Как выбор технологии охлаждения может снизить воздействие центров обработки данных на климат.
Технология охлаждения играет важную роль в повышении энергоэффективности данных. Эффективная система охлаждения не только снижает потребление энергии, но и может повысить потенциал использования отходящего тепла, улавливая его при еще более высоких температурах.
Выбор технологий охлаждения обычно обусловлен инвестиционными затратами и необходимостью высокого теплового потока от серверов.
Обзор различных систем охлаждения для дата-центров
Системы воздушного охлаждения
В этих системах холодный воздух подается в серверные. Стойки для серверов часто располагаются в так называемых «холодных» и «горячих» коридорах, чтобы контролировать воздушный поток и исключать смешивание холодного и горячего воздуха.
Из-за низкой теплоемкости и коэффициента теплопередачи воздух не является очень хорошей средой для передачи тепла, что приводит к высокому потреблению энергии, ограничению компактности размещения серверов и относительно низкой температуре отходящего тепла.
В системах охлаждения на основе жидкости используется жидкость, например вода, для отвода тепла. Это может быть достигнуто путем циркуляции воды в микроканалах и обмена теплом в холодных пластинчатых теплообменниках, которые находятся в непосредственном контакте с компонентами сервера.
Вода и жидкости в целом имеют значительно лучшие свойства теплопередачи по сравнению с воздухом. Системы охлаждения на основе жидкости позволяют создавать более компактные центры обработки данных, снижать потребление энергии для охлаждения и повышать температуру отходящего тепла.
Двухфазное охлаждение – это развивающаяся форма технологии охлаждения центров обработки данных. Здесь жидкий хладагент испаряется в пластинчатом теплообменнике, а рассеиваемая энергия сохраняется в виде скрытого тепла. Это обеспечивает еще большие тепловые потоки и температуру возврата охлаждающей жидкости, а также делает возможными системы с еще более высокой вычислительной плотностью.
В большинстве центров обработки данных используются обычные системы воздушного охлаждения, которые просты и дешевы. Обратной стороной является то, что это неэффективный способ отвода тепла и, следовательно, приводит к высокому потреблению энергии и низким температурам отходящего тепла.
Однако стремление рынка к созданию еще более ресурсоемких центров обработки данных привело к появлению методов охлаждения, которые могут отводить больше тепла на единицу площади.
Примерами этого являются системы охлаждения на основе жидкости, которые уже поступили в продажу, и двухфазные системы охлаждения, которые являются новой технологией. Эти новые системы охлаждения могут передавать тепло при температуре 60-80 ° C. Это тепло, которое мы можем напрямую использовать для многих целей.
С точки зрения общей энергоэффективности выбор технологии охлаждения должен основываться не только на стоимости и скорости рассеивания тепла, но и на потенциале утилизации отходящего тепла.
Утилизация отработанного тепла – каковы возможности?
Независимо от того, насколько энергоэффективен центр обработки данных, в конечном итоге почти вся потребляемая им электроэнергия превращается в отработанное тепло. Сегодня это тепло обычно ни для чего не используется. Но на самом деле он может быть очень ценным ресурсом, если его правильно использовать.
Проблема в том, что тепло имеет низкие уровни температуры, что затрудняет его использование. Однако, как мы видели, выбор технологии охлаждения улучшится, чтобы можно было ее использовать.
В общем, существует два способа использования отходящего тепла: прямое использование или преобразование в другие формы энергии или уровни температуры, такие как:
- Повышение температуры – например, с помощью теплового насоса
- Производят охлаждение – например, с сорбционным охлаждением
- Преобразование в электрическую энергию – например, с помощью органического цикла Ренкина.
Как видно из приведенной ниже таблицы, существует несколько потенциальных приложений, которые могут извлечь выгоду из отработанного тепла центра обработки данных. Выбор более эффективных технологий охлаждения открывает еще больше приложений.
| Технология охлаждения и температура отходящего тепла | ||||
| С воздушным охлаждением | С водяным охлаждением | Двухфазное охлаждение | ||
| Технология | 15-45 ° С | 60 ° С | 75 ° С | |
| HVAC / горячее водоснабжение | да | да | да | |
| Районное отопление | Нужен тепловой насос | Нужен тепловой насос | Нужен тепловой насос | |
| Подогрев питательной воды котла | Нет | да | да | |
| Сорбционное охлаждение | Нет | да | да | |
| Органический цикл Ренкина | Нет | да | да | |
| Опреснение | Нет | да | да | |
| Переработка биомассы | да | да | да | |
| Производство продуктов питания | да | да | да | |
Городские районы
В городских районах существует большой потенциал использования отработанного тепла из центров обработки данных для централизованного теплоснабжения, поскольку технология тепловых насосов может поднять отработанное тепло до необходимого уровня температуры. Этот потенциал получил распространение в отрасли, и в настоящее время с этой целью реализуется несколько инициатив и проектов, таких как использование отработанного тепла центра обработки данных для централизованного теплоснабжения в Осло. В этом контексте SINTEF работает над тем, как городские источники тепла, такие как центры обработки данных, могут играть роль «городских тепловых станций» и обеспечивать теплом местные энергосистемы.
Другими областями применения являются отопление зданий и нагрев воды для бытового потребления, что может быть выполнено без использования тепловых насосов.
Сельские районы
Во многих ситуациях для центров обработки данных выгодно располагаться в сельской местности из-за наличия места, электроэнергии и возможности использования географического положения для достижения эффективных методов охлаждения, таких как естественное охлаждение в горах или доступ к рекам или морю. воды. Обратной стороной этого является то, что отсутствие потенциальных городских получателей тепла затрудняет утилизацию отработанного тепла.
Здесь необходимо информировать операторов центров обработки данных, промышленность и местные органы власти о потенциале сбросного тепла из центров обработки данных. Создание центров обработки данных в одном месте с предприятиями соответствующей отрасли, которые могут использовать отходящее тепло, может привести к значительной экономии энергии и выбросов. Примеры потенциального использования отработанного тепла в промышленных целях включают переработку биомассы, производство продуктов питания в теплицах и наземные рыбные фермы.
Роль центров обработки данных в будущем
Растущая индустрия центров обработки данных в будущем будет играть все большую роль в обществе. И даже с учетом мер по повышению их энергоэффективности вполне вероятно, что их доля в мировом потреблении энергии в ближайшие годы вырастет.
Потенциальная ключевая роль центров обработки данных как крупных потребителей энергии сегодня – стать энергетическими центрами завтрашнего дня. В качестве энергетических узлов центры обработки данных могут производить, потреблять и хранить энергию и находить хорошее применение, например, путем балансировки нагрузки в электросети, чтобы справиться с пиковым спросом, и интеграции потребностей в электрической и тепловой энергии и переключения между этими потребностями в зависимости от сезонных изменений. Например, зимой можно перейти на отопление, чтобы удовлетворить возросший спрос на централизованное теплоснабжение, тогда как летом доставляется большая часть электроэнергии.
Начало: