Mik azok az adatközpont -hűtési rendszerek, módszerek és technológiák?

Mivel az adatközpontok sűrűn csomagolt felszereléssel rendelkeznek és folyamatos működésben vannak, sok hőt generálnak (minden szervernek több kilowatt teljesítménye lehet a tíz kilowatthoz). Ha a hőt nem lehet időben eloszlatni, akkor a berendezések túlmelegedéséhez, a teljesítmény lebomlásához és még a meghibásodáshoz vezet. Ezért a hűtőrendszer kialakítása közvetlenül befolyásolja az adatközpont energiahatékonyságát, megbízhatóságát és működési költségeit. Az alábbiakban bemutatjuk a rendszerösszetétel, a hűtési módszerek, a kulcsfontosságú technológiák és a fejlesztési trendek aspektusainak részletes bevezetését.

1. Az adatközpont hűtőrendszerének alkatrészei
Az adatközpont -hűtőrendszer általában a következő alkatrészekből áll, amelyek együtt működnek a hatékony hőátadás és a kisülés elérése érdekében:
● Hőforrás -oldalsó berendezés
A hőtermelő alkatrészeket, például a szervereket, a tárolóeszközöket, a tápegység (például a UPS) stb., A ventilátorok vagy a passzív hűtőbordák kezdetben hűtik.
● Hőátviteli közeg
Levegő: A hagyományos léghűtési rendszer, az alacsony költségű, de alacsony hővezetési hatékonyság (a levegő hővezető képessége körülbelül 0. 026 w/m ・ K).
Folyékony: A folyékony hűtőrendszer, például a víz vagy a hűtőfolyadék, például az ásványolaj és a fluortartalmú folyadék jelentősen magasabb hővezetőképességgel rendelkezik, mint a levegő (a víz hővezető képessége körülbelül {{0}}.
● Hűtő- és hőeloszlású berendezések
Precíziós légkondicionálás (CRAC/CRAH): Állandó hőmérsékletet és páratartalom hideg levegőt biztosít az adatközpont környezetének szabályozásához (tipikus hőmérséklet 20-24 fok, páratartalom 40%-60%).
Hűtő: A hőt a vízkeringés révén eltávolítja, amelyet általában nagy adatközpontokban vagy folyadékhűtési rendszerekben használnak.
Hűtőtorony/száraz hűtő: Hőt ürít a kültéri légkörbe, vízhűtésre osztva (vízre van szükség) és száraz hűtéshez (léghűtés, víztakarékos, de kevésbé hatékony).
Hőcserélő: például a lemez hőcserélője és a hőcsövek hőcserélője, amelyet a különböző táptalajok közötti hőcserére használnak.
● Airflow/folyadékáram -kezelő alkatrészek
Csatornák és csatornák: Vezesse a légáramot a hideg és a forró elszigeteltség elérése érdekében.
Folyékony hűtővezeték: A hűtőfolyadék keringésének biztosítása érdekében szivattyúkat, szelepeket, áramlási mérőket stb.
Szekrény szintű alkatrészek: például hátlap ventilátorok, hideglemezek és spray-eszközök (merítés folyékony hűtés).
● Vezérlő rendszer
Az érzékelők (hőmérséklet, páratartalom, nyomás) és az intelligens vezérlők dinamikusan beállítják a hűtőberendezések működését az energiahatékonyság optimalizálása érdekében.

2. Az adatközpont hűtési módszereinek osztályozása
A hőátadási közepes és műszaki út alapján a hűtési módszerek három kategóriába sorolhatók: léghűtés, folyadékhűtés és természetes hűtés. Mindegyik módszernek eltérő alkalmazható forgatókönyvei, előnyei és hátrányai vannak.
● Léghűtés (léghűtés)
Alapelv: A berendezés hőjét légáramlással távolítják el, és a forró levegőt a légkondicionáló rendszer hűti, majd újrahasznosítja vagy kiüríti.
Tipikus technológiák:
Számítógépes szoba szintű léghűtés:
A precíziós légkondicionálás közvetlenül a levegőt szállítja a számítógépes helyiségbe, és a forró levegő visszatér a mennyezeten vagy a padló alatt. A költség alacsony, de az energiahatékonyság átlagos (a PUE magas, körülbelül 1. 5-2. 0).
Fejlesztési intézkedések: Forró és hideg csatornák elkülönítése (forró csatornákat vagy hideg csatornákat zár be a légáramlás elkerülése érdekében), a padló alatti levegőellátás (megemelt padlók felhasználásával a hideg levegő szállításához, a hagyományos adatközpontokban közös).
Szekrény szintű léghűtés:
A kabinet beépített ventilátorokkal vagy háttér-ventilátorokkal rendelkezik, hogy javítsák az egyetlen szekrény hőeloszlását (közepes sűrűségű szekrényekhez, amelyek kevesebb vagy 15 kW-os teljesítményre képesek).
A sorok közötti légkondicionálással kombinálva (légkondicionálást telepítenek a szekrény sorai között a légáramlási út lerövidítése és a hatékonyság javítása érdekében).
Előnyök: Érett technológia, alacsony telepítési költségek, könnyű karbantartás.
Hátrányok: alacsony levegőhő -kapacitás, elégtelen hatékonyság a nagy teljesítményű sűrűségű forgatókönyvekben (frissítés folyadékhűtésre, ha egyszekrény teljesítménye> 20 kW).
● Folyékony hűtés (folyadékhűtés)
Alapelv: Használjon folyékony közeget, hogy közvetlenül vagy közvetett módon érintkezzen a hőtermelő alkatrészekkel, vegye el a hőt a keringésen keresztül, majd a hőt a szabadtéri hűtőrendszerbe helyezze át a hőcserélőn keresztül.
Osztályozás és technológia:
Közvetett folyadékhűtés (hideg lemez típus):
A hőtermelő alkatrészeket (például CPU, GPU) a fém hideg lemezen keresztül érintkezik, és a hűtőfolyadék (víz vagy nem vezetőképes folyadék) a hideg lemezen áramlik, hogy a hőt elnyelje anélkül, hogy közvetlenül érintkezne az elektronikus alkatrészekkel.
Előnyök: A magas biztonság (a nem vezetőképes folyadék választható), kompatibilis a meglévő szerver-architektúrával és alacsony az átalakulás nehézségeivel.
Alkalmazás: Nagy sűrűségű számítástechnikai forgatókönyvek (például AI szerverek, HPC klaszterek), egyetlen szekrény teljesítménye elérheti a 20-50 kW-t.
Közvetlen folyadékhűtés (merítés):
A szerver hardver teljesen belemerül a nem vezetőképességű fluortartalmú vagy ásványolajba. A folyadék elnyeli a hőt és elpárolog, és a gőz cseppfolyik és visszamegy a kondenzátoron keresztül (fázisváltás hűtés, nagyobb hatékonyság).
Előnyök: Rendkívül magas hőeloszlás hatékonysága (az egyszekrény teljesítménye meghaladja a 100 kW -ot), nincs szükség ventilátorra, alacsony zaj, PUE akár 1,05 vagy annál alacsonyabb lehet.
Alkalmazások: rendkívül nagy teljesítményű számítástechnika, blokklánc-bányászati ​​gazdaságok, nagyszabású AI edzőfürtök.
Permetezzen fel folyékony hűtést:
A hűtőfolyadékot fúvókán keresztül permetezzük a fűtőelem felületére, kombinálva a hőt, amely a hideg lemez típusa és az merítés típusa között van.
Előnyök: Magas hőeloszlás hatékonysága, jelentősen csökkent a PUE és az ultra-magas teljesítmény sűrűségének támogatása.
Hátrányok: Magas kezdeti beruházások (a szekrény és a csővezeték módosítása szükséges), magas karbantartási bonyolultság és szakmai hűtőfolyadék -kezelés szükséges.
● Természetes hűtés (ingyenes hűtés)
Alapelv: Használjon kültéri természetes hidegforrásokat (például alacsony hőmérsékletű levegő, talajvíz, hűtőtornyok) a mechanikus hűtés cseréjéhez az energiafogyasztás csökkentése érdekében.
Tipikus technológiák:
Légoldali természetes hűtés:
Friss levegőhűtés: A kültéri alacsony hőmérsékletű levegőt közvetlenül a szűrés után vezetik be az adatközpontba (a páratartalmat és a port szigorúan ellenőrizni kell), és a forró levegőt szabadban ürítik.
Hőcsövek/hőcserélő: A beltéri hőt hőkezelőkön vagy lemezes hőcserélőkön keresztül továbbítják a külső oldalra, hogy elkerüljék a közvetlen levegő keverését (a nagy páratartalommal rendelkező területekhez alkalmas).
Vízoldali természetes hűtés:
Használjon hűtőtornyokat vagy száraz hűtőket, hogy közvetlenül a hűtőkhöz biztosítsa az alacsony hőmérsékletű hűtővizet, ha a kültéri hőmérséklet alacsony, csökkentve a kompresszor futási idejét.
A zárt vízkeringési rendszerrel kombinálva a vízszennyezés megakadályozza, hogy befolyásolja a hő eloszlását.
Földi forrás/vízforrás hűtése:
Használjon felszín alatti vizeket, tóvizet vagy talajhőcserélőket a természetes hidegforrások kinyerésére a hőszivattyú rendszereken keresztül, amely környezetbarát, de a földrajzi helyen korlátozott.
Előnyök: A hűtés energiafogyasztásának jelentős csökkentése, a PUE akár 1,1 vagy annál alacsonyabb, zöld és energiatakarékos lehet.
Hátrányok: A kültéri éghajlati viszonyoktól függ (a hideg területeken nyilvánvaló előnyök), és további hőcserélő berendezéseket igényel.

3. A legfontosabb hűtési technológiák és innovációk
A fenti alapvető módszerek mellett az adatközpont -hűtési technológia fejlődik a nagy hatékonyság, az intelligencia és az alacsony karbonizáció felé. Az alábbiakban a jelenlegi mainstream és a legmodernebb technológiák:
● Nagy hatékonyságú hűtési technológia
Mágneses levitációs hűtő: A mágneses lebegő kompresszor használata, az olajveszteség, az energiahatékonysági arány (COP) nem érhet el 10-et, ami több mint 30% energiatakarékos, mint a hagyományos centrifugális hűtők.
Párolgási hűtés: A levegő hőmérsékletének csökkentése a hő elnyelésével a víz elpárologtatásán keresztül (például nedves film -nedvesítő + ventilátor), amely a száraz területekre alkalmas, jelentősen csökkentheti a mechanikus hűtés iránti igényt.
Kétfázisú áramlás-hűtés: Folyékony fázisváltozás (párolgási kondenzáció) használata a hatékony hőátadáshoz, például a hurokhőcsövek (LHP) és a pulzáló hőcső (PHP) chip-szintű hőeloszlásához.
● Intelligencia és energiahatékonysági optimalizálás
AI és gépi tanulás:
Elemezze a történelmi adatokat az AI algoritmusokon keresztül, előre jelezze a terhelésváltozásokat, dinamikusan állítsa be a légkondicionálók, ventilátorok, vízszivattyúk és egyéb berendezések működési paramétereit, és elérje az energiahatékonysági optimalizációt (például a Google mélyMinde technológiája 40%-kal csökkentheti a hűtés energiafogyasztását).
A forró foltok valós idejű megfigyelése, a légáram vagy a folyadékáramlás automatikus beállítása a helyi túlmelegedés elkerülése érdekében.
Digitális iker: Készítsen egy adatközpont virtuális modelljét, szimulálja a különféle hűtési megoldások hatásait, és optimalizálja az elrendezési és üzemeltetési és karbantartási stratégiákat.
● Húzza a hő visszanyerését és a szén semlegességét
Hulladékhő -újrafelhasználás: Újrahasznosítsa a hűtőrendszerből a fűtési, forró víz vagy ipari folyamatok (például az északi adatközpont és a regionális fűtési rendszer) hőt, hogy javítsa az általános energiafelhasználást.
Zöld energia -szinergia: Kombinálja a megújuló energiát, például a fotovoltaikusokat és a szélenergiát a hűtőrendszer táplálásához és a szén -dioxid -kibocsátás csökkentéséhez; Egyes adatközpontok üzemanyagcellákat használnak, amelyek hulladékhőjét közvetlenül fel lehet használni a fűtéshez vagy az energiatermeléshez.
Természetes munkamű folyadékhűtőközegek: Használjon alacsony GWP (globális felmelegedési potenciál) hűtőközegeket, például ammóniát (NH3) és szén-dioxidot (CO₂) a hagyományos freon helyettesítésére, a környezetvédelmi előírásoknak megfelelően (például az EU F-GAS előírásokkal).
● A merülő folyadékhűtési technológia népszerűsítése
Az AI és a nagy teljesítményű számítástechnika robbanásával a nagy sűrűségű szerverek (például a GPU klaszterek) elősegítették az elmerülő folyadékhűtést, hogy forró pont legyen:
A fluortartalmú folyadék jellemzői: szigetelés, alacsony forráspont (kb. {0}} fok), alkalmas fázisváltozás hűtésére, nem kell módosítani a szerver hardverét.
Költségcsökkentési trend: Nagyszabású alkalmazás esetén a fluortartalmú folyadék ára fokozatosan csökkent, és újra felhasználható (több mint 10 év élettartama), és a hosszú távú költségek előnyei nyilvánvalóak.

4. A hűtési technológia kiválasztási és alkalmazási forgatókönyvei
Az adatközpontok hűtési megoldásainak kiválasztásának átfogóan figyelembe kell vennie az energia sűrűségét, a földrajzi elhelyezkedést, a költségvetési és energiahatékonysági célokat:

5. A jövőbeli fejlesztési trendek
●Alacsony szén-dioxid-kibocsátású és nulla szén-dioxid-kibocsátású adatközpontok:A politikák (például Kína "kettős szén" céljai) vezetésével a természetes hűtés, a hulladékhő -visszanyerés és a megújuló energia mainstream lesz, és a PUE célpont az 1 felé halad. 0.
● A folyadékhűtési technológia méretezése:Az AI és az Edge számítása meghajtja a nagy sűrűségű keresletet
● Chip-szintű precíziós hőeloszlás:A mikrocsatornák hűtése, a spray -hűtés és más technológiák közvetlenül a chipre hatnak, hogy csökkentsék a hőátadási út elvesztését.
● Teljes láncú intelligencia:A berendezések megfigyelésétől a globális optimalizálásig az AI és a tárgyak internete (IoT) mélyen integrálódnak a "prediktív karbantartás" és az adaptív hűtés elérése érdekében.
●Modularizálás és előfabályozás:Az előre gyártott folyadékhűtőszekrények és a konténer típusú adatközpontok felgyorsulnak az építési ciklus telepítéséhez, lerövidítéséhez, valamint a működési és karbantartási költségek csökkentéséhez

Az adatközpont -hűtőrendszer kulcsfontosságú link a teljesítmény, a költség és az energiahatékonyság kiegyensúlyozásában. A technológiai kiválasztást a helyi feltételekhez és igényekhez kell igazítani. A számítási energiaigény robbantásával és a zöld átalakulás fejlődésével a hatékony folyadékhűtés, a természetes hűtés és az intelligens kezelés a jövőbeli fejlődés alapvető irányává válik, és az adatközpontok fejlődését az "alacsony szén-dioxid-kibocsátású, hatékony és fenntartható" felé vezetik.