระบบทำความเย็นสำหรับความร้อนน้ำร้อนหรือกระบวนการอุตสาหกรรม (เช่นศูนย์ข้อมูลนอร์ดิกรวมกับระบบทำความร้อนในระดับภูมิภาค) เพื่อปรับปรุงการใช้พลังงานโดยรวม
การทำงานร่วมกันพลังงานสีเขียว: รวมพลังงานหมุนเวียนเช่นโซลาร์เซลล์และพลังงานลมเพื่อให้พลังงานระบบทำความเย็นและลดการปล่อยคาร์บอน ศูนย์ข้อมูลบางแห่งใช้เซลล์เชื้อเพลิงซึ่งสามารถใช้ความร้อนของเสียได้โดยตรงสำหรับการให้ความร้อนหรือการผลิตพลังงาน
สารทำความเย็นของเหลวในการทำงานตามธรรมชาติ: ใช้ GWP ต่ำ (ศักยภาพภาวะโลกร้อน) สารทำความเย็นเช่นแอมโมเนีย (NH3) และคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) เพื่อแทนที่ Freon แบบดั้งเดิมตามกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อม (เช่นกฎระเบียบของสหภาพยุโรป F-GAS)
●ความนิยมของเทคโนโลยีการทำความเย็นของเหลวในการแช่
ด้วยการระเบิดของ AI และการคำนวณประสิทธิภาพสูงเซิร์ฟเวอร์ที่มีความหนาแน่นสูง (เช่นกลุ่ม GPU) ได้ส่งเสริมการระบายความร้อนของเหลวในการแช่ให้กลายเป็นจุดร้อน:
คุณสมบัติของของเหลวฟลูออไรด์: ฉนวนกันความร้อนจุดเดือดต่ำ (ประมาณ 50-60 องศา) เหมาะสำหรับการปรับเปลี่ยนการเปลี่ยนเฟสไม่จำเป็นต้องปรับเปลี่ยนฮาร์ดแวร์เซิร์ฟเวอร์
แนวโน้มการลดต้นทุน: ด้วยการใช้งานขนาดใหญ่ราคาของเหลวฟลูออไรด์ค่อยๆลดลงและสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ (อายุการใช้งานมากกว่า 10 ปี) และข้อได้เปรียบด้านต้นทุนระยะยาว

4. การเลือกและสถานการณ์แอปพลิเคชันของเทคโนโลยีการระบายความร้อน
การเลือกโซลูชันการระบายความร้อนสำหรับศูนย์ข้อมูลจำเป็นต้องพิจารณาความหนาแน่นของพลังงานที่ตั้งทางภูมิศาสตร์งบประมาณและเป้าหมายประสิทธิภาพการใช้พลังงาน:

5. แนวโน้มการพัฒนาในอนาคต
●ศูนย์ข้อมูลคาร์บอนต่ำและศูนย์คาร์บอน:ขับเคลื่อนด้วยนโยบาย (เช่นเป้าหมาย "คาร์บอนคู่" ของจีน) การระบายความร้อนตามธรรมชาติการกู้คืนความร้อนของเสียและพลังงานหมุนเวียนจะกลายเป็นกระแสหลักและเป้าหมาย PUE จะเคลื่อนไปสู่ ​​1. 0
● การปรับขนาดของเทคโนโลยีการระบายความร้อนของเหลว:การคำนวณ AI และ Edge ทำให้เกิดความต้องการความหนาแน่นสูงการระบายความร้อนของเหลวในการแช่แทรกซึมจากสถานการณ์ระดับไฮเอนด์ไปยังศูนย์ข้อมูลทั่วไปและมาตรฐานอุตสาหกรรม (เช่นข้อกำหนดการระบายความร้อนของเหลว OCP) จะค่อยๆเป็นเอกภาพ
● การกระจายความร้อนระดับชิประดับความแม่นยำ:การระบายความร้อนของ Microchannel, การระบายความร้อนแบบสเปรย์และเทคโนโลยีอื่น ๆ ดำเนินการโดยตรงบนชิปเพื่อลดการสูญเสียเส้นทางการถ่ายเทความร้อน
● หน่วยสืบราชการลับเต็มโซ่:ตั้งแต่การตรวจสอบอุปกรณ์ไปจนถึงการเพิ่มประสิทธิภาพทั่วโลก AI และ Internet of Things (IoT) ได้รับการบูรณาการอย่างลึกซึ้งเพื่อให้ได้ "การบำรุงรักษาทำนาย" และการระบายความร้อนแบบปรับตัว
●การทำให้เป็นโมดูลและสำเร็จรูป:ตู้เย็นของเหลวสำเร็จรูปและศูนย์ข้อมูลประเภทคอนเทนเนอร์จะถูกเร่งให้ปรับใช้ลดวัฏจักรการก่อสร้างและลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและการบำรุงรักษา

ระบบทำความเย็นศูนย์ข้อมูลเป็นลิงค์สำคัญในการปรับสมดุลประสิทธิภาพต้นทุนและประสิทธิภาพการใช้พลังงาน การเลือกเทคโนโลยีจะต้องปรับให้เข้ากับสภาพและความต้องการในท้องถิ่น ด้วยการระเบิดของความต้องการพลังงานคอมพิวเตอร์และความก้าวหน้าของการเปลี่ยนแปลงสีเขียวการระบายความร้อนของเหลวที่มีประสิทธิภาพการระบายความร้อนตามธรรมชาติและการจัดการอัจฉริยะจะกลายเป็นทิศทางหลักของการพัฒนาในอนาคตการผลักดันวิวัฒนาการของศูนย์ข้อมูลไปสู่ ​​"คาร์บอนต่ำมีประสิทธิภาพและยั่งยืน"