Τα κέντρα δεδομένων υιοθετούν πύργους ψύξης για ενεργειακή απόδοση

Καθώς τεράστιες ροές δεδομένων πλημμυρίζουν στο cloud, τροφοδοτώντας την ταχεία ψηφιακή οικονομική ανάπτυξη, τα κέντρα δεδομένων πολλαπλασιάζονται παγκοσμίως. Ωστόσο, η τεράστια υπολογιστική ισχύς που υποστηρίζει αυτές τις εγκαταστάσεις παράγει εκπληκτικές ποσότητες θερμότητας. Η αποτελεσματική απαγωγή θερμότητας έχει αναδειχθεί ως κρίσιμη πρόκληση για τις βιώσιμες λειτουργίες των κέντρων δεδομένων. Οι πύργοι ψύξης, οι οποίοι θεωρούνταν από καιρό αμφιλεγόμενοι για τη χρήση του νερού τους, επαναξιολογούνται ως βασικά στοιχεία που μπορούν πραγματικά να συμβάλουν σε πιο πράσινη υποδομή δεδομένων όταν εφαρμοστούν σωστά.

Οι λύσεις ψύξης κέντρων δεδομένων ποικίλλουν σημαντικά ανάλογα με πολλούς παράγοντες, όπως το μέγεθος της εγκατάστασης, τις υπολογιστικές απαιτήσεις, το τοπικό ενεργειακό κόστος και την πυκνότητα φορτίου δεδομένων. Οι κύριες προσεγγίσεις ψύξης περιλαμβάνουν:

• Υδρόψυκτα ψυκτικά συγκροτήματα:Συστήματα που ενσωματώνουν ψύκτες, αντλίες, πύργους ψύξης και εναλλάκτες θερμότητας πλάκας που διαχέουν τη θερμότητα μέσω της εξάτμισης.
• Αερόψυκτοι ψύκτες:Απλοποιημένα συστήματα που χρησιμοποιούν μόνο ψύκτες και αντλίες που βασίζονται στον αέρα για την απόρριψη θερμότητας.
• Άμεση ψύξη με εξάτμιση:Συστήματα "ψύξης βάλτου" που χρησιμοποιούν υγρά μέσα που αξιοποιούν την εξάτμιση του νερού χωρίς μηχανική ψύξη.
• Αδιαβατική ψύξη:Υβριδικά συστήματα που συνδυάζουν ψύξη αέρα και νερού, χρησιμοποιώντας ψύξη με υποβοήθηση νερού κατά τις περιόδους αιχμής ζήτησης.

Οι χειριστές πρέπει να λαμβάνουν υπόψη τόσο το λειτουργικό κόστος όσο και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις κατά την επιλογή λύσεων ψύξης. Δύο βασικές μετρήσεις καθοδηγούν αυτές τις αποφάσεις: Η αποτελεσματικότητα χρήσης ενέργειας (PUE) που μετρά τη συνολική κατανάλωση ενέργειας σε σχέση με τη χρήση εξοπλισμού πληροφορικής (με το 1.0 να είναι ιδανική) και η αποτελεσματικότητα χρήσης νερού (WUE) που αξιολογεί την κατανάλωση νερού του συστήματος ψύξης.

Ενώ οι πύργοι ψύξης καταναλώνουν νερό μέσω της εξάτμισης, οι ειδικοί του κλάδου υποστηρίζουν ότι αυτό πρέπει να αξιολογηθεί έναντι των ευρύτερων επιπτώσεων του ενεργειακού συστήματος. Ο Tim Chiddix, Αντιπρόεδρος Μηχανολόγων Μηχανικών στο Swanson Rink, τονίζει ότι η επιλογή τεχνολογίας ψύξης απαιτεί τοπική ανάλυση λαμβάνοντας υπόψη τις κλιματικές συνθήκες, την ενεργειακή υποδομή και τις λειτουργικές απαιτήσεις.

Μια ολοκληρωμένη αξιολόγηση πρέπει να λαμβάνει υπόψη την κατανάλωση νερού σε ολόκληρη την ενεργειακή αλυσίδα. Οι παραδοσιακοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής, όπως οι εγκαταστάσεις άνθρακα, καταναλώνουν σημαντικό νερό κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ενώ τα αερόψυκτα συστήματα μειώνουν τη χρήση νερού στις εγκαταστάσεις, οι υψηλότερες ενεργειακές τους απαιτήσεις αυξάνουν έμμεσα την κατανάλωση νερού στις εγκαταστάσεις παραγωγής. Σε πολλές περιπτώσεις, τα μηχανικά συστήματα ψύξης με εξάτμιση επιδεικνύουν ανώτερη συνολική απόδοση σε σύγκριση με τα αερόψυκτα εναλλακτικά.

Για παράδειγμα, ένα αερόψυκτο σύστημα που καταναλώνει 1 MW ετησίως έναντι ενός υδρόψυκτου συστήματος που χρησιμοποιεί 0,5 MW με 3.000 γαλόνια ανά λεπτό κατανάλωση νερού μπορεί στην πραγματικότητα να εξοικονομεί περισσότερο νερό λαμβάνοντας υπόψη τις πρόσθετες απαιτήσεις παραγωγής της λιγότερο αποδοτικής αερόψυκτης επιλογής.

Μια λευκή βίβλος που συντάχθηκε από τους Chiddix και Brook Zion, «Χρήση νερού στο Κέντρο Δεδομένων στο Ντένβερ, το Φοίνιξ και το Λος Άντζελες: Η μεγάλη εικόνα», εξέτασε εάν η μείωση της κατανάλωσης νερού σε μεμονωμένες εγκαταστάσεις μειώνει πραγματικά την τοπική χρήση νερού. Η μελέτη διαπίστωσε ότι οι ανώτερες δυνατότητες μεταφοράς θερμότητας του νερού το καθιστούν πιο αποτελεσματικό από τον αέρα για ψύξη, αν και η αποτελεσματικότητα ποικίλλει ανάλογα με το κλίμα, με τις άνυδρες περιοχές να επωφελούνται περισσότερο.

Αναλύοντας δειγματοληπτικά κέντρα δεδομένων 1.500 kW σε τρεις πόλεις, ενσωματώνοντας ταυτόχρονα δεδομένα για την ένταση του νερού του δικτύου από το Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας, οι ερευνητές συνέκριναν τρία συστήματα: τυπικά υδρόψυκτα ψυκτικά συγκροτήματα, αερόψυκτα ψύκτες και ψύξη εξάτμισης. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα αερόψυκτα συστήματα απαιτούσαν σημαντικά περισσότερη ενέργεια (4.663.740 kWh ετησίως στο Ντένβερ έναντι 1.610.748 kWh για υδρόψυκτα συστήματα), με σχεδόν όλη την κατανάλωση νερού να μετατοπίζεται στις εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας αντί να εξαλείφεται.

Η Chiddix προειδοποιεί ότι οι καλοπροαίρετοι τοπικοί κανονισμοί που επιβάλλουν μειωμένη επιτόπια χρήση νερού και ενέργειας ενδέχεται να αυξήσουν ακούσια τη συνολική κατανάλωση πόρων όταν υπολογίζονται οι επιπτώσεις της παραγωγής ενέργειας. Τα υδρόψυκτα συστήματα συχνά αποδεικνύονται πιο αποτελεσματικά, ιδιαίτερα όταν ενσωματώνουν λειτουργίες "δωρεάν ψύξης" (ή εξοικονομητή από την πλευρά του νερού) που αξιοποιούν τον κρύο εξωτερικό αέρα για να ψύχεται το νερό χωρίς μηχανική ψύξη, μειώνοντας ενδεχομένως τις ενεργειακές ανάγκες κατά 75% ή περισσότερο σε ευνοϊκές συνθήκες.

Η τεχνολογία μεταβλητής ροής επιτρέπει στους χειριστές να μειώνουν τη ροή του νερού από τους πύργους ψύξης κατά τις ψυχρότερες εποχές, με ρυθμιζόμενες ταχύτητες ανεμιστήρα που παρέχουν επιπλέον εξοικονόμηση ενέργειας. Τα αρθρωτά σχέδια πύργων ψύξης προσφέρουν περαιτέρω πλεονεκτήματα, επιτρέποντας την επέκταση της χωρητικότητας ευθυγραμμισμένη με την ανάπτυξη του διακομιστή, ενώ ελέγχονται τα κεφαλαιακά και λειτουργικά έξοδα. Τα προκατασκευασμένα αρθρωτά συστήματα υποστηρίζουν επίσης ταχύτερη ανάπτυξη που είναι κρίσιμη για έργα κέντρων δεδομένων που είναι ευαίσθητα στο χρόνο.

Καθώς τα κέντρα δεδομένων συνεχίζουν να επεκτείνονται παγκοσμίως, η συνολική αξιολόγηση των λύσεων ψύξης πρέπει να λαμβάνει υπόψη τόσο την άμεση όσο και την έμμεση κατανάλωση πόρων. Όταν εφαρμόζονται σωστά με προοπτική σε επίπεδο συστήματος, οι λύσεις ψύξης με βάση το νερό μπορούν να προσφέρουν ανώτερη απόδοση, υποστηρίζοντας την ανάπτυξη βιώσιμης ψηφιακής υποδομής, ενώ παράλληλα εξοικονομούν ενέργεια και υδάτινους πόρους.