Centra danych przyjmują wieże chłodnicze dla efektywności energetycznej

W miarę jak masowe strumienie danych zalewają chmurę, napędzając szybki cyfrowy rozwój gospodarczy, na całym świecie rozprzestrzeniają się centra danych. Jednak ogromna moc obliczeniowa obsługująca te obiekty generuje oszałamiające ilości ciepła. Efektywne odprowadzanie ciepła stało się kluczowym wyzwaniem dla zrównoważonego funkcjonowania centrów danych. Wieże chłodnicze, od dawna uważane za kontrowersyjne ze względu na zużycie wody, są poddawane ponownej ocenie jako istotne elementy, które, jeśli zostaną odpowiednio wdrożone, mogą faktycznie przyczynić się do powstania bardziej ekologicznej infrastruktury danych.

Rozwiązania w zakresie chłodzenia centrów danych różnią się znacznie w zależności od wielu czynników, w tym wielkości obiektu, wymagań obliczeniowych, regionalnych kosztów energii i gęstości obciążenia danymi. Podstawowe metody chłodzenia obejmują:

• Agregaty chłodnicze chłodzone wodą:Systemy zawierające agregaty chłodnicze, pompy, wieże chłodnicze i płytowe wymienniki ciepła, które rozpraszają ciepło poprzez parowanie.
• Agregaty chłodnicze chłodzone powietrzem:Uproszczone systemy wykorzystujące wyłącznie agregaty chłodnicze i pompy, których odprowadzanie ciepła opiera się na powietrzu.
• Bezpośrednie chłodzenie wyparne:Systemy „chłodzenia bagien” wykorzystujące mokre media, które wykorzystują odparowanie wody bez mechanicznego chłodzenia.
• Chłodzenie adiabatyczne:Systemy hybrydowe łączące chłodzenie powietrzem i wodą, wykorzystujące chłodzenie wspomagane wodą w okresach szczytowego zapotrzebowania.

Wybierając rozwiązania chłodzące, operatorzy muszą wziąć pod uwagę zarówno koszty operacyjne, jak i wpływ na środowisko. Przy podejmowaniu decyzji pomagają dwa kluczowe wskaźniki: efektywność wykorzystania energii (PUE) mierząca całkowite zużycie energii w stosunku do wykorzystania sprzętu IT (gdzie 1,0 jest wartością idealną) oraz efektywność wykorzystania wody (WUE) oceniająca zużycie wody w układzie chłodzenia.

Chociaż wieże chłodnicze zużywają wodę poprzez parowanie, eksperci branżowi twierdzą, że należy to ocenić pod kątem szerszego wpływu na system energetyczny. Tim Chiddix, wiceprezes ds. inżynierii mechanicznej w Swanson Rink, podkreśla, że ​​wybór technologii chłodzenia wymaga lokalnej analizy uwzględniającej warunki klimatyczne, infrastrukturę energetyczną i wymagania operacyjne.

Kompleksowa ocena musi uwzględniać zużycie wody w całym łańcuchu energetycznym. Tradycyjne elektrownie, takie jak elektrownie węglowe, zużywają znaczne ilości wody podczas wytwarzania energii elektrycznej. Chociaż systemy chłodzone powietrzem zmniejszają zużycie wody na miejscu, ich wyższe zapotrzebowanie na energię pośrednio zwiększa zużycie wody w zakładach wytwórczych. W wielu przypadkach mechaniczne systemy chłodzenia wyparnego wykazują wyższą ogólną wydajność w porównaniu z alternatywami chłodzonymi powietrzem.

Na przykład system chłodzony powietrzem zużywający 1 MW rocznie w porównaniu z systemem chłodzonym wodą zużywający 0,5 MW przy zużyciu wody na poziomie 3000 galonów na minutę może w rzeczywistości zaoszczędzić więcej wody, biorąc pod uwagę dodatkowe wymagania dotyczące wytwarzania w przypadku mniej wydajnej opcji chłodzonej powietrzem.

W białej księdze, której współautorami są Chiddix i Brook Zion, „Zużycie wody w centrach danych w Denver, Phoenix i Los Angeles: The Big Picture”, zbadano, czy zmniejszenie zużycia wody w poszczególnych obiektach rzeczywiście zmniejsza regionalne zużycie wody. Badanie wykazało, że doskonała zdolność wody do wymiany ciepła sprawia, że ​​jest ona bardziej wydajna do chłodzenia niż powietrze, chociaż skuteczność różni się w zależności od klimatu, przy czym największe korzyści odnoszą regiony suche.

Analizując przykładowe centra danych o mocy 1500 kW w trzech miastach, uwzględniając jednocześnie dane dotyczące natężenia wody w lokalnej sieci, pochodzące z Krajowego Laboratorium Energii Odnawialnej, badacze porównali trzy systemy: standardowe agregaty chłodnicze chłodzone wodą, agregaty chłodzone powietrzem i chłodzenie wyparne. Wyniki wykazały, że systemy chłodzone powietrzem wymagają znacznie więcej energii (4 663 740 kWh rocznie w Denver w porównaniu z 1 610 748 kWh w przypadku systemów chłodzonych wodą), przy czym prawie całe zużycie wody jest przenoszone do zakładów wytwarzających energię, a nie eliminowane.

Chiddix ostrzega, że ​​lokalne przepisy wynikające z dobrych intencji, nakazujące zmniejszenie zużycia wody i energii na miejscu, mogą w sposób niezamierzony zwiększyć całkowite zużycie zasobów, biorąc pod uwagę wpływ wytwarzania energii. Systemy chłodzone wodą często okazują się bardziej wydajne, szczególnie gdy są wyposażone w tryby „chłodzenia swobodnego” (lub ekonomizera wodnego), które wykorzystują zimne powietrze zewnętrzne do chłodzenia wody bez chłodzenia mechanicznego, potencjalnie zmniejszając zapotrzebowanie na energię o 75% lub więcej w sprzyjających warunkach.

Technologia zmiennego przepływu umożliwia operatorom zmniejszenie przepływu wody z wież chłodniczych w chłodniejszych porach roku, a regulowane prędkości wentylatorów zapewniają dodatkową oszczędność energii. Modułowe konstrukcje wież chłodniczych oferują dalsze korzyści, umożliwiając zwiększanie wydajności wraz z rozwojem serwerów, przy jednoczesnej kontroli wydatków kapitałowych i operacyjnych. Prefabrykowane systemy modułowe umożliwiają także szybsze wdrażanie, co ma kluczowe znaczenie w przypadku projektów centrów danych, w których liczy się czas.

Ponieważ centra danych stale rozwijają się na całym świecie, kompleksowa ocena rozwiązań chłodniczych musi uwzględniać zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie zużycie zasobów. Odpowiednio wdrożone z perspektywy systemu rozwiązania chłodzenia wodnego mogą zapewnić najwyższą wydajność, wspierając rozwój zrównoważonej infrastruktury cyfrowej, jednocześnie oszczędzając zasoby energii i wody.