بحث في تقنية التبريد السائل الغمر لمركز البيانات

مع التطور السريع للتطبيقات كثيفة الاستخدام للحوسبة مثل الذكاء الاصطناعي ، وإنترنت الأشياء ، والعملات المشفرة ، و AR / VR ، وما إلى ذلك ، فإن الطلب المتزايد على الحوسبة يجعل مراكز البيانات تتطور تدريجياً نحو 'الأداء العالي ، والكثافة العالية ، والاستهلاك العالي للطاقة '.يتكون استهلاك الطاقة في مركز البيانات تقريبًا من معدات الاتصالات والشبكات وإمدادات الطاقة ونظام التوزيع والإضاءة والمعدات المساعدة ونظام التبريد.يمثل استهلاك الطاقة في جزء التبريد حوالي 40٪ من إجمالي استهلاك الطاقة لمركز البيانات.يعد تحسين كفاءة أنظمة تبريد مركز البيانات وتقليل استهلاك الطاقة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق هدف 'الكربون المزدوج '.

طرق التبريد السائلة الشائعة تشمل الصفيحة الباردة والرش والغمر.من بينها ، يتميز التبريد السائل الغاطس بأعلى كفاءة في نقل الحرارة ويمكنه تجنب النقاط الساخنة المحلية.تعد حاليًا الوسيلة التقنية الأكثر احتمالًا لحل المشكلات المختلفة التي تواجهها أنظمة التبريد في بيئات الحوسبة عالية الأداء.

كمحرك لتعزيز التطوير الجديد لمركز البيانات الضخمة من الجيل التالي ، تنعكس مزايا تقنية التبريد السائل الغاطس بشكل أساسي في الجوانب التالية.

(1) زيادة استخدام الطاقة

يستخدم التبريد السائل الغاطس المبرد كوسيط لنقل الحرارة.تتميز السوائل بموصلية حرارية أعلى وسعة حرارية محددة ، لذا فهي توصل الحرارة بشكل أسرع وتمتص الحرارة بشكل أكثر كفاءة.في الوقت نفسه ، تحتوي مراكز البيانات التي تستخدم تقنية التبريد السائل الغاطس على انخفاض PUE بسبب انخفاض استخدام المراوح ومكيفات الهواء.

(2) كثافة طاقة أعلى

يمكن للتبريد بالسائل الغاطس أن يزيد بشكل كبير من كثافة الخادم لكل وحدة مساحة في مركز البيانات ، وبالتالي يدعم بشكل أفضل الحوسبة عالية الكثافة.تستخدم مراكز البيانات التقليدية أنظمة مبردة بالهواء ، وكثافات الطاقة القابلة للتبريد والتي يمكن تبريدها عادةً ما بين 10 كيلو وات إلى 15 كيلو وات.يمكن للتبريد السائل الغاطس أن يزيد من طاقة الرف الواحد إلى 100kW أو حتى أكثر من 200kW.لذلك ، يمكنها تلبية متطلبات تبديد الحرارة لسيناريوهات الحوسبة عالية الكثافة بشكل كامل.

(3) موثوقية أكبر للمعدات

يحافظ التبريد السائل الغاطس على معدات تكنولوجيا المعلومات في درجة الحرارة المناسبة.تتجنب بيئة الغمر بشكل فعال الآثار الضارة للرطوبة (الماء في الهواء سوف يسبب تآكل المكونات ، ويمكن لسائل التبريد أن يحمي المعدات) ، والغبار ، وما إلى ذلك على الجهاز.بالإضافة إلى ذلك ، يتم حل مشاكل الضوضاء والاهتزاز بشكل فعال لأن الخوادم وغرف الكمبيوتر لم تعد بحاجة إلى مراوح.

(4) استخدام الفضاء العالي

يتيح أداء تبديد الحرارة الممتاز للتبريد السائل الغاطس ترتيب الخوادم عن كثب دون فصل.في نفس الوقت ليست هناك حاجة لتكوين المراوح ، ولا حاجة لمكيفات الهواء ووحدات التبريد في غرفة الماكينة.ليست هناك حاجة لتركيب مرافق احتواء الممرات الساخنة والباردة والأرضيات المرتفعة ، لذلك فإن التبريد السائل الغاطس له استخدام مساحة أكبر من حلول التبريد التقليدية.

(5) استهلاك أقل للمياه

لا يؤدي الاستهلاك الضخم للمياه إلى زيادة تكاليف التشغيل فحسب ، بل يواجه أيضًا ضغوطًا تنظيمية في المناطق ذات الاستخدام المحدود للمياه.تتطلب تقنية تبريد الهواء التقليدية عادةً استخدام كمية كبيرة من الماء للتبريد بالتبخير.يمكن أن يعمل المبرد الخاص بتقنية التبريد السائل الغاطس عند درجة حرارة أعلى (تصل إلى 45 درجة مئوية).حتى في المناخات الأكثر سخونة ، يمكن استخدام التبريد المجاني بكفاءة ، مما يقلل الحاجة إلى إزالة الحرارة النشطة وبالتالي توفير المياه.

يغمر التبريد السائل الغاطس معدات تكنولوجيا المعلومات مباشرة في المبرد ، معتمداً على المبرد لامتصاص الحرارة الناتجة عن المعدات.وفقًا لما إذا كان سائل التبريد يخضع لتغير طور في عملية تعميم تبديد الحرارة ، يمكن تقسيمه إلى تبريد سائل مغمور أحادي الطور وتبريد سائل مغمور على مرحلتين.

عادةً ما يكون لسائل التبريد للتبريد السائل الغاطس أحادي الطور نقطة غليان عالية نسبيًا.بعد أن يمتص سائل التبريد الحرارة ، لن يكون هناك تغيير في الطور وسيبقى دائمًا في حالة سائلة.يقوم بتدوير المبرد من خلال الحمل الحراري الطبيعي أو مضخة مدفوعة.تستفيد عملية تبديد الحرارة الدوراني المدفوعة بالحمل الحراري الطبيعي من الخاصية المتمثلة في أن كثافة تمدد الحجم للسائل تتناقص بعد تسخينها.يطفو المبرد الأكثر سخونة بشكل طبيعي ويتم تبريده بواسطة مبادل حراري متصل بدائرة تبريد خارجية.يغرق السائل المبرد بشكل طبيعي تحت تأثير الجاذبية لإكمال الدورة الدموية وتبديد الحرارة.

بالمقارنة مع الحمل الحراري الطبيعي ، فإن استخدام مضخة لقيادة سائل التبريد يمكن أن يحسن قدرة التبريد بشكل أكثر فعالية.الجهاز الذي يتكون من مضخة ومبادل حراري ومستشعر وفلتر يسمى وحدة توزيع المبرد (CDU ، وحدة توزيع المبرد).يمكن التحكم بدرجة الحرارة ومعدل التدفق لسائل التبريد بشكل أكثر دقة باستخدام CDU.يتم ضخ سائل التبريد من خلال عنصر التسخين لإزالة الحرارة.يدخل المبرد المسخن إلى المبادل الحراري ليتم تبريده تحت محرك المضخة ، ثم يستمر في الدوران تحت تأثير المضخة.يستخدم المبادل الحراري الماء بشكل عام كوسيط تبريد ، ويتم تفريغ الحرارة أخيرًا من خلال نظام مياه التبريد المتداول.

يظهر مبدأ العمل للتبريد السائل الغاطس أحادي الطور في الشكل.

تنعكس مزايا التبريد السائل الغاطس أحادي الطور في جانبين.أحدهما هو أن المبرد أرخص وأرخص لنشره.والآخر هو أن المبرد لا يتغير في الطور.لا داعي للقلق بشأن المخاطر الصحية لتدفق سائل التبريد أو استنشاق الأفراد ، وهو ما يفضي بشكل أكبر إلى الصيانة.

في التبريد السائل الغاطس ثنائي الطور ، يخضع سائل التبريد باستمرار لعملية تغيير الطور من سائل إلى غاز ثم يعود إلى السائل أثناء عملية الدوران وتبديد الحرارة.يتم غمر معدات تكنولوجيا المعلومات بالكامل في خزان محكم الإغلاق مملوء بمبرد منخفض الغليان ، والذي يمتص الحرارة المنبعثة من الجهاز.بعد أن يمتص المبرد الحرارة ، ترتفع درجة الحرارة وتبدأ في الغليان بعد الوصول إلى نقطة الغليان.من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية ، يتم إنتاج كمية كبيرة من البخار في نفس الوقت.يرتفع البخار من السائل ويهرب فوق سطح السائل ، مشكلاً منطقة طور غازي في الخزان المبرد بالسائل.يتلامس بخار المبرد في منطقة الطور الغازي مع المكثف المبرد بالماء ، ويمتص المكثف الحرارة.يتكثف المبرد إلى سائل يعود إلى الحاوية في قطرات لإعادة تدويره.يتم استنفاد مياه التبريد المسخنة في المكثف من خلال نظام مياه التبريد المتداول.

يظهر مبدأ العمل للتبريد السائل الغاطس على مرحلتين في الشكل 3.

المبرد المستخدم للتبريد السائل الغاطس على مرحلتين لا يجب أن يكون له فقط خصائص فيزيائية حرارية جيدة ، واستقرار كيميائي وحراري ، وعدم قابلية للتآكل ، ولكنه يحتاج أيضًا إلى نقطة غليان مناسبة ، ونطاق غليان ضيق نسبيًا ، وحرارة تبخير كامنة عالية.تمت تجربة السيليكات ، والمواد العطرية ، والسيليكون ، والمركبات الأليفاتية ، والفلوروكربون في التبريد السائل الغاطس على مرحلتين.من بينها ، تتمتع مركبات الفلوروكربون بأفضل أداء شامل ، لذا فهي أكثر شيوعًا.

يستفيد التبريد السائل الغاطس ثنائي الطور بشكل كامل من الحرارة الكامنة لتبخر سائل التبريد ، والتي يمكن أن تلبي المتطلبات القصوى لعناصر التسخين عالية الطاقة لتبديد الحرارة.إنها تحافظ على تشغيل معدات تكنولوجيا المعلومات بكامل طاقتها.ومع ذلك ، فإن وجود تغيير الطور يجعل نظام التبريد السائل الغاطس ثنائي الطور يجب أن يظل محكم الإغلاق لمنع البخار من الهروب. ماذا’ق أكثر، يجب مراعاة التغيير في ضغط الهواء الناجم عن عملية تغيير المرحلة والمخاطر الصحية لاستنشاق أفراد الصيانة للغاز أثناء صيانة النظام.

في هذه المرحلة ، لا يزال هناك العديد من العقبات والتحديات في عملية تعزيز مراكز البيانات لتبني تقنية التبريد السائل الغاطس بسرعة.يتضمن ذلك قيود سيناريو التطبيق ودعم بائع المعدات وتكاليف النشر والتعديل التحديثي.

ما إذا كان سيتم حل المشكلات المذكورة أعلاه وبأي طريقة سيكون هو المفتاح لتحديد النشر السريع والواسع النطاق لتقنية التبريد السائل الغاطس في المستقبل.