L'enorme capacità di elaborazione e trasmissione dei dati pone sfide energetiche e di raffreddamento senza precedenti per i data center, che sono tecnologie emergenti come l'intelligenza artificiale e i big data. Da un lato, il consumo energetico di elaborazione e archiviazione dei dispositivi IT come i server è estremamente elevato e, dall'altro, anche il consumo energetico utilizzato per raffreddare le apparecchiature IT nei data center sta aumentando rapidamente.
Secondo le statistiche di CCID Consulting, nel 2019, circa il 43% del consumo energetico dei data center cinesi è stato utilizzato per il raffreddamento delle apparecchiature IT, il che è sostanzialmente alla pari con il consumo energetico del 45% delle apparecchiature IT stesse. È fondamentale ridurre il consumo energetico della dissipazione del calore per controllare i costi operativi dei data center, ridurre il consumo energetico e quindi costruire data center ecosostenibili.
Con l'aumento della densità di potenza dei singoli cabinet, il raffreddamento ad aria tradizionale non è più in grado di soddisfare le esigenze di dissipazione del calore ed è emersa la tecnologia di raffreddamento a liquido
Cos'è la dissipazione del calore mediante raffreddamento a liquido?
Il raffreddamento a liquido si riferisce alla tecnologia che utilizza un liquido anziché l'aria come refrigerante per scambiare calore e riscaldare i componenti elettronici, rimuovendo così il calore.
Come viene classificata la dissipazione del calore mediante raffreddamento a liquido?
In generale, il settore divide il raffreddamento a liquido in raffreddamento diretto e raffreddamento indiretto. Attualmente, il raffreddamento diretto è ottenuto principalmente tramite la tecnologia di raffreddamento a liquido a immersione, che può essere suddivisa in due tipi: cambiamento di fase e non cambiamento di fase. Il raffreddamento indiretto è ottenuto principalmente tramite la tecnologia di raffreddamento a liquido a piastra fredda.
Raffreddamento a liquido ad immersione
Immergere l'elemento riscaldante direttamente nel refrigerante e affidarsi alla circolazione del liquido per eliminare il calore generato dal funzionamento di apparecchiature come i server. Il raffreddamento a liquido a immersione è un tipico raffreddamento a liquido a contatto diretto. Grazie al contatto diretto tra l'elemento riscaldante e il refrigerante, l'efficienza di dissipazione del calore è maggiore e il rumore è minore.
L'intero sistema di raffreddamento a liquido a immersione può essere suddiviso in due parti: circolazione laterale interna e circolazione laterale esterna.
Durante il processo di circolazione laterale interna, il refrigerante scambia calore con il dispositivo di riscaldamento in una camera chiusa, assorbe calore dal dispositivo di riscaldamento, si riscalda e bolle per formare gas refrigerante. Il gas refrigerante scambia calore con acqua a bassa temperatura all'esterno della stanza nel modulo di scambio termico raffreddato a liquido (CDM), subisce due processi di condensazione e raffreddamento per diventare refrigerante a bassa temperatura, che viene quindi reimmesso in una camera chiusa per formare un ciclo. Il trasferimento di calore nella circolazione interna di una camera di raffreddamento a liquido immersa in un cambiamento di fase è ottenuto principalmente attraverso il cambiamento di fase del refrigerante.
Nella circolazione esterna, l'acqua a bassa temperatura assorbe una grande quantità di calore trasportato dal refrigerante gassoso nel modulo di scambio termico di raffreddamento a liquido e diventa acqua ad alta temperatura, che viene immessa nella torre di raffreddamento esterna dalla pompa dell'acqua di circolazione. Nella torre di raffreddamento, l'acqua ad alta temperatura scambia calore con l'atmosfera, rilascia calore e diventa acqua a bassa temperatura, che viene quindi trasportata dalla pompa dell'acqua di ingresso laterale esterna al CDM per lo scambio termico con il refrigerante gassoso, completando la circolazione esterna. Il trasferimento di calore nella circolazione extraventricolare è ottenuto principalmente attraverso l'aumento e la diminuzione della temperatura dell'acqua.
Il raffreddamento a liquido a immersione può essere suddiviso in raffreddamento a liquido bifase e raffreddamento a liquido monofase, mentre i metodi di dissipazione del calore possono utilizzare raffreddatori a secco e torri di raffreddamento.
Raffreddamento a liquido bifase
Il refrigerante subisce una transizione di fase durante la dissipazione del calore circolante. L'efficienza di trasferimento del calore del raffreddamento a liquido bifase è più elevata, ma il controllo è relativamente complesso. Durante il processo di cambio di fase, la pressione cambierà, richiedendo requisiti elevati per il contenitore e il refrigerante è soggetto a contaminazione durante l'uso.
Raffreddamento a liquido monofase
Il refrigerante mantiene sempre uno stato liquido durante il processo di dissipazione del calore di circolazione e non subisce cambiamenti di fase. Pertanto, è necessario che il punto di ebollizione del refrigerante sia alto. Ciò rende relativamente facile controllare l'evaporazione e la perdita del refrigerante e ha una buona compatibilità con i componenti delle apparecchiature IT. Tuttavia, rispetto al raffreddamento a liquido bifase, la sua efficienza è inferiore. Secondo gli scenari applicativi pratici, i raffreddatori a secco o le torri di raffreddamento possono essere utilizzati per la dissipazione del calore.
Raffreddamento a liquido con piastra fredda
Fissare la piastra di raffreddamento raffreddata a liquido sul dispositivo di riscaldamento principale del server e utilizzare il liquido che scorre attraverso la piastra di raffreddamento per trasportare via il calore per raggiungere lo scopo di dissipazione del calore. La piastra di raffreddamento raffreddata a liquido risolve la dissipazione del calore dei componenti con elevata generazione di calore nei server, mentre altri componenti del dissipatore di calore si basano anche sul raffreddamento ad aria. Quindi i server che utilizzano il raffreddamento a liquido a piastra fredda sono anche noti come server a doppio canale gas-liquido. Il liquido nella piastra fredda non entra in contatto con il dispositivo raffreddato e una piastra di trasferimento del calore viene utilizzata al centro per un'elevata sicurezza.
Raffreddamento a liquido spray
Sulla parte superiore del telaio, viene immagazzinato del liquido e vengono aperti dei fori. A seconda della posizione e della generazione di calore dell'elemento riscaldante, il liquido di raffreddamento viene spruzzato sull'elemento riscaldante per raggiungere lo scopo di raffreddamento dell'apparecchiatura. Il liquido spruzzato entra in contatto diretto con il dispositivo raffreddato, con conseguente elevata efficienza di raffreddamento;
Tuttavia, durante il processo di spruzzatura, il liquido subirà deriva ed evaporazione quando incontra oggetti ad alta temperatura. Goccioline di nebbia e gas saranno emessi lungo le fessure nei fori del telaio verso l'esterno del telaio, causando una diminuzione della pulizia dell'ambiente della sala computer o influenzando altre apparecchiature.
Quali sono i refrigeranti più comuni?
Acqua
Il raffreddamento a liquido è il più diretto e conveniente. L'acqua non è un isolante e può essere utilizzata solo per il raffreddamento a liquido a contatto indiretto. Una volta che si verifica una perdita, il danno alle apparecchiature IT come i server sarà estremamente fatale.
Olio minerale
L'olio minerale è anche un refrigerante conveniente. L'olio minerale monofase è atossico, inodore e non facilmente volatile. Alta viscosità, facile da formare residui sulla superficie dell'attrezzatura. Sebbene il punto di accensione sia alto, c'è ancora una possibilità di combustione in determinate condizioni specifiche.
Soluzione di fluorurazione elettronica
La caratteristica più importante è l'isolamento e la non combustione. La tecnologia di raffreddamento a liquido è l'opzione più sicura nei data center. Attualmente, è la più utilizzata. Ma il prezzo è alto.
Fluido conduttivo termico
Il fluido termoconduttivo è un liquido speciale non tossico, isolante, con punto di ebollizione elevato e non corrosivo che isola i componenti elettronici dall'aria immergendoli nel liquido. Non solo evita reazioni di ossidazione, ma ottiene anche prestazioni pulite e senza polvere, prolungando notevolmente la durata di vita dei componenti elettronici.
Rispetto al tradizionale raffreddamento ad aria, i vantaggi del raffreddamento a liquido sono:
Maggiore efficienza di dissipazione del calore:La tecnologia di raffreddamento a liquido può ridurre in modo più efficace la temperatura delle apparecchiature, migliorandone le prestazioni e la durata. Il liquido ha una migliore conduttività termica rispetto all'aria, quindi il raffreddamento a liquido può rimuovere rapidamente il calore generato dalle apparecchiature.
Rumore più basso:Rispetto al rumore generato dalle ventole, il raffreddamento a liquido produce un rumore inferiore, garantendo un ambiente di lavoro più silenzioso.
Design più flessibile:La tecnologia di raffreddamento a liquido può essere progettata in modo più flessibile, consentendo l'installazione di radiatori e tubazioni del liquido in posizioni diverse, adattandosi così meglio ai requisiti di progettazione dell'apparecchiatura.
Più rispettoso dell'ambiente:Il raffreddamento a liquido può far risparmiare energia e ridurre l'impatto sull'ambiente. Rispetto al calore generato dalle ventole, i liquidi possono essere riciclati più facilmente.
Lo svantaggio della tecnologia di raffreddamento a liquido è il suo costo elevato, che richiede costi di manutenzione più elevati e progetti più complessi. Tuttavia, poiché le prestazioni dei dispositivi elettronici continuano a migliorare, i problemi di dissipazione del calore sono diventati sempre più evidenti e la tecnologia di raffreddamento a liquido diventerà uno dei metodi principali per raffreddare i dispositivi elettronici in futuro.
Applicazione della tecnologia di raffreddamento a liquido:
La tecnologia di raffreddamento a liquido può essere applicata a vari dispositivi elettronici che richiedono dissipazione del calore, come:
Elaborazione ad alte prestazioni: i computer ad alte prestazioni richiedono l'elaborazione di grandi quantità di dati e attività di elaborazione complesse, generando una notevole quantità di calore. La tecnologia di raffreddamento a liquido può ridurre in modo più efficace la temperatura dei computer, migliorandone le prestazioni e la stabilità.
Data Center: i data center devono gestire una grande quantità di dati e traffico di rete e generare una notevole quantità di calore. La tecnologia di raffreddamento a liquido può ridurre in modo più efficace la temperatura dei server, migliorandone le prestazioni e la stabilità.
Intelligenza artificiale: l'intelligenza artificiale richiede l'elaborazione di grandi quantità di dati e attività di elaborazione complesse e genera una notevole quantità di calore. La tecnologia di raffreddamento a liquido può ridurre in modo più efficace la temperatura dei dispositivi di intelligenza artificiale, migliorandone le prestazioni e la stabilità.
Computer da gioco: i computer da gioco devono gestire un gran numero di attività grafiche e di elaborazione e generare molto calore. La tecnologia di raffreddamento a liquido può ridurre in modo più efficace la temperatura dei computer da gioco, migliorandone le prestazioni e la stabilità.
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