डेटा सेंटर कूलिंग सिस्टम, तरीके और प्रौद्योगिकियां क्या हैं?

चूंकि डेटा सेंटर में घनी रूप से पैक किए गए उपकरण होते हैं और वे निरंतर संचालन में होते हैं, वे बहुत अधिक गर्मी उत्पन्न करते हैं (प्रत्येक सर्वर में कई किलोवाट की शक्ति हो सकती है) दसियों किलोवाट)। यदि गर्मी को समय में विघटित नहीं किया जा सकता है, तो यह उपकरण को ओवरहीटिंग, प्रदर्शन में गिरावट और यहां तक ​​कि विफलता के लिए प्रेरित करेगा। इसलिए, शीतलन प्रणाली का डिज़ाइन सीधे डेटा सेंटर की ऊर्जा दक्षता, विश्वसनीयता और परिचालन लागत को प्रभावित करता है। निम्नलिखित सिस्टम रचना, शीतलन विधियों, प्रमुख प्रौद्योगिकियों और विकास के रुझानों के पहलुओं से एक विस्तृत परिचय है।

1. डेटा सेंटर कूलिंग सिस्टम के घटक
डेटा सेंटर कूलिंग सिस्टम में आमतौर पर निम्नलिखित भाग होते हैं, जो कुशल गर्मी हस्तांतरण और निर्वहन प्राप्त करने के लिए एक साथ काम करते हैं:
● हीट सोर्स साइड इक्विपमेंट
हीट-जनरेटिंग घटक जैसे कि सर्वर, स्टोरेज डिवाइस, बिजली की आपूर्ति उपकरण (जैसे यूपीएस), आदि, शुरू में प्रशंसकों या निष्क्रिय हीट सिंक द्वारा ठंडा किया जाता है।
● हीट ट्रांसफर मीडियम
वायु: पारंपरिक वायु शीतलन प्रणाली का माध्यम, कम लागत लेकिन कम गर्मी चालन दक्षता (हवा की थर्मल चालकता 0 के बारे में है। 026 w/m ・ k)।
तरल: तरल शीतलन प्रणाली का माध्यम, जैसे कि पानी या शीतलक जैसे कि खनिज तेल और फ्लोराइनेटेड तरल, में हवा की तुलना में काफी अधिक थर्मल चालकता होती है (पानी की थर्मल चालकता {{{0}}} के बारे में होती है। 6 w/m ・ k, फ्लोरिनेटेड तरल लगभग 0.05 w/m k k है, लेकिन vaporization की घटी गर्मी है।
● प्रशीतन और गर्मी अपव्यय उपकरण
प्रिसिजन एयर कंडीशनिंग (CRAC/CRAH): डेटा सेंटर वातावरण (विशिष्ट तापमान 20-24 डिग्री, आर्द्रता 40%-60%) को नियंत्रित करने के लिए निरंतर तापमान और आर्द्रता ठंडी हवा प्रदान करता है।
चिलर: पानी के परिसंचरण के माध्यम से गर्मी को हटाता है, आमतौर पर बड़े डेटा केंद्रों या तरल शीतलन प्रणालियों में उपयोग किया जाता है।
कूलिंग टॉवर/ड्राई कूलर: आउटडोर वातावरण में गर्मी का निर्वहन करता है, पानी को ठंडा करने (पानी की आवश्यकता होती है) और सूखी शीतलन (हवा को ठंडा, पानी की बचत लेकिन कम कुशल) में विभाजित किया जाता है।
हीट एक्सचेंजर: जैसे कि प्लेट हीट एक्सचेंजर और हीट पाइप हीट एक्सचेंजर, विभिन्न मीडिया के बीच हीट एक्सचेंज के लिए उपयोग किया जाता है।
● एयरफ्लो/लिक्विड फ्लो मैनेजमेंट घटक
नलिकाएं और नलिकाएं: ठंड और गर्म अलगाव को प्राप्त करने के लिए गाइड एयर फ्लो।
तरल कूलिंग पाइपलाइन: कूलेंट के संचलन को सुनिश्चित करने के लिए पंप, वाल्व, फ्लो मीटर आदि सहित।
कैबिनेट-स्तर के घटक: जैसे बैकप्लेन प्रशंसक, कोल्ड प्लेट्स और स्प्रे डिवाइस (विसर्जन तरल कूलिंग)।
● नियंत्रण प्रणाली
सेंसर (तापमान, आर्द्रता, दबाव) और बुद्धिमान नियंत्रक गतिशील रूप से ऊर्जा दक्षता का अनुकूलन करने के लिए प्रशीतन उपकरणों के संचालन को समायोजित करते हैं।

2। डेटा सेंटर शीतलन विधियों का वर्गीकरण
हीट ट्रांसफर मध्यम और तकनीकी पथ के आधार पर, शीतलन विधियों को तीन श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है: एयर कूलिंग, लिक्विड कूलिंग और नेचुरल कूलिंग। प्रत्येक विधि में अलग -अलग लागू परिदृश्य और फायदे और नुकसान होते हैं।
● एयर कूलिंग (एयर कूलिंग)
सिद्धांत: उपकरण की गर्मी को वायु प्रवाह द्वारा हटा दिया जाता है, और गर्म हवा को एयर कंडीशनिंग सिस्टम द्वारा ठंडा किया जाता है और फिर पुनर्नवीनीकरण या बाहर से छुट्टी दे दी जाती है।
विशिष्ट प्रौद्योगिकियां:
कंप्यूटर रूम-स्तरीय एयर कूलिंग:
प्रिसिजन एयर कंडीशनिंग सीधे कंप्यूटर रूम में हवा की आपूर्ति करता है, और गर्म हवा छत के माध्यम से या फर्श के नीचे लौटती है। लागत कम है, लेकिन ऊर्जा दक्षता औसत है (प्यू उच्च है, लगभग 1। 5-2। 0)।
सुधार के उपाय: गर्म और ठंडे चैनलों का अलगाव (हवा के प्रवाह के मिश्रण से बचने के लिए गर्म चैनलों या ठंडे चैनलों को संलग्न करें), अंडरफ्लोर वायु आपूर्ति (पारंपरिक डेटा केंद्रों में सामान्य ठंडी हवा के परिवहन के लिए ऊंचे फर्श का उपयोग करके)।
कैबिनेट-स्तरीय हवा कूलिंग:
कैबिनेट में एक एकल कैबिनेट (मध्यम-घनत्व वाले अलमारियाँ के लिए उपयुक्त, 15 किलोवाट से कम या बराबर शक्ति) के गर्मी अपव्यय को बढ़ाने के लिए अंतर्निहित प्रशंसक या बैकप्लेन प्रशंसक हैं।
अंतर-पंक्ति एयर कंडीशनिंग के साथ संयुक्त (एयर कंडीशनिंग को हवा के प्रवाह पथ को छोटा करने और दक्षता में सुधार करने के लिए कैबिनेट पंक्तियों के बीच तैनात किया जाता है)।
लाभ: परिपक्व प्रौद्योगिकी, कम परिनियोजन लागत, आसान रखरखाव।
नुकसान: कम वायु गर्मी क्षमता, उच्च शक्ति घनत्व परिदृश्यों में अपर्याप्त दक्षता (एकल कैबिनेट शक्ति> 20 kW) जब तरल शीतलन में अपग्रेड करें)।
● तरल कूलिंग (तरल कूलिंग)
सिद्धांत: तरल माध्यम का उपयोग सीधे या अप्रत्यक्ष रूप से हीट-जनरेटिंग घटकों से संपर्क करें, संचलन के माध्यम से गर्मी को दूर करें, और फिर हीट एक्सचेंजर के माध्यम से आउटडोर कूलिंग सिस्टम में गर्मी को स्थानांतरित करें।
वर्गीकरण और प्रौद्योगिकी:
अप्रत्यक्ष तरल शीतलन (कोल्ड प्लेट प्रकार):
हीट-जनरेटिंग घटकों (जैसे कि सीपीयू, जीपीयू) को धातु की ठंड प्लेट के माध्यम से संपर्क किया जाता है, और शीतलक (पानी या गैर-आचरण तरल) ठंड प्लेट में प्रवाहित होता है ताकि सीधे इलेक्ट्रॉनिक घटकों से संपर्क किए बिना गर्मी को अवशोषित किया जा सके।
लाभ: उच्च सुरक्षा (गैर-प्रवाहकीय तरल वैकल्पिक है), मौजूदा सर्वर आर्किटेक्चर के साथ संगत, और परिवर्तन में कम कठिनाई।
अनुप्रयोग: उच्च घनत्व कंप्यूटिंग परिदृश्य (जैसे एआई सर्वर, एचपीसी क्लस्टर), एक एकल कैबिनेट की शक्ति 20-50 kW तक पहुंच सकती है।
डायरेक्ट लिक्विड कूलिंग (विसर्जन):
सर्वर हार्डवेयर पूरी तरह से गैर-प्रवाहकीय फ्लोराइनेटेड तरल या खनिज तेल में डूबा हुआ है। तरल गर्मी को अवशोषित करता है और वाष्पीकरण करता है, और भाप तरलीकृत करता है और कंडेनसर (चरण परिवर्तन शीतलन, उच्च दक्षता) के माध्यम से वापस बहता है।
लाभ: अत्यधिक उच्च गर्मी अपव्यय दक्षता (एकल कैबिनेट शक्ति 100 किलोवाट से अधिक तक पहुंच सकती है), कोई प्रशंसक आवश्यक, कम शोर, प्यू 1.05 या उससे कम के रूप में कम हो सकता है।
अनुप्रयोग: अल्ट्रा-हाई परफॉर्मेंस कंप्यूटिंग, ब्लॉकचेन माइनिंग फार्म, बड़े पैमाने पर एआई प्रशिक्षण क्लस्टर।
स्प्रे लिक्विड कूलिंग:
शीतलक को एक नोजल के माध्यम से हीटिंग तत्व की सतह पर छिड़काव किया जाता है, गर्मी को अवशोषित करने के लिए वाष्पीकरण के साथ संयुक्त होता है, जो कि कोल्ड प्लेट प्रकार और विसर्जन प्रकार के बीच होता है।
लाभ: उच्च गर्मी विघटन दक्षता, काफी कम प्यू, और अल्ट्रा-उच्च शक्ति घनत्व के लिए समर्थन।
नुकसान: उच्च प्रारंभिक निवेश (कैबिनेट और पाइपलाइन संशोधन आवश्यक), उच्च रखरखाव जटिलता, और पेशेवर शीतलक प्रबंधन आवश्यक।
● प्राकृतिक शीतलन (मुफ्त शीतलन)
सिद्धांत: ऊर्जा की खपत को कम करने के लिए यांत्रिक प्रशीतन को बदलने के लिए बाहरी प्राकृतिक ठंडे स्रोतों (जैसे कम तापमान वाली हवा, भूजल, शीतलन टावरों) का उपयोग करें।
विशिष्ट प्रौद्योगिकियां:
एयर-साइड नेचुरल कूलिंग:
ताजा एयर कूलिंग: आउटडोर कम तापमान वाली हवा को सीधे छानने के बाद डेटा सेंटर में पेश किया जाता है (आर्द्रता और धूल को सख्ती से नियंत्रित किया जाना चाहिए), और गर्म हवा को बाहर निकाल दिया जाता है।
हीट पाइप/हीट एक्सचेंजर: इनडोर हीट को सीधे हवा के मिश्रण (उच्च आर्द्रता वाले क्षेत्रों के लिए उपयुक्त) से बचने के लिए हीट पाइप या प्लेट हीट एक्सचेंजर्स के माध्यम से बाहर की ओर स्थानांतरित किया जाता है।
पानी के किनारे प्राकृतिक शीतलन:
कम तापमान कम होने पर कम तापमान वाले ठंडा पानी प्रदान करने के लिए सीधे चिलर का उपयोग करने के लिए कूलिंग टावरों या सूखे कूलर का उपयोग करें, जो कंप्रेसर के चलने वाले समय को कम करता है।
एक बंद जल परिसंचरण प्रणाली के साथ संयुक्त, जल प्रदूषण को गर्मी विघटन को प्रभावित करने से रोका जाता है।
ग्राउंड सोर्स/वाटर सोर्स कूलिंग:
गर्मी पंप प्रणालियों के माध्यम से प्राकृतिक ठंडे स्रोतों को निकालने के लिए भूजल, झील के पानी या मिट्टी के हीट एक्सचेंजों का उपयोग करें, जो पर्यावरण के अनुकूल लेकिन भौगोलिक स्थान द्वारा सीमित है।
लाभ: ठंडा ऊर्जा की खपत को बहुत कम करना, पीयूई 1.1 या उससे नीचे, हरे और ऊर्जा-बचत के रूप में कम हो सकता है।
नुकसान: बाहरी जलवायु स्थितियों (ठंडे क्षेत्रों में स्पष्ट लाभ) पर निर्भर करता है, और अतिरिक्त गर्मी विनिमय उपकरणों की आवश्यकता होती है।

3। प्रमुख शीतलन प्रौद्योगिकियां और नवाचार
उपरोक्त बुनियादी तरीकों के अलावा, डेटा सेंटर कूलिंग तकनीक उच्च दक्षता, बुद्धिमत्ता और कम कार्बनकरण की ओर विकसित हो रही है। निम्नलिखित वर्तमान मुख्यधारा और अत्याधुनिक प्रौद्योगिकियां हैं:
● उच्च दक्षता प्रशीतन प्रौद्योगिकी
चुंबकीय लेविटेशन चिलर: चुंबकीय लेविटेशन कंप्रेसर का उपयोग करते हुए, कोई चिकनाई तेल हानि, ऊर्जा दक्षता अनुपात (सीओपी) 10 से अधिक तक पहुंच सकता है, जो पारंपरिक केन्द्रापसारक चिलर्स की तुलना में 30% से अधिक ऊर्जा-बचत है।
वाष्पीकरणीय शीतलन: पानी के वाष्पीकरण (जैसे गीली फिल्म ह्यूमिडिफायर + फैन) के माध्यम से गर्मी को अवशोषित करके हवा का तापमान कम करना, शुष्क क्षेत्रों के लिए उपयुक्त, यांत्रिक प्रशीतन की मांग को बहुत कम कर सकता है।
दो-चरण प्रवाह कूलिंग: चिप-स्तरीय गर्मी विघटन के लिए कुशल गर्मी हस्तांतरण के लिए तरल चरण परिवर्तन (वाष्पीकरण-कंडेन्सेशन) का उपयोग करना, जैसे कि लूप हीट पाइप (एलएचपी) और स्पंदित गर्मी पाइप (पीएचपी)।
● आसूचना और ऊर्जा दक्षता अनुकूलन
एआई और मशीन लर्निंग:
एआई एल्गोरिदम के माध्यम से ऐतिहासिक डेटा का विश्लेषण करें, लोड परिवर्तनों की भविष्यवाणी करें, गतिशील रूप से एयर कंडीशनर, प्रशंसकों, पानी के पंपों और अन्य उपकरणों के ऑपरेटिंग मापदंडों को समायोजित करें, और ऊर्जा दक्षता अनुकूलन प्राप्त करें (जैसे कि Google की डीपमाइंड तकनीक 40%तक प्रशीतन ऊर्जा की खपत को कम कर सकती है)।
हॉट स्पॉट की वास्तविक समय की निगरानी, ​​स्थानीय ओवरहीटिंग से बचने के लिए एयरफ्लो या तरल प्रवाह वितरण का स्वचालित समायोजन।
डिजिटल ट्विन: डेटा सेंटर के एक आभासी मॉडल का निर्माण करें, विभिन्न शीतलन समाधानों के प्रभावों का अनुकरण करें, और लेआउट और संचालन और रखरखाव रणनीतियों का अनुकूलन करें।
● अपशिष्ट गर्मी वसूली और कार्बन तटस्थता
अपशिष्ट गर्मी का पुन: उपयोग: समग्र ऊर्जा उपयोग में सुधार करने के लिए हीटिंग, गर्म पानी या औद्योगिक प्रक्रियाओं (जैसे कि क्षेत्रीय हीटिंग सिस्टम के साथ संयुक्त नॉर्डिक डेटा सेंटर) के लिए शीतलन प्रणाली से डिस्चार्ज की गई गर्मी को रीसायकल करें।
ग्रीन एनर्जी सिनर्जी: कूलिंग सिस्टम को बिजली देने और कार्बन उत्सर्जन को कम करने के लिए नवीकरणीय ऊर्जा जैसे कि फोटोवोल्टिक और पवन ऊर्जा को मिलाएं; कुछ डेटा सेंटर ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करते हैं, जिनकी अपशिष्ट गर्मी का उपयोग सीधे ताप या बिजली उत्पादन के लिए किया जा सकता है।
प्राकृतिक कामकाजी द्रव रेफ्रिजरेंट: पर्यावरणीय नियमों (जैसे यूरोपीय संघ एफ-गैस विनियमों) के अनुपालन में पारंपरिक फ्रेओन को बदलने के लिए कम जीडब्ल्यूपी (ग्लोबल वार्मिंग क्षमता) जैसे अमोनिया (एनएच 3) और कार्बन डाइऑक्साइड (सीओओ) जैसे रेफ्रिजरेंट का उपयोग करें।
● विसर्जन तरल शीतलन प्रौद्योगिकी का लोकप्रियकरण
एआई और उच्च-प्रदर्शन कंप्यूटिंग के विस्फोट के साथ, उच्च-घनत्व सर्वर (जैसे कि जीपीयू क्लस्टर) ने एक गर्म स्थान बनने के लिए विसर्जन तरल शीतलन को बढ़ावा दिया है:
फ्लोराइनेटेड तरल की विशेषताएं: इन्सुलेशन, कम उबलते बिंदु (लगभग 50-60 डिग्री), चरण परिवर्तन शीतलन के लिए उपयुक्त, सर्वर हार्डवेयर को संशोधित करने की आवश्यकता नहीं है।
लागत में कमी की प्रवृत्ति: बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग के साथ, फ्लोराइनेटेड तरल की कीमत धीरे-धीरे कम हो गई है, और इसका पुन: उपयोग किया जा सकता है (10 साल से अधिक का जीवनकाल), और दीर्घकालिक लागत लाभ स्पष्ट हैं।

4। शीतलन प्रौद्योगिकी के चयन और अनुप्रयोग परिदृश्य
डेटा केंद्रों के लिए शीतलन समाधान के चयन को व्यापक रूप से बिजली घनत्व, भौगोलिक स्थान, बजट और ऊर्जा दक्षता लक्ष्यों पर विचार करने की आवश्यकता है:

5। भविष्य के विकास के रुझान
●कम-कार्बन और शून्य-कार्बन डेटा केंद्र:नीतियों (जैसे चीन के "दोहरे कार्बन" लक्ष्य) द्वारा संचालित, प्राकृतिक शीतलन, अपशिष्ट गर्मी वसूली और नवीकरणीय ऊर्जा मुख्यधारा बन जाएगी, और प्यू लक्ष्य 1 की ओर बढ़ेगा। 0।
● तरल शीतलन प्रौद्योगिकी का स्केलिंग:एआई और एज कंप्यूटिंग ड्राइव उच्च-घनत्व की मांग, विसर्जन तरल शीतलन उच्च अंत परिदृश्यों से सामान्य डेटा केंद्रों तक प्रवेश करता है, और उद्योग मानकों (जैसे ओसीपी तरल शीतलन विनिर्देशों) धीरे-धीरे एकीकृत होते हैं।
● चिप-स्तरीय परिशुद्धता गर्मी अपव्यय:माइक्रोचैनल कूलिंग, स्प्रे कूलिंग और अन्य प्रौद्योगिकियां सीधे गर्मी हस्तांतरण पथ हानि को कम करने के लिए चिप पर कार्य करती हैं।
● पूर्ण-श्रृंखला खुफिया:उपकरण की निगरानी से लेकर वैश्विक अनुकूलन तक, एआई और इंटरनेट ऑफ थिंग्स (IoT) को "भविष्य कहनेवाला रखरखाव" और अनुकूली शीतलन प्राप्त करने के लिए गहराई से एकीकृत किया गया है।
●मॉड्यूलरकरण और पूर्वनिर्मित:पूर्वनिर्मित तरल कूलिंग अलमारियाँ और कंटेनर-प्रकार के डेटा केंद्रों को तैनात करने, निर्माण चक्र को छोटा करने और संचालन और रखरखाव लागत को कम करने के लिए त्वरित किया जाता है

डेटा सेंटर कूलिंग सिस्टम प्रदर्शन, लागत और ऊर्जा दक्षता को संतुलित करने में एक महत्वपूर्ण लिंक है। प्रौद्योगिकी चयन को स्थानीय परिस्थितियों और जरूरतों के लिए अनुकूलित करने की आवश्यकता है। कंप्यूटिंग पावर डिमांड के विस्फोट और हरे रंग के परिवर्तन की उन्नति, कुशल तरल शीतलन, प्राकृतिक शीतलन और बुद्धिमान प्रबंधन भविष्य के विकास की मुख्य दिशा बन जाएगी, जो डेटा केंद्रों के विकास को "कम-कार्बन, कुशल और टिकाऊ" की ओर ले जाएगी।