تعتمد مراكز البيانات أبراج التبريد لتحقيق كفاءة الطاقة

مع تدفق كميات هائلة من البيانات إلى السحابة، مما يؤدي إلى نمو اقتصادي رقمي سريع، تنتشر مراكز البيانات في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك، فإن قوة الحوسبة الهائلة التي تدعم هذه المرافق تولد كميات هائلة من الحرارة. لقد برز التبديد الفعال للحرارة كتحدٍ حاسم لعمليات مراكز البيانات المستدامة. تتم إعادة تقييم أبراج التبريد، التي طالما اعتبرت مثيرة للجدل بسبب استخدامها للمياه، كمكونات أساسية قد تساهم بالفعل في البنية التحتية الرقمية الأكثر مراعاة للبيئة عند تنفيذها بشكل صحيح.

تختلف حلول تبريد مراكز البيانات اختلافًا كبيرًا اعتمادًا على عوامل متعددة بما في ذلك حجم المنشأة ومتطلبات الحوسبة وتكاليف الطاقة الإقليمية وكثافة تحميل البيانات. تشمل مناهج التبريد الأساسية ما يلي:

• مبردات تبريد المياه: الأنظمة التي تتضمن مبردات ومضخات وأبراج تبريد ومبادلات حرارية صفائحية تعمل على تبديد الحرارة من خلال التبخر.
• مبردات تبريد الهواء: الأنظمة المبسطة التي تستخدم فقط المبردات والمضخات التي تعتمد على الهواء لرفض الحرارة.
• التبريد التبخيري المباشر: أنظمة "تبريد المستنقعات" التي تستخدم وسائط رطبة تستفيد من تبخر الماء دون تبريد ميكانيكي.
• التبريد الأديباتي: الأنظمة الهجينة التي تجمع بين تبريد الهواء والماء، باستخدام التبريد بمساعدة الماء خلال فترات ذروة الطلب.

يجب على المشغلين مراعاة كل من تكاليف التشغيل والتأثير البيئي عند اختيار حلول التبريد. يقود هذين المقياسين الرئيسيين هذه القرارات: فعالية استخدام الطاقة (PUE) التي تقيس إجمالي استهلاك الطاقة بالنسبة إلى استخدام معدات تكنولوجيا المعلومات (مع 1.0 هو الأمثل)، وفعالية استخدام المياه (WUE) التي تقيم استهلاك المياه في نظام التبريد.

في حين أن أبراج التبريد تستهلك المياه من خلال التبخر، يجادل خبراء الصناعة بأنه يجب تقييم ذلك مقابل تأثيرات نظام الطاقة الأوسع نطاقًا. يؤكد تيم تشيديكس، نائب الرئيس للهندسة الميكانيكية في Swanson Rink، أن اختيار تكنولوجيا التبريد يتطلب تحليلًا محليًا مع مراعاة الظروف المناخية والبنية التحتية للطاقة ومتطلبات التشغيل.

يجب أن تأخذ التقييمات الشاملة في الاعتبار استهلاك المياه في جميع أنحاء سلسلة الطاقة بأكملها. تستهلك محطات الطاقة التقليدية مثل مرافق الفحم كميات كبيرة من المياه أثناء توليد الكهرباء. في حين أن الأنظمة المبردة بالهواء تقلل من استخدام المياه في الموقع، فإن متطلباتها الأعلى للطاقة تزيد بشكل غير مباشر من استهلاك المياه في مرافق التوليد. في كثير من الحالات، تُظهر أنظمة التبريد التبخيري الميكانيكي كفاءة إجمالية فائقة مقارنة بالبدائل المبردة بالهواء.

على سبيل المثال، قد يوفر نظام مبرد بالهواء يستهلك 1 ميجاوات سنويًا مقابل نظام مبرد بالماء يستخدم 0.5 ميجاوات مع استهلاك 3000 جالون في الدقيقة من المياه المزيد من المياه بالفعل عند احتساب متطلبات التوليد الإضافية للخيار المبرد بالهواء الأقل كفاءة.

فحصت ورقة بيضاء شارك في تأليفها تشيديكس وبروك زيون، "استخدام المياه في مراكز البيانات في دنفر، فينيكس، ولوس أنجلوس: الصورة الكبيرة،" ما إذا كان تقليل استهلاك المياه في المرافق الفردية يقلل حقًا من استخدام المياه الإقليمي. وجدت الدراسة أن قدرات نقل الحرارة الفائقة للمياه تجعلها أكثر كفاءة من الهواء للتبريد، على الرغم من أن الفعالية تختلف حسب المناخ مع استفادة المناطق القاحلة أكثر من غيرها.

من خلال تحليل مراكز بيانات نموذجية تبلغ 1500 كيلو واط في ثلاث مدن مع دمج بيانات كثافة المياه المحلية من المختبر الوطني للطاقة المتجددة، قارن الباحثون ثلاثة أنظمة: مبردات تبريد المياه القياسية، ومبردات تبريد الهواء، والتبريد التبخيري. أظهرت النتائج أن الأنظمة المبردة بالهواء تتطلب طاقة أكبر بكثير (4,663,740 كيلو واط ساعة سنويًا في دنفر مقابل 1,610,748 كيلو واط ساعة للأنظمة المبردة بالماء)، مع تحول جميع استهلاك المياه تقريبًا إلى مرافق توليد الطاقة بدلاً من التخلص منها.

يحذر تشيديكس من أن اللوائح المحلية ذات النوايا الحسنة التي تفرض تقليل استخدام المياه والطاقة في الموقع قد تزيد عن غير قصد من إجمالي استهلاك الموارد عند احتساب تأثيرات توليد الطاقة. غالبًا ما تثبت الأنظمة المبردة بالماء أنها أكثر كفاءة، خاصة عند دمج أوضاع "التبريد المجاني" (أو موفر المياه) التي تستفيد من الهواء الخارجي البارد لتبريد المياه دون تبريد ميكانيكي، مما قد يقلل من احتياجات الطاقة بنسبة 75٪ أو أكثر في ظل الظروف المواتية.

تسمح تقنية التدفق المتغير للمشغلين بتقليل تدفق المياه من أبراج التبريد خلال المواسم الباردة، مع توفير سرعات مروحة قابلة للتعديل توفيرًا إضافيًا للطاقة. توفر تصميمات برج التبريد المعياري مزايا إضافية، مما يتيح توسيع السعة بما يتماشى مع نمو الخادم مع التحكم في رأس المال ونفقات التشغيل. تدعم الأنظمة المعيارية الجاهزة أيضًا النشر الأسرع وهو أمر بالغ الأهمية لمشاريع مراكز البيانات الحساسة للوقت.

مع استمرار مراكز البيانات في التوسع عالميًا، يجب أن يأخذ التقييم الشامل لحلول التبريد في الاعتبار استهلاك الموارد المباشر وغير المباشر. عند التنفيذ الصحيح بمنظور على مستوى النظام، يمكن لحلول التبريد المائية أن توفر كفاءة فائقة، ودعم تطوير البنية التحتية الرقمية المستدامة مع الحفاظ على كل من موارد الطاقة والمياه.