Egy adatközpontban minden szerver, GPU és switch az elektromos áramot hővé alakítja, és ennek a hőnek anélkül kell elhagynia az épületet, hogy az informatikai berendezések túlságosan felmelegednének. A hűtő az a gép, amely lehetővé teszi ezt a távozást. Ez állítja elő a hűtött vizet, amely elszállítja a hőt a fehér térből, és a kialakítása nagymértékben meghatározza, hogy mennyi elektromos áramot és vizet éget el a teljes létesítmény a hűtés érdekében.
Az üzemeltetők és a létesítménymérnökök számára a gyakorlati kérdés ritkán az, hogy egy telephelyen szükség van-e hűtőre. Az a kérdés, hogy melyik típus illik a terheléshez, az éghajlathoz és a vízhelyzethez. Ez a cikk ennél a döntésnél marad, és kihagyja a chip szintű ciklust., adatközpont folyadékhűtés, a hűtőközeg-elosztó egységet és magát a hűtőkörfolyamatot külön tárgyaljuk.
Hol helyezkedik el egy hűtő az adatközpont hűtési láncában?
Az adatközponti hűtőberendezés olyan hűtőgép, amely hűtött vizet állít elő, és a szabadban leadja a létesítmény hőjét, és a szükséges teljesítménye a rackszekrények sűrűségétől és az általa kiszolgált klímától függ. Az épületen belül a számítógéptermi légkezelők, sorba épített egységek vagy egy közvetlenül a chipre hűtőlemezre szerelt hűtőkör felfogja a berendezésekből származó hőt, és egy hűtöttvíz-körbe vezeti. A hűtőberendezés feladata ott kezdődik, ahol a víz melegen visszatér, és ott ér véget, ahol a hő eléri a kültéri környezetet.
A hűtőberendezés egyetlen láncszem, nem az egész lánc. Az, ahogyan a végső átadást a kültérre végzi, pontosan megkülönbözteti a két fő hűtőberendezés-családot, és ez a különbségtétel határozza meg a költségek és a hatékonysággal kapcsolatos következmények nagy részét a későbbiekben.
Léghűtéses vs. vízhűtéses: az igazi különbség a hőelvezetésben rejlik
A léghűtéses és vízhűtéses címkék azt írják le, hogy a hűtő hová küldi a hőt, nem pedig azt, hogy hogyan hűtik a szervereket, és a helyes választás a víz elérhetőségétől és a környezeti csúcshőmérséklettől függ. Egy létesítmény keringtetheti a hűtött vizet az épületben, és mégis “léghűtéses” maradhat, mivel a kifejezés a hőleadó szakaszra utal, nem pedig a rackre.
Egy léghűtéses hűtő közvetlenül a kültéri levegőbe adja le a hőt kondenzátortekercseken és ventilátorokon keresztül, így nincs szüksége hűtőtoronyra, és normál üzemben kevés vagy semennyi vizet sem fogyaszt. Egy vízhűtéses hűtő a hőt egy kondenzátor-víz körbe és egy hűtőtoronyba adja le, ahol a párolgás végzi a végső leadást. A vízhűtéses hatékonyság előnye fizikai, nem marketing: a hűtőtorony a kültéri nedves hőmérséklettel szemben utasítja el a hőt, ami alacsonyabb, mint a száraz hőmérséklet, amellyel a léghűtéses kondenzátornak szembe kell néznie, így a hűtőközeg alacsonyabb hőmérsékleten kondenzálódik, és... a kompresszor kevesebb energiát fogyaszt. Ez az előny folyamatos vízhasználatba, vízkezelésbe és további üzemi infrastruktúrába kerül.
| Dimenzió | Léghűtéses hűtőberendezés | Vízhűtéses hűtőberendezés |
|---|---|---|
| Végső hőelvezetés | Kültéri levegő kondenzátor tekercseken keresztül | Hűtőtorony párologtatás útján |
| Hatékonysági mozgatórugó | Száraz izzó hőmérséklete korlátozza | Az alacsonyabb nedves hőmérséklet előnyei |
| Vízfogyasztás | Minimális normál üzemben | Folyamatos; kezelést és lefúvatást igényel |
| Környezeti érzékenység | A kapacitás csökken a kültéri levegő felmelegedésével | Stabilabb magas környezeti hőmérsékleten |
| Üzemi infrastruktúra | Önálló, egyszerűbb telepítés | Torony, kondenzátorhurok, szivattyúk, vízrendszerek |
| Tipikus illeszkedés | Kisebb, szélső vagy vízhiányos helyszínek | Nagy központi erőművek, ahol víz áll rendelkezésre |
Egy gyakori méretezési hiba rejlik ebben a táblázatban. Forró, száraz éghajlaton a léghűtéses hűtő kondenzátor oldala az első, amelyik kapacitásvesztést mutat a nyári környezeti csúcsok idején. Egy enyhe tervezési napra méretezett berendezés pontosan azokon a napokon marad el a teljesítménytől, amelyek a leginkább számítanak. Az ezt megakadályozó ellenőrzési lépés a tervezési környezeti feltételek legrosszabb esetre vonatkozó helyi viszonyokhoz való viszonyítása, nem pedig az éves átlagokhoz.
Szabványok és besorolási pontok, amelyeket ellenőrizni kell a hűtők összehasonlítása előtt
A hűtőberendezések összehasonlítása csak a megnevezett minősítési szabványokhoz képest értelmes, mivel két gyártó adatai nem összehasonlíthatók, kivéve, ha ugyanúgy mérték őket. Mielőtt összehasonlítanánk az egyik berendezést a másikkal, ellenőrizzük, hogy az egyes adatok honnan származnak.
- AHRI 550/590 (IP) vagy 551/591 (SI) A gyárilag gyártott vízhűtő csomagokat gőzkompressziós cikluson értékelik, mind a léghűtéses, mind a vízhűtéses egységeket lefedve. A teljes terheléses hatásfokot kW/tonnában határozzák meg (ahol kW/tonna ≈ 3,516 ÷ COP), plusz a részterheléses IPLV-t és NPLV-t. Figyeljük meg a szabványban foglalt kikötést: az IPLV egyetlen hűtőberendezés átlagos teljesítményét jelenti, így egy épületspecifikus elemzés pontosabban előrejelzi a tényleges energiafogyasztást.
- ASHRAE 90.4 szabvány az adatközpontok energiaszabványa, amely a 20 W/ft² klimatizált padlósűrűség és a 10 kW IT terhelés feletti létesítményekre vonatkozik. Az üzemet a mechanikai terhelési komponens, a hűtési, ventilátor-, szivattyú- és hőleadó energia és az IT-berendezések energiájának aránya alapján ítéli meg. Az ASHRAE szerint az MLC nem közvetlenül analóg a PUE-val, ezért a kettőt külön ellenőrzésként kell kezelni.
- ASHRAE TC 9.9 Hőmérsékleti irányelvek Állítsa be a megengedett előremenő hőmérsékleteket és páratartalom-tartományokat, amelyek meghatározzák, hogy milyen melegre melegedhet a hűtött víz, ami viszont szabályozza, hogy a telephely hány szabadhűtési órát igényelhet.
- A Green Grid PUE és WUE értékei Fogalmazza meg az alábbiakban tárgyalt energia kontra víz kompromisszumot.
Egy rövid előkiválasztási ellenőrzőlista megakadályozza, hogy ezek elvonttá váljanak: tervezési napi száraz és nedves hőmérséklet, cél hűtöttvíz-előremenő és -visszatérő hőmérsékletek, teljes terhelésű kW/tonna és IPLV/NPLV a tényleges helyszíni körülmények között, redundanciaszint és a kapott egységszám, valamint a vízköltségvetés, beleértve az utántöltést, iszaptalanítást és kezelést.
Azok a változók, amelyek meghatározzák, hogy melyik hűtőtípus illik az Ön telephelyéhez
A hűtő kiválasztása egyetlen legjobb technológia helyett számos, egymással kölcsönhatásban álló helyszíni változón múlik. A hűtési terhelés határozza meg a kiindulópontot: a léghűtéses egységeket általában kisebb és közepes kapacitásoknál alkalmazzák, míg a legnagyobb központi erőművek gyakrabban vízhűtésesek, bár a közzétett tartományok gyártónként eltérőek, és a kereszteződés eltolódik a redundancia alkalmazása után. Az éghajlat ezután befolyásolja az eredményt, mivel a léghűtéses kapacitás csökken, ahogy a száraz hőmérséklet csúcsokat ér el, így egy hosszú, forró nyár a vízhűtéses vagy hibrid hűtés elutasítása felé tolja el a számításokat.
A víz elérhetősége gyakran a döntő korlát. Ahol a víz szűkös, drága vagy szabályozott, a léghűtéses vagy zárt hurkú kialakítás elkerüli a folyamatos toronyi vízhozamot és az ezzel járó engedélyezési kockázatot. Az üzem térbeli és szerkezeti felépítése ugyanígy működik: a tornyok, a kondenzátor csövei és a szivattyúk helyet és szerkezeti alátámasztást igényelnek, így egy korlátozott tető vagy egy utólagos beépítés gyakran egy önálló, léghűtéses üzemet részesít előnyben. A redundancia mindezt megsokszorozza, mivel egy N+1 vagy 2N célszám annyira növeli az egységek számát és az alapterületet, hogy az olcsóbb, egyetlen gép veszíthet a teljes telepítési költségből.
Az ismétlődő specifikációs hibák közvetlenül abból fakadnak, hogy kihagynak egyet ezek közül: a méretezés kizárólag az informatikai terhelési tonnatartalom alapján történik, az átlagos környezeti hőmérséklethez viszonyítva, nem pedig a csúcshőmérséklethez viszonyítva, a nedves hőmérséklet figyelmen kívül hagyásával, a redundancia által hozzáadott helyigény elhanyagolásával, és a hűtőarchitektúra által ténylegesen biztosított visszatérő vízhőmérséklet megerősítésének elmulasztásával.
Szabad hűtés és részleges terheléses viselkedés, ahol az energia ténylegesen elfogy
Egy hűtőberendezés valós energiafogyasztását a részleges terheléses teljesítmény és a szabad hűtési órák határozzák meg, amelyek sokkal jobban függenek az éghajlattól és a hűtöttvíz-alapértéktől, mint a névleges teljes terheléses hatásfoktól. Az adatközpontok terhelése az év nagy részében részleges terhelésen működik, így a 40 vagy 60 százalékos kapacitáson mutatott viselkedés fontosabb, mint a 100 százalékos névleges érték, és az IPLV pontosan ezt a tartományt írja le.
A szabad hűtés az a kapaszkodó, ami megkülönböztet egy hatékony üzemet egy drága üzemtől. Amikor a kültéri körülmények elég hűvösek, egy hűtő csökkentheti vagy leállíthatja a mechanikai kompressziót, és hagyhatja, hogy a környezeti feltételek hűtsék a vizet. Mérsékelt éghajlaton ez az év nagy részében csökkenti a kompresszor energiáját. A hűtöttvíz alapértékének emelése szélesíti ezt az ablakot, és a jól elkülönített meleg és hideg folyosók lehetővé teszik, hogy az üzem melegebben működjön anélkül, hogy veszélyeztetné az informatikai berendezéseket.
A kompromisszum két mérőszámban rejlik. A PUE egyenlő a teljes létesítményi energiafelhasználás osztva az IT-berendezések energiájával, a WUE pedig az éves telephelyi vízfogyasztás osztva az IT-berendezések energiájával, liter/kWh-ban megadva. Egy terv az egyikben nyerhet, a másikban veszíthet, így egy kiváló PUE-val rendelkező vízhűtéses üzem nagy WUE-értékkel rendelkezhet, amely egy vízhiányos régióban meghibásodhat. Hibrid levegő-folyadék telephelyeken a PUE önmagában is alábecsülheti a képet, ezért néha kiegészítő mérőszámokat, például a teljes energiafelhasználás hatékonyságát adnak hozzá. Az a változó, amelyet érdemes korán megerősíteni, az, hogy melyik mérőszám alapján ítélik meg a telephelyet.
Hogyan osztják fel a munkát a hűtők és a chip szintű hűtés a sűrűbb rackek miatt?
Ahogy a rackszekrények sűrűsége meghaladja a helyiség levegőjének elbírhatatlan szintjét, a hűtőberendezés egyre inkább egy chipszintű folyadékkört táplál a közvetlen hűtőlevegő helyett, miközben a hőelvezető gerinchálózat szerepe nem változik. Egy közvetlenül a chipre történő elrendezésben, hidegtálak hőt fogunk el a processzornál, hűtőfolyadék-elosztó egység kezeli a technológia-hűtés hurkot, és egy hűtő vagy szárazhűtő ezt a hőt a szabadba vezeti. A hűtő továbbra is a lánc végén található.
Az egyik peremfeltételt széles körben félreértelmezik: a közvetlenül a chipre történő hűtés nem jelent automatikusan hidegebb hűtött vizet. A hideglap kialakításától, a CDU megközelítési hőmérsékletétől, a hűtőfolyadék típusától és a chip bemeneti korlátaitól függően egyes architektúrák észrevehetően melegebb hűtöttvíz- vagy szekunderköri hőmérsékletet tesznek lehetővé, ami növelheti a szabadhűtést és az emelés hatékonyságát. Ezek a melegebb alapértékek architektúra-specifikus eredmények, nem univerzális tervezési értékek, ezért a tényleges hurokra vonatkozóan meg kell erősíteni őket, nem pedig feltételezni kell. Ami állandó, az az, hogy a hűtőt a kiszolgált hűtési architektúrához kell igazítani: a sűrűbb állványok és egy adott hűtőfolyadék-hőmérséklet megváltoztatja a berendezés által kezelendő visszatérő víz állapotát.
A hűtőberendezésről szóló döntés visszaállítása a kiszolgált terhelésre
A hűtőberendezés kiválasztása három összefüggő változón múlik: hol adják le a hőt, mit tesz lehetővé az éghajlat és a vízhelyzet, valamint hogyan van elosztva a terhelés a redundancia érdekében. A léghűtéses vagy vízhűtéses megoldás egy adott telephelyhez illő döntés, amelyet az AHRI által minősített teljes és részleges terhelési számok, valamint a teljes mechanikai terhelés ASHRAE 90.4 szerinti áttekintése igazol, nem pedig minőségi besorolás.
Az Trumonytechs-nél a munkánk a lánc forgács-hűtőfolyadék oldalán történik, hideg lemezekben és termikus határfelületi anyagok hogy a kézmelegítést a hűtőkörbe végül elutasítja. Ebből a szempontból egy változó ismételten döntőnek bizonyul, mielőtt a hűtőt egyáltalán meghatároznák: a visszatérő víz hőmérséklete, mivel ez határozza meg a hűtő elpárologtatójának állapotát, a rendelkezésre álló szabadhűtési órák számát, a CDU megközelítési hőmérsékletét és a hideglap bemenetét, amelyet a chipek valójában látnak. Ha a chip szintű hurkot egy optimista hűtőfolyadék-hőmérséklet köré építjük, egy megfelelően méretezett üzem is küzdhet.
Ha hűtőberendezéshez illeszti a hűtési architektúrát, a gyakorlati következő lépés a száraz és nedves hőmérséklet, a hűtött víz betáplálásának és visszatérésének célhőmérsékletei, valamint a redundanciaszint meghatározása a berendezések összehasonlítása előtt. A chip oldalán ossza meg a hideglemez hőterhelését, a chip TDP-jét, a hűtőfolyadék típusát, a CDU bemeneti és kimeneti célhőmérsékleteit, a TIM vastagságát és hővezető képességét, valamint a nyomásesés költségvetését, és mérnöki csapatunk segíthet a chip szintű hűtési terv összehangolásában a tervezett hőelvezető berendezéssel.
GYIK
Léghűtésesek vagy vízhűtésesek az adatközpontok hűtői?
Mindkettő létezik, és a címke leírja, hogyan adja le a hűtő a hőt a környezetbe, nem pedig azt, hogyan hűtik a szervereket. A léghűtéses hűtők a kültéri levegőnek adják le a hőt; a vízhűtéses hűtők pedig egy hűtőtoronynak. Sok léghűtéses adatközpont még mindig keringteti a hűtött vizet a beltérben.
Mi a különbség a szárazhűtő és a léghűtéses hűtő között?
Egy szárazhűtő saját hűtési ciklus nélkül a külső levegőbe vezeti le a hőt a folyadékkörből, így a folyadékot csak a környezeti hőmérsékletre tudja lehűteni. Egy léghűtéses hűtő gőzkompressziós ciklust tartalmaz, és a környezeti hőmérséklet alatti hőmérsékletre képes hűtött vizet előállítani, amire egy szárazhűtő nem képes. Sok nagy sűrűségű konstrukció szárazhűtőket használ a szabad hűtéshez, és egy hűtőt azokra az órákra, amikor a környezeti hőmérséklet túl meleg.
A léghűtéses hűtők vizet használnak?
A léghűtéses hűtők normál üzemben kevés vagy egyáltalán nem használnak vizet, ami a fő előnyük a vízhiányos régiókban. Egyes konstrukciók adiabatikus vagy porlasztásos előhűtést is tartalmaznak, amely csak a csúcsidőszakokban használ kis mennyiségű vizet a kapacitás védelme érdekében.
Használható meleg víz a közvetlenül a chipre történő hűtéshez?
Sok esetben igen, mivel a chipnél történő hőelvezetés magasabb hűtőfolyadék-hőmérsékletet képes elviselni, mint a szobahőmérsékletű hűtés. Az elérhető hőmérséklet a hűtőlemez kialakításától, a CDU megközelítési hőmérsékletétől, a hűtőfolyadék típusától és a chip bemeneti határértékétől függ, ezért architektúránként kell megerősíteni, nem pedig feltételezni.
Egy vízhűtéses hűtőnek mindig jobb a PUE-értéke?
Nem mindig, mert a PUE az éghajlattól, az alapértékektől, a szabad hűtés óráitól és a hűtőberendezés típusától is függ. Egy vízhűtéses rendszer gyakran hatékonyabb az energiafelhasználásban, de magas WUE-értéket is képes fenntartani, és hűvös éghajlaton egy léghűtéses rendszer sok szabad hűtési órával nagyrészt áthidalhatja a különbséget.
Szükség van még hűtőkre közvetlenül a chipre folyadékhűtéssel?
Egy hűtőre vagy azzal egyenértékű hőelvezető eszközre továbbra is szükség van, mivel a közvetlenül a chipre irányuló hűtés közelebb viszi a hőt a processzorhoz, de nem távolítja el az épületből. A hűtőlemez-hurok és a hűtőfolyadék-elosztó egység visszavezeti a hőt a hűtőbe, amely a szabadba vezeti azt.
