October 27, 2025
Khi dòng dữ liệu khổng lồ đổ vào đám mây, thúc đẩy sự tăng trưởng kinh tế kỹ thuật số nhanh chóng, các trung tâm dữ liệu đang lan rộng trên toàn thế giới. Tuy nhiên, sức mạnh tính toán to lớn hỗ trợ các cơ sở này tạo ra một lượng nhiệt đáng kinh ngạc. Tản nhiệt hiệu quả đã nổi lên như một thách thức quan trọng đối với hoạt động trung tâm dữ liệu bền vững. Tháp giải nhiệt, từ lâu đã bị coi là gây tranh cãi vì việc sử dụng nước của chúng, đang được đánh giá lại là những thành phần thiết yếu mà thực sự có thể đóng góp vào cơ sở hạ tầng dữ liệu xanh hơn khi được triển khai đúng cách.
Các giải pháp làm mát trung tâm dữ liệu khác nhau đáng kể tùy thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm quy mô cơ sở, yêu cầu tính toán, chi phí năng lượng theo khu vực và mật độ tải dữ liệu. Các phương pháp làm mát chính bao gồm:
Các nhà khai thác phải xem xét cả chi phí vận hành và tác động môi trường khi lựa chọn các giải pháp làm mát. Hai chỉ số chính hướng dẫn các quyết định này: Hiệu quả sử dụng điện (PUE) đo tổng mức tiêu thụ năng lượng liên quan đến việc sử dụng thiết bị CNTT (với 1.0 là lý tưởng) và Hiệu quả sử dụng nước (WUE) đánh giá mức tiêu thụ nước của hệ thống làm mát.
Mặc dù tháp giải nhiệt tiêu thụ nước thông qua sự bay hơi, các chuyên gia trong ngành lập luận rằng điều này phải được đánh giá dựa trên các tác động rộng hơn của hệ thống năng lượng. Tim Chiddix, Phó Chủ tịch Kỹ thuật Cơ khí tại Swanson Rink, nhấn mạnh rằng việc lựa chọn công nghệ làm mát đòi hỏi phải phân tích cục bộ, xem xét các điều kiện khí hậu, cơ sở hạ tầng năng lượng và các yêu cầu vận hành.
Một đánh giá toàn diện phải tính đến việc tiêu thụ nước trong toàn bộ chuỗi năng lượng. Các nhà máy điện truyền thống như các cơ sở than tiêu thụ một lượng nước đáng kể trong quá trình phát điện. Mặc dù các hệ thống làm mát bằng không khí làm giảm việc sử dụng nước tại chỗ, nhưng nhu cầu năng lượng cao hơn của chúng gián tiếp làm tăng mức tiêu thụ nước tại các cơ sở phát điện. Trong nhiều trường hợp, các hệ thống làm mát bay hơi cơ học thể hiện hiệu quả tổng thể vượt trội so với các lựa chọn làm mát bằng không khí.
Ví dụ, một hệ thống làm mát bằng không khí tiêu thụ 1 MW hàng năm so với một hệ thống làm mát bằng nước sử dụng 0,5 MW với mức tiêu thụ nước 3.000 gallon mỗi phút thực sự có thể tiết kiệm nhiều nước hơn khi tính đến các yêu cầu phát điện bổ sung của tùy chọn làm mát bằng không khí kém hiệu quả hơn.
Một bài báo trắng do Chiddix và Brook Zion đồng tác giả, "Mức sử dụng nước của trung tâm dữ liệu ở Denver, Phoenix và Los Angeles: Bức tranh lớn", đã kiểm tra xem việc giảm mức tiêu thụ nước tại các cơ sở riêng lẻ có thực sự làm giảm mức sử dụng nước trong khu vực hay không. Nghiên cứu cho thấy khả năng truyền nhiệt vượt trội của nước làm cho nó hiệu quả hơn không khí để làm mát, mặc dù hiệu quả khác nhau theo khí hậu, với các khu vực khô cằn được hưởng lợi nhiều nhất.
Phân tích các trung tâm dữ liệu mẫu 1.500 kW ở ba thành phố trong khi kết hợp dữ liệu cường độ nước lưới điện địa phương từ Phòng thí nghiệm Năng lượng Tái tạo Quốc gia, các nhà nghiên cứu đã so sánh ba hệ thống: máy làm lạnh làm mát bằng nước tiêu chuẩn, máy làm lạnh làm mát bằng không khí và làm mát bay hơi. Kết quả cho thấy các hệ thống làm mát bằng không khí yêu cầu nhiều năng lượng hơn đáng kể (4.663.740 kWh hàng năm ở Denver so với 1.610.748 kWh cho các hệ thống làm mát bằng nước), với gần như tất cả lượng tiêu thụ nước được chuyển đến các cơ sở phát điện thay vì bị loại bỏ.
Chiddix cảnh báo rằng các quy định địa phương có ý định tốt, bắt buộc giảm việc sử dụng nước và năng lượng tại chỗ có thể vô tình làm tăng tổng mức tiêu thụ tài nguyên khi tính đến các tác động phát điện. Các hệ thống làm mát bằng nước thường chứng minh hiệu quả hơn, đặc biệt khi kết hợp các chế độ "làm mát miễn phí" (hoặc bộ tiết kiệm bên nước) tận dụng không khí lạnh bên ngoài để làm lạnh nước mà không cần làm lạnh cơ học, có khả năng giảm nhu cầu năng lượng từ 75% trở lên trong điều kiện thuận lợi.
Công nghệ dòng chảy biến đổi cho phép các nhà khai thác giảm lưu lượng nước từ tháp giải nhiệt trong mùa mát hơn, với tốc độ quạt có thể điều chỉnh cung cấp thêm khả năng tiết kiệm năng lượng. Thiết kế tháp giải nhiệt dạng mô-đun cung cấp thêm lợi ích, cho phép mở rộng công suất phù hợp với sự tăng trưởng của máy chủ trong khi kiểm soát chi phí vốn và chi phí vận hành. Các hệ thống mô-đun đúc sẵn cũng hỗ trợ triển khai nhanh hơn, rất quan trọng đối với các dự án trung tâm dữ liệu nhạy cảm về thời gian.
Khi các trung tâm dữ liệu tiếp tục mở rộng trên toàn cầu, việc đánh giá toàn diện các giải pháp làm mát phải xem xét cả việc tiêu thụ tài nguyên trực tiếp và gián tiếp. Khi được triển khai đúng cách với góc độ hệ thống, các giải pháp làm mát dựa trên nước có thể mang lại hiệu quả vượt trội, hỗ trợ sự phát triển của cơ sở hạ tầng kỹ thuật số bền vững trong khi bảo tồn cả năng lượng và tài nguyên nước.
