ศูนย์ข้อมูลนำหอหล่อเย็นมาใช้เพื่อประสิทธิภาพการใช้พลังงาน

เมื่อข้อมูลจำนวนมหาศาลไหลเข้าสู่ระบบคลาวด์ ซึ่งเป็นตัวขับเคลื่อนการเติบโตทางเศรษฐกิจดิจิทัลอย่างรวดเร็ว ศูนย์ข้อมูลจึงแพร่หลายไปทั่วโลก อย่างไรก็ตาม พลังการประมวลผลมหาศาลที่สนับสนุนสิ่งอำนวยความสะดวกเหล่านี้สร้างความร้อนจำนวนมหาศาล การกระจายความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพจึงกลายเป็นความท้าทายที่สำคัญสำหรับการดำเนินงานศูนย์ข้อมูลอย่างยั่งยืน หอทำความเย็น ซึ่งแต่เดิมถูกมองว่าเป็นที่ถกเถียงกันในเรื่องการใช้น้ำ กำลังถูกประเมินใหม่ว่าเป็นส่วนประกอบสำคัญที่อาจมีส่วนช่วยโครงสร้างพื้นฐานข้อมูลที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากขึ้นเมื่อมีการนำไปใช้อย่างเหมาะสม

โซลูชันการทำความเย็นของศูนย์ข้อมูลมีความแตกต่างกันอย่างมาก ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ รวมถึงขนาดของสิ่งอำนวยความสะดวก ข้อกำหนดด้านการประมวลผล ต้นทุนพลังงานในระดับภูมิภาค และความหนาแน่นของภาระงานข้อมูล แนวทางการทำความเย็นหลักๆ ได้แก่:

• เครื่องทำความเย็นแบบใช้น้ำ: ระบบที่รวมเครื่องทำความเย็น ปั๊ม หอทำความเย็น และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบแผ่นที่กระจายความร้อนผ่านการระเหย
• เครื่องทำความเย็นแบบใช้อากาศ: ระบบที่เรียบง่ายโดยใช้เฉพาะเครื่องทำความเย็นและปั๊มที่อาศัยอากาศในการปฏิเสธความร้อน
• การทำความเย็นแบบระเหยโดยตรง: ระบบ "การทำความเย็นแบบหนองน้ำ" ที่ใช้สื่อเปียกซึ่งใช้ประโยชน์จากการระเหยของน้ำโดยไม่มีการทำความเย็นเชิงกล
• การทำความเย็นแบบอะเดียแบติก: ระบบไฮบริดที่รวมการทำความเย็นด้วยอากาศและน้ำ โดยใช้การทำความเย็นด้วยน้ำในช่วงที่มีความต้องการสูงสุด

ผู้ปฏิบัติงานต้องพิจารณาทั้งต้นทุนการดำเนินงานและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมเมื่อเลือกโซลูชันการทำความเย็น ตัวชี้วัดสำคัญสองประการเป็นแนวทางในการตัดสินใจเหล่านี้: ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน (PUE) ซึ่งวัดปริมาณการใช้พลังงานทั้งหมดเทียบกับการใช้ของอุปกรณ์ไอที (โดยที่ 1.0 เป็นค่าที่เหมาะสม) และประสิทธิภาพการใช้น้ำ (WUE) ซึ่งประเมินการใช้น้ำของระบบทำความเย็น

ในขณะที่หอทำความเย็นใช้น้ำผ่านการระเหย ผู้เชี่ยวชาญในอุตสาหกรรมแย้งว่าสิ่งนี้จะต้องได้รับการประเมินเทียบกับผลกระทบของระบบพลังงานในวงกว้างขึ้น Tim Chiddix รองประธานฝ่ายวิศวกรรมเครื่องกลของ Swanson Rink เน้นย้ำว่าการเลือกเทคโนโลยีการทำความเย็นต้องมีการวิเคราะห์เฉพาะพื้นที่ โดยพิจารณาจากสภาพภูมิอากาศ โครงสร้างพื้นฐานด้านพลังงาน และข้อกำหนดในการดำเนินงาน

การประเมินที่ครอบคลุมต้องคำนึงถึงการใช้น้ำตลอดทั้งห่วงโซ่พลังงาน โรงไฟฟ้าแบบดั้งเดิม เช่น โรงงานถ่านหิน ใช้น้ำจำนวนมากในระหว่างการผลิตไฟฟ้า ในขณะที่ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศช่วยลดการใช้น้ำในสถานที่ แต่ความต้องการพลังงานที่สูงขึ้นทำให้การใช้น้ำเพิ่มขึ้นทางอ้อมที่โรงงานผลิตไฟฟ้า ในหลายกรณี ระบบทำความเย็นแบบระเหยเชิงกลแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพโดยรวมที่เหนือกว่าเมื่อเทียบกับทางเลือกแบบระบายความร้อนด้วยอากาศ

ตัวอย่างเช่น ระบบระบายความร้อนด้วยอากาศที่ใช้พลังงาน 1 MW ต่อปี เทียบกับระบบระบายความร้อนด้วยน้ำที่ใช้ 0.5 MW โดยมีการใช้น้ำ 3,000 แกลลอนต่อนาที อาจช่วยประหยัดน้ำได้มากกว่าเมื่อคำนึงถึงข้อกำหนดในการผลิตเพิ่มเติมของตัวเลือกการระบายความร้อนด้วยอากาศที่มีประสิทธิภาพน้อยกว่า

เอกสารไวท์เปเปอร์ที่เขียนร่วมกันโดย Chiddix และ Brook Zion เรื่อง "การใช้น้ำของศูนย์ข้อมูลในเดนเวอร์ ฟีนิกซ์ และลอสแองเจลิส: ภาพรวม" ได้ตรวจสอบว่าการลดการใช้น้ำในแต่ละสถานที่ช่วยลดการใช้น้ำในระดับภูมิภาคได้อย่างแท้จริงหรือไม่ การศึกษาพบว่าความสามารถในการถ่ายเทความร้อนที่เหนือกว่าของน้ำทำให้มีประสิทธิภาพมากกว่าอากาศในการทำความเย็น แม้ว่าประสิทธิภาพจะแตกต่างกันไปตามสภาพอากาศ โดยภูมิภาคแห้งแล้งได้รับประโยชน์มากที่สุด

การวิเคราะห์ศูนย์ข้อมูลตัวอย่างขนาด 1,500 kW ในสามเมือง โดยรวมข้อมูลความเข้มข้นของน้ำในกริดท้องถิ่นจากห้องปฏิบัติการพลังงานหมุนเวียนแห่งชาติ นักวิจัยได้เปรียบเทียบสามระบบ: เครื่องทำความเย็นแบบใช้น้ำมาตรฐาน เครื่องทำความเย็นแบบใช้อากาศ และการทำความเย็นแบบระเหย ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่าระบบระบายความร้อนด้วยอากาศต้องใช้พลังงานมากกว่าอย่างมีนัยสำคัญ (4,663,740 kWh ต่อปีในเดนเวอร์ เทียบกับ 1,610,748 kWh สำหรับระบบระบายความร้อนด้วยน้ำ) โดยมีการใช้น้ำเกือบทั้งหมดเปลี่ยนไปที่โรงงานผลิตไฟฟ้าแทนที่จะถูกกำจัด

Chiddix เตือนว่ากฎระเบียบในท้องถิ่นที่มีเจตนาดีซึ่งกำหนดให้ลดการใช้น้ำและพลังงานในสถานที่อาจเพิ่มการใช้ทรัพยากรทั้งหมดโดยไม่ได้ตั้งใจเมื่อคำนึงถึงผลกระทบจากการผลิตพลังงาน ระบบระบายความร้อนด้วยน้ำมักจะพิสูจน์ได้ว่ามีประสิทธิภาพมากกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อรวมโหมด "การทำความเย็นฟรี" (หรือตัวประหยัดน้ำด้านข้าง) ที่ใช้ประโยชน์จากอากาศภายนอกที่เย็นเพื่อทำให้น้ำเย็นลงโดยไม่มีการทำความเย็นเชิงกล ซึ่งอาจลดความต้องการพลังงานลง 75% หรือมากกว่าในช่วงเวลาที่เหมาะสม

เทคโนโลยีการไหลแบบแปรผันช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานลดการไหลของน้ำจากหอทำความเย็นในช่วงฤดูที่อากาศเย็นลง โดยความเร็วพัดลมที่ปรับได้ช่วยประหยัดพลังงานเพิ่มเติม การออกแบบหอทำความเย็นแบบแยกส่วนให้ประโยชน์เพิ่มเติม ทำให้สามารถขยายกำลังการผลิตให้สอดคล้องกับการเติบโตของเซิร์ฟเวอร์ในขณะที่ควบคุมค่าใช้จ่ายด้านทุนและการดำเนินงาน ระบบแบบแยกส่วนสำเร็จรูปยังรองรับการปรับใช้ที่รวดเร็วซึ่งมีความสำคัญต่อโครงการศูนย์ข้อมูลที่คำนึงถึงเวลา

เนื่องจากศูนย์ข้อมูลยังคงขยายตัวทั่วโลก การประเมินโซลูชันการทำความเย็นอย่างครอบคลุมต้องพิจารณาการใช้ทรัพยากรโดยตรงและโดยอ้อม เมื่อนำไปใช้อย่างเหมาะสมด้วยมุมมองระดับระบบ โซลูชันการทำความเย็นแบบใช้น้ำสามารถให้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่า สนับสนุนการพัฒนาโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัลที่ยั่งยืน ในขณะเดียวกันก็อนุรักษ์ทั้งพลังงานและทรัพยากรน้ำ