พูดคุยเกี่ยวกับเทคโนโลยีระบายความร้อนของศูนย์ข้อมูล

การเติบโตอย่างรวดเร็วของการสร้างศูนย์ข้อมูลทำให้มีอุปกรณ์ในห้องคอมพิวเตอร์เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งให้สภาพแวดล้อมในการระบายความร้อนด้วยอุณหภูมิและความชื้นคงที่สำหรับศูนย์ข้อมูล

การใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูลจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ตามด้วยการเพิ่มขึ้นของระบบทำความเย็น ระบบจำหน่ายไฟฟ้า UPS และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งเป็นความท้าทายที่สำคัญต่อการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูล

ในช่วงเวลาที่คนทั้งประเทศสนับสนุนการอนุรักษ์พลังงานและลดการปล่อยมลพิษ หากศูนย์ข้อมูลใช้พลังงานทางสังคมอย่างสุ่มสี่สุ่มห้า พวกเขาจะดึงดูดความสนใจของรัฐบาลและประชาชนอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ไม่เพียงแต่จะไม่เอื้อต่อการพัฒนาศูนย์ข้อมูลในอนาคตเท่านั้น แต่ยังขัดต่อศีลธรรมทางสังคมด้วย ดังนั้นการใช้พลังงานจึงกลายเป็นเนื้อหาที่เกี่ยวข้องมากที่สุดในการสร้างศูนย์ข้อมูล

ในการพัฒนาศูนย์ข้อมูล จำเป็นต้องขยายขนาดอย่างต่อเนื่องและเพิ่มอุปกรณ์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ไม่สามารถลดได้ แต่ต้องปรับปรุงการใช้อุปกรณ์ การใช้พลังงานส่วนใหญ่อีกประการหนึ่งคือการกระจายความร้อน การใช้พลังงานของระบบปรับอากาศของศูนย์ข้อมูลคิดเป็นเกือบหนึ่งในสามของการใช้พลังงานของศูนย์ข้อมูลทั้งหมด หากคุณสามารถทำงานหนักกว่านี้ ผลการประหยัดพลังงานของศูนย์ข้อมูลจะดีขึ้น โดยทันที. แล้วศูนย์ข้อมูลมีเทคโนโลยีระบายความร้อนใดบ้าง และทิศทางการพัฒนาในอนาคตจะเป็นอย่างไร คำตอบจะอยู่ในบทความนี้

ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ

ระบบขยายโดยตรงที่ระบายความร้อนด้วยอากาศจะกลายเป็นระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ ในระบบระบายความร้อนด้วยอากาศ ครึ่งหนึ่งของวงจรหมุนเวียนสารทำความเย็นจะอยู่ในเครื่องปรับอากาศในห้องคอมพิวเตอร์ของศูนย์ข้อมูล และส่วนที่เหลือจะอยู่ในคอนเดนเซอร์ระบายความร้อนด้วยอากาศภายนอกอาคาร ความร้อนภายในห้องเครื่องถูกบีบออกสู่สิ่งแวดล้อมภายนอกผ่านท่อที่ใช้สารทำความเย็นหมุนเวียน อากาศร้อนถ่ายเทความร้อนไปยังคอยล์ระเหยแล้วส่งไปยังสารทำความเย็น สารทำความเย็นที่มีอุณหภูมิสูงและความดันสูงถูกส่งไปยังภายนอกโดยคอมเพรสเซอร์ คอนเดนเซอร์ แล้วแผ่ความร้อนออกสู่บรรยากาศภายนอก ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศมีประสิทธิภาพพลังงานค่อนข้างต่ำและกระจายความร้อนโดยตรงด้วยลม จากมุมมองด้านการทำความเย็น การใช้พลังงานหลักเกิดจากคอมเพรสเซอร์ พัดลมภายในอาคาร และคอนเดนเซอร์กลางแจ้งที่ระบายความร้อนด้วยอากาศ เนื่องจากการจัดวางแบบรวมศูนย์ของหน่วยกลางแจ้ง เมื่อหน่วยกลางแจ้งทั้งหมดเปิดในฤดูร้อน ปรากฎการณ์ของการสะสมความร้อนในท้องถิ่นนั้นชัดเจน ซึ่งจะลดประสิทธิภาพการทำความเย็นและส่งผลต่อผลการใช้งาน ยิ่งกว่านั้นเสียงของยูนิตภายนอกที่ระบายความร้อนด้วยอากาศมีผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมโดยรอบมากขึ้นและมีแนวโน้มที่จะส่งผลกระทบต่อผู้อยู่อาศัยโดยรอบ ไม่สามารถใช้ความเย็นตามธรรมชาติได้ และการประหยัดพลังงานค่อนข้างต่ำ แม้ว่าระบบระบายความร้อนด้วยอากาศจะมีประสิทธิภาพการกระจายความร้อนต่ำและใช้พลังงานสูง แต่ก็ยังเป็นวิธีการกระจายความร้อนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในศูนย์ข้อมูล

ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว

ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศมีข้อบกพร่องที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ศูนย์ข้อมูลบางแห่งเริ่มเปลี่ยนไปใช้ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว และระบบระบายความร้อนด้วยน้ำโดยทั่วไป ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำขจัดความร้อนผ่านการแลกเปลี่ยนเพลท และเครื่องทำความเย็นมีความเสถียร ต้องใช้หอทำความเย็นกลางแจ้งหรือเครื่องทำความเย็นแบบแห้งเพื่อเปลี่ยนคอนเดนเซอร์เพื่อแลกเปลี่ยนความร้อน การระบายความร้อนด้วยน้ำช่วยขจัดยูนิตภายนอกที่ระบายความร้อนด้วยอากาศ ซึ่งช่วยแก้ปัญหาเรื่องเสียงและมีผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเพียงเล็กน้อย ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำมีความซับซ้อนมากขึ้น มีค่าใช้จ่ายสูงและบำรุงรักษายาก แต่สามารถตอบสนองความต้องการด้านการทำความเย็นและการประหยัดพลังงานของศูนย์ข้อมูลขนาดใหญ่ได้ นอกจากการระบายความร้อนด้วยน้ำแล้วยังมีการระบายความร้อนด้วยน้ำมัน เมื่อเทียบกับการระบายความร้อนด้วยน้ำ ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำมันสามารถลดการใช้พลังงานลงได้อีก หากใช้ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำมัน ปัญหาฝุ่นที่ต้องเผชิญกับการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบเดิมจะไม่มีอีกต่อไป และการใช้พลังงานจะลดลงมาก น้ำมันเป็นสารที่ไม่มีขั้ว ซึ่งจะไม่ส่งผลต่อวงจรรวมอิเล็กทรอนิกส์และจะไม่ทำให้ฮาร์ดแวร์ภายในของเซิร์ฟเวอร์เสียหาย อย่างไรก็ตาม ระบบระบายความร้อนด้วยของเหลวมักมีเสียงดังและมีฝนตกอยู่เสมอในตลาด และมีศูนย์ข้อมูลเพียงไม่กี่แห่งที่จะใช้วิธีนี้ เนื่องจากระบบระบายความร้อนด้วยของเหลว ไม่ว่าจะเป็นการแช่หรือวิธีการอื่นๆ จำเป็นต้องกรองของเหลวเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหา เช่น การสะสมของสารปนเปื้อน ตะกอนที่มากเกินไป และการเติบโตทางชีวภาพ สำหรับระบบที่ใช้น้ำ เช่น ระบบหล่อเย็นด้วยของเหลวที่ใช้หอหล่อเย็นหรือการระเหย เป็นต้น ในปริมาณที่กำหนด จำเป็นต้องจัดการกับปัญหาตะกอนพร้อมกับการกำจัดไอน้ำ และจำเป็นต้องแยกและ"ระบายออก" เพื่อการกำจัดเสียด้วยซ้ำ การรักษานี้อาจทำให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมได้ ระบบทำความเย็นแบบระเหยหรือแบบอะเดียแบติก

เทคโนโลยีการทำความเย็นแบบระเหยเป็นวิธีการทำความเย็นของอากาศโดยใช้อุณหภูมิที่ลดลง เมื่อน้ำเจออากาศร้อนไหลระเหยกลายเป็นไอและกลายเป็นก๊าซ การกระจายความร้อนแบบระเหยไม่เหมาะสำหรับสารทำความเย็นที่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม และต้นทุนการติดตั้งต่ำ ไม่ต้องใช้คอมเพรสเซอร์แบบเดิม มีการใช้พลังงานต่ำ และมีข้อดีของการประหยัดพลังงาน การปกป้องสิ่งแวดล้อม การประหยัด และการปรับปรุงคุณภาพอากาศภายในอาคาร เครื่องทำความเย็นแบบระเหยเป็นพัดลมขนาดใหญ่ที่ดึงอากาศร้อนลงบนแผ่นรองน้ำที่เปียก เมื่อน้ำในแผ่นเปียกระเหย อากาศจะเย็นลงและผลักออก สามารถควบคุมอุณหภูมิได้โดยการปรับกระแสลมของตัวทำความเย็น การระบายความร้อนแบบอะเดียแบติกหมายความว่าในระหว่างกระบวนการเพิ่มอากาศแบบอะเดียแบติก ความดันอากาศจะลดลงตามความสูงที่เพิ่มขึ้น และบล็อกอากาศทำงานจากภายนอกเนื่องจากการขยายตัวของปริมาตร ซึ่งทำให้อุณหภูมิของอากาศลดลง สำหรับศูนย์ข้อมูล วิธีการระบายความร้อนเหล่านี้ยังแปลกใหม่

ระบบทำความเย็นแบบปิด

ฝาครอบหม้อน้ำของระบบทำความเย็นแบบปิดถูกปิดผนึกและเพิ่มถังขยาย ระหว่างการทำงาน ไอของสารหล่อเย็นจะเข้าสู่ถังขยายและไหลกลับไปยังหม้อน้ำหลังจากทำความเย็น ซึ่งสามารถป้องกันการสูญเสียการระเหยของน้ำหล่อเย็นจำนวนมากและเพิ่มอุณหภูมิจุดเดือดของสารหล่อเย็น ระบบระบายความร้อนแบบปิดทำให้มั่นใจได้ว่าเครื่องยนต์ไม่ต้องเติมน้ำหล่อเย็นเป็นเวลา 1 ถึง 2 ปี ในการใช้งานต้องแน่ใจว่าตราประทับเพื่อรับผลกระทบ น้ำหล่อเย็นในถังขยายไม่สามารถเติมได้ ทำให้เหลือที่ว่างสำหรับการขยายตัว หลังจากใช้งานสองปี จะถูกระบายออกและกรอง และองค์ประกอบและจุดเยือกแข็งจะถูกปรับก่อนใช้งานต่อไป การปิดล้อมหมายความว่าการไหลของอากาศไม่เพียงพอ ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาความร้อนสูงเกินไปในท้องถิ่นได้ การระบายความร้อนแบบปิดมักจะรวมกับการระบายความร้อนด้วยน้ำหรือการระบายความร้อนด้วยของเหลว และระบบระบายความร้อนด้วยน้ำยังสามารถทำให้เป็นระบบปิดได้ ซึ่งสามารถระบายความร้อนได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและปรับปรุงประสิทธิภาพการทำความเย็น

นอกจากวิธีการกระจายความร้อนที่อธิบายไว้ข้างต้นแล้ว ยังมีวิธีการกระจายความร้อนที่ยอดเยี่ยมอีกมาก และบางวิธีก็ถูกนำไปใช้งานจริงด้วย ตัวอย่างเช่น โดยใช้การกระจายความร้อนตามธรรมชาติ ศูนย์ข้อมูลถูกสร้างขึ้นในประเทศนอร์ดิกที่มีอากาศหนาวเย็นหรือสร้างขึ้นที่ก้นทะเล และอุปกรณ์ในศูนย์ข้อมูลจะได้รับการระบายความร้อนด้วย"เย็นมาก" เช่นเดียวกับศูนย์ข้อมูลที่สร้างโดย Facebook ในไอซ์แลนด์ Microsoft กำลังสร้างศูนย์ข้อมูลใต้ทะเล นอกจากนี้ การระบายความร้อนด้วยน้ำสามารถใช้ได้โดยไม่ต้องใช้น้ำมาตรฐาน น้ำทะเล น้ำเสียในบ้าน หรือแม้แต่น้ำร้อนก็สามารถนำมาใช้เพื่อกระจายความร้อนให้กับศูนย์ข้อมูลได้ ตัวอย่างเช่น อาลีบาบาใช้น้ำจากทะเลสาบพันเกาะเพื่อระบายความร้อน Google ได้จัดตั้งศูนย์ข้อมูลขึ้นในเมืองฮามินา ประเทศฟินแลนด์ ซึ่งใช้น้ำทะเลเพื่อระบายความร้อน eBay สร้างศูนย์ข้อมูลในทะเลทราย อุณหภูมิกลางแจ้งเฉลี่ยของศูนย์ข้อมูลอยู่ที่ประมาณ 46 องศาเซลเซียส .

ข้างต้นจะแนะนำเทคโนโลยีที่ใช้กันทั่วไปสำหรับการระบายความร้อนของศูนย์ข้อมูล ซึ่งบางส่วนยังคงอยู่ในกระบวนการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องและยังคงเป็นเทคโนโลยีในห้องปฏิบัติการ สำหรับแนวโน้มในอนาคตของการกระจายความร้อนของศูนย์ข้อมูล นอกเหนือจากศูนย์คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงและศูนย์ข้อมูลบนอินเทอร์เน็ตอื่นๆ แล้ว ศูนย์ข้อมูลส่วนใหญ่จะถูกย้ายไปยังที่ที่มีราคาต่ำกว่าและต้นทุนด้านพลังงานที่ต่ำลง ด้วยการนำเทคโนโลยีการกระจายความร้อนขั้นสูงมาใช้ ช่วยลดการดำเนินงานศูนย์ข้อมูลและค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา และปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงาน