Oleh kerana pusat data mempunyai peralatan padat dan dalam operasi berterusan, mereka menghasilkan banyak haba (setiap pelayan boleh mempunyai kuasa beberapa kilowatt hingga puluhan kilowatt). Sekiranya haba tidak dapat hilang dalam masa, ia akan menyebabkan peralatan terlalu panas, kemerosotan prestasi, dan juga kegagalan. Oleh itu, reka bentuk sistem penyejukan secara langsung mempengaruhi kecekapan tenaga, kebolehpercayaan, dan kos operasi pusat data. Berikut adalah pengenalan terperinci dari aspek komposisi sistem, kaedah penyejukan, teknologi utama, dan trend pembangunan.
1. Komponen Sistem Penyejukan Data Pusat Data
Sistem penyejukan pusat data biasanya terdiri daripada bahagian -bahagian berikut, yang bekerjasama untuk mencapai pemindahan dan pelepasan haba yang cekap:
● Peralatan sampingan sumber haba
Komponen penjanaan haba seperti pelayan, peranti penyimpanan, peralatan bekalan kuasa (seperti UPS), dan lain-lain, pada mulanya disejukkan oleh peminat atau tenggelam haba pasif.
● Medium pemindahan haba
Udara: Medium sistem penyejukan udara tradisional, kos rendah tetapi kecekapan pengaliran haba yang rendah (kekonduksian terma udara adalah kira -kira 0. 026 w/m ・ k).
Cecair: Medium sistem penyejukan cecair, seperti air atau penyejuk seperti minyak mineral dan cecair fluorin, mempunyai kekonduksian terma yang jauh lebih tinggi daripada udara (kekonduksian haba air adalah kira -kira {0}}.
● Peralatan penyejukan dan haba
Penyaman udara ketepatan (CRAC/CRAH): Menyediakan suhu tetap dan kelembapan udara sejuk untuk mengawal persekitaran pusat data (suhu biasa 20-24 darjah, kelembapan 40%-60%).
Chiller: Mengeluarkan haba melalui peredaran air, yang biasa digunakan di pusat data besar atau sistem penyejukan cecair.
Menara penyejuk/sejuk kering: pelepasan haba ke atmosfera luaran, dibahagikan kepada penyejukan air (memerlukan air) dan penyejukan kering (penyejukan udara, penjimatan air tetapi kurang efisien).
Penukar haba: seperti penukar haba plat dan penukar haba paip haba, digunakan untuk pertukaran haba antara media yang berbeza.
● Komponen pengurusan aliran udara/cecair
Saluran dan saluran: Panduan aliran udara untuk mencapai pengasingan sejuk dan panas.
Paip penyejukan cecair: termasuk pam, injap, meter aliran, dan lain -lain untuk memastikan peredaran penyejuk.
Komponen peringkat kabinet: seperti peminat backplane, plat sejuk, dan peranti semburan (penyejukan cecair rendaman).
● Sistem kawalan
Sensor (suhu, kelembapan, tekanan) dan pengawal pintar secara dinamik menyesuaikan operasi peralatan penyejukan untuk mengoptimumkan kecekapan tenaga.
2. Klasifikasi kaedah penyejukan pusat data
Berdasarkan laluan medium dan teknikal pemindahan haba, kaedah penyejukan boleh dibahagikan kepada tiga kategori: penyejukan udara, penyejukan cecair dan penyejukan semula jadi. Setiap kaedah mempunyai senario dan kelebihan dan kekurangan yang berbeza.
● Penyejukan udara (penyejukan udara)
Prinsip: Panas peralatan dikeluarkan oleh aliran udara, dan udara panas disejukkan oleh sistem penghawa dingin dan kemudian dikitar semula atau dilepaskan ke luar.
Teknologi biasa:
Penyejukan udara peringkat bilik komputer:
Penyaman udara ketepatan secara langsung membekalkan udara ke bilik komputer, dan udara panas kembali melalui siling atau di bawah lantai. Kos adalah rendah tetapi kecekapan tenaga adalah purata (PUE tinggi, kira -kira 1. 5-2. 0).
Langkah -langkah penambahbaikan: Pengasingan saluran panas dan sejuk (melampirkan saluran panas atau saluran sejuk untuk mengelakkan pencampuran aliran udara), bekalan udara bawah tanah (menggunakan lantai tinggi untuk mengangkut udara sejuk, biasa di pusat data tradisional).
Penyejukan Udara Tahap Kabinet:
Kabinet mempunyai peminat terbina dalam atau peminat backplane untuk meningkatkan pelesapan haba kabinet tunggal (sesuai untuk kabinet kepadatan sederhana, kuasa kurang dari atau sama dengan 15 kW).
Digabungkan dengan penghawa dingin antara baris (penyaman udara digunakan di antara baris kabinet untuk memendekkan laluan aliran udara dan meningkatkan kecekapan).
Kelebihan: Teknologi matang, kos penggunaan yang rendah, penyelenggaraan mudah.
Kekurangan: Kapasiti haba udara yang rendah, kecekapan yang tidak mencukupi dalam senario ketumpatan kuasa tinggi (naik taraf kepada penyejukan cecair apabila kuasa kabinet tunggal> 20 kW).
● Penyejukan cecair (penyejukan cecair)
Prinsip: Gunakan medium cecair untuk secara langsung atau tidak langsung hubungi komponen penjanaan haba, ambil haba melalui peredaran, dan kemudian pindahkan haba ke sistem penyejukan luar melalui penukar haba.
Klasifikasi dan Teknologi:
Penyejukan cecair tidak langsung (jenis plat sejuk):
Komponen penjanaan haba (seperti CPU, GPU) dihubungi melalui plat sejuk logam, dan aliran penyejuk (air atau tidak konduktif) mengalir dalam plat sejuk untuk menyerap haba tanpa terus menghubungi komponen elektronik.
Kelebihan: Keselamatan yang tinggi (cecair tidak konduktif adalah pilihan), serasi dengan seni bina pelayan yang sedia ada, dan kesukaran yang rendah dalam transformasi.
Permohonan: Senario pengkomputeran berkepadatan tinggi (seperti pelayan AI, kelompok HPC), kuasa kabinet tunggal boleh mencapai 20-50 kW.
Penyejukan cecair langsung (rendaman):
Perkakasan pelayan benar-benar direndam dalam cecair fluorinasi atau minyak mineral yang tidak bersesuaian. Cecair menyerap haba dan menguap, dan cecair stim dan mengalir kembali melalui pemeluwap (penyejukan perubahan fasa, kecekapan yang lebih tinggi).
Kelebihan: Kecekapan pelesapan haba yang sangat tinggi (kuasa kabinet tunggal boleh mencapai lebih daripada 100 kW), tiada kipas yang diperlukan, bunyi yang rendah, pue boleh serendah 1.05 atau kurang.
Aplikasi: Pengkomputeran prestasi ultra tinggi, ladang perlombongan blockchain, kelompok latihan AI berskala besar.
Semburkan penyejukan cecair:
Penyejuk disembur ke permukaan elemen pemanasan melalui muncung, digabungkan dengan penyejatan untuk menyerap haba, yang antara jenis plat sejuk dan jenis rendaman.
Kelebihan: Kecekapan pelesapan haba yang tinggi, PUE berkurangan dengan ketara, dan sokongan untuk ketumpatan kuasa ultra tinggi.
Kekurangan: Pelaburan awal yang tinggi (pengubahsuaian kabinet dan saluran paip diperlukan), kerumitan penyelenggaraan yang tinggi, dan pengurusan penyejuk profesional yang diperlukan.
● Penyejukan semulajadi (penyejukan percuma)
Prinsip: Gunakan sumber sejuk semulajadi luar (seperti udara suhu rendah, air bawah tanah, menara penyejukan) untuk menggantikan penyejukan mekanikal untuk mengurangkan penggunaan tenaga.
Teknologi biasa:
Penyejukan semula jadi udara:
Penyejukan Udara Segar: Udara suhu rendah luaran secara langsung diperkenalkan ke pusat data selepas penapisan (kelembapan dan habuk mesti dikawal ketat), dan udara panas dilepaskan di luar rumah.
Paip haba/penukar haba: Haba dalaman dipindahkan ke luar melalui paip haba atau penukar haba plat untuk mengelakkan pencampuran udara langsung (sesuai untuk kawasan yang mempunyai kelembapan yang tinggi).
Penyejukan semula jadi air:
Gunakan menara penyejuk atau penyejuk kering untuk menggunakan penyejuk secara langsung untuk menyediakan air penyejuk suhu rendah apabila suhu luaran rendah, mengurangkan masa berjalan pemampat.
Digabungkan dengan sistem peredaran air tertutup, pencemaran air dihalang daripada menjejaskan pelesapan haba.
Sumber tanah/penyejukan sumber air:
Gunakan air bawah tanah, air tasik atau penukar haba tanah untuk mengekstrak sumber sejuk semulajadi melalui sistem pam haba, yang mesra alam tetapi terhad oleh lokasi geografi.
Kelebihan: Sangat mengurangkan penggunaan tenaga penyejukan, PUE boleh serendah 1.1 atau ke bawah, hijau dan penjimatan tenaga.
Kelemahan: Bergantung pada keadaan iklim luaran (kelebihan jelas di kawasan sejuk), dan memerlukan peralatan pertukaran haba tambahan.
3. Teknologi penyejukan utama dan inovasi
Sebagai tambahan kepada kaedah asas di atas, teknologi penyejukan pusat data sedang berkembang ke arah kecekapan tinggi, kecerdasan, dan karbonisasi yang rendah. Berikut adalah teknologi arus perdana dan canggih semasa:
● Teknologi penyejukan kecekapan tinggi
Chiller Levitation Magnet: Menggunakan pemampat levitasi magnet, tiada kehilangan minyak pelincir, nisbah kecekapan tenaga (COP) boleh mencapai lebih daripada 10, yang lebih daripada 30% penjimatan tenaga daripada penyejuk sentrifugal tradisional.
Penyejukan penyejatan: Menurunkan suhu udara dengan menyerap haba melalui penyejatan air (seperti humidifier filem basah + kipas), sesuai untuk kawasan kering, dapat mengurangkan permintaan untuk penyejukan mekanikal.
Penyejukan aliran dua fasa: Menggunakan perubahan fasa cecair (penyejatan penyejatan) untuk pemindahan haba yang cekap, seperti paip haba gelung (LHP) dan paip haba berdenyut (PHP), untuk pelesapan haba peringkat cip.
● Pengoptimuman Kecerdasan dan Kecekapan Tenaga
AI dan Pembelajaran Mesin:
Menganalisis data sejarah melalui algoritma AI, meramalkan perubahan beban, secara dinamik menyesuaikan parameter operasi penghawa dingin, peminat, pam air dan peralatan lain, dan mencapai pengoptimuman kecekapan tenaga (seperti teknologi DeepMind Google dapat mengurangkan penggunaan tenaga penyejukan sebanyak 40%).
Pemantauan masa nyata bintik-bintik panas, pelarasan automatik aliran udara atau pengagihan aliran cecair untuk mengelakkan terlalu panas tempatan.
Digital Twin: Membina model maya pusat data, mensimulasikan kesan penyelesaian penyejukan yang berbeza, dan mengoptimumkan strategi susun atur dan operasi dan penyelenggaraan.
● Pemulihan haba sisa dan berkecuali karbon
Penggunaan Haba Sisa: Kitar semula haba yang dilepaskan dari sistem penyejukan untuk pemanasan, air panas atau proses perindustrian (seperti pusat data Nordic yang digabungkan dengan sistem pemanasan serantau) untuk meningkatkan penggunaan tenaga secara keseluruhan.
Sinergi Tenaga Hijau: Menggabungkan tenaga boleh diperbaharui seperti photovoltaics dan kuasa angin untuk menggerakkan sistem penyejukan dan mengurangkan pelepasan karbon; Sesetengah pusat data menggunakan sel bahan bakar, yang haba sisa boleh digunakan secara langsung untuk pemanasan atau penjanaan kuasa.
Penyejuk cecair kerja semulajadi: Gunakan penyejuk GWP rendah (potensi pemanasan global) seperti ammonia (NH3) dan karbon dioksida (CO₂) untuk menggantikan freon tradisional, mematuhi peraturan alam sekitar (seperti peraturan EU F-GAS).
● Populasi teknologi penyejukan cecair rendaman
Dengan letupan AI dan pengkomputeran berprestasi tinggi, pelayan berkepadatan tinggi (seperti kelompok GPU) telah mempromosikan penyejukan cecair rendaman untuk menjadi tempat yang panas:
Ciri -ciri cecair fluorinasi: penebat, titik mendidih rendah (kira -kira 50-60 darjah), sesuai untuk penyejukan perubahan fasa, tidak perlu mengubah suai perkakasan pelayan.
Trend Pengurangan Kos: Dengan aplikasi berskala besar, harga cecair fluorinasi secara beransur-ansur menurun, dan ia boleh digunakan semula (jangka hayat lebih daripada 10 tahun), dan kelebihan kos jangka panjang jelas.
4. Pemilihan dan senario aplikasi teknologi penyejukan
Pemilihan penyelesaian penyejukan untuk pusat data perlu secara komprehensif mempertimbangkan ketumpatan kuasa, lokasi geografi, anggaran dan matlamat kecekapan tenaga:
| Senario | Kaedah penyejukan yang disyorkan | Pue tipikal | Kuasa kabinet tunggal |
| Ketumpatan kuasa rendah (<5 kW) | Penyejukan udara peringkat bilik komputer + pengasingan saluran sejuk dan panas | 1.5-1.8 | Kurang dari atau sama dengan 5 kW |
| Ketumpatan kuasa sederhana (5-20 kW) | Penyejukan Udara Tahap Kabinet + Penghawa dingin berturut-turut | 1.3-1.5 | 5-20 kw |
| Ketumpatan Kuasa Tinggi (20-50 kW) | Penyejukan cecair plat sejuk + penyejukan semula jadi | 1.1-1.3 |
20-50 kw |
| Ultra-high power density (>50 kW) | Penyejukan cecair yang direndam + pemulihan haba sisa | 1.05-1.1 | 50-100 kw+ |
| Kawasan sejuk | Penyejukan semula jadi (udara/air) + penyejukan tambahan | 1.08-1.2 | Fleksibel |
| Kawasan yang gersang | Penyejukan penyejatan + penyejukan semula jadi | 1.1-1.3 | Fleksibel |
5. Trend Pembangunan Masa Depan
●Pusat data rendah karbon dan sifar-karbon:Didorong oleh dasar (seperti matlamat "Dual Carbon" China), penyejukan semulajadi, pemulihan haba sisa dan tenaga boleh diperbaharui akan menjadi arus perdana, dan sasaran PUE akan bergerak ke arah 1. 0.
● Teknologi penyejukan cecair:AI dan Edge Pengkomputeran Memacu permintaan berkepadatan tinggi, penyejukan cecair rendaman menembusi senario mewah ke pusat data umum, dan piawaian industri (seperti spesifikasi penyejukan cecair OCP) secara beransur-ansur bersatu.
● Pelepasan haba ketepatan peringkat cip:Penyejukan mikro, penyejukan semburan dan teknologi lain secara langsung bertindak pada cip untuk mengurangkan kehilangan laluan pemindahan haba.
● Kecerdasan Rantaian Penuh:Dari pemantauan peralatan ke pengoptimuman global, AI dan Internet of Things (IoT) sangat terintegrasi untuk mencapai "penyelenggaraan ramalan" dan penyejukan adaptif.
●Modularization dan prefabrication:Kabinet penyejukan cecair prefabrikasi dan pusat data jenis kontena dipercepat untuk digunakan, memendekkan kitaran pembinaan dan mengurangkan kos operasi dan penyelenggaraan
Sistem penyejukan pusat data adalah pautan utama dalam mengimbangi prestasi, kos dan kecekapan tenaga. Pemilihan teknologi perlu disesuaikan dengan keadaan dan keperluan tempatan. Dengan letupan permintaan kuasa pengkomputeran dan kemajuan transformasi hijau, penyejukan cecair yang cekap, penyejukan semulajadi dan pengurusan pintar akan menjadi hala tuju teras pembangunan masa depan, memacu evolusi pusat data ke arah "karbon rendah, cekap dan mampan".
