Температурная цепочка

Температурная цепочка может означать температурную, тепловую или энергетическую цепочку или каскадирование. ^[1]

Температурная цепочка была представлена как новая концепция в Datacenter Transformation. ^[2] в Манчестере от компании Asperitas ^[3] как часть концепции центра обработки данных будущего. ^[4] Это метод преобразования потребления электроэнергии в центрах обработки данных в полезное тепло. Концепция основана на создании высоких перепадов температур в контуре водяного охлаждения в центре обработки данных . Идея состоит в том, что каждая система в центре обработки данных может быть оснащена общей инфраструктурой водоснабжения, которая разделена на несколько этапов с разными температурами. Различные температуры достигаются за счет использования различных технологий жидкостного охлаждения с разными температурными допусками в последовательной системе охлаждения, а не в одном параллельном контуре. Это создает большие перепады температур при небольшом объеме воды. В результате создается среда центра обработки данных, которая способна поставлять воду постоянной температуры повторному потребителю, превращая, таким образом, объект из потребителя электрической энергии в производителя тепловой энергии.

История

Температурная или энергетическая цепочка применяется в системах отопления, где гидравлические конструкции допускают наличие возвратных контуров и последовательных нагревателей. ^[5]

Принцип температурной цепочки также используется в холодильных системах, в которых используются каскадные схемы. ^[6]^[7]

Экономический совет Амстердама представил 4-е поколение сетей централизованного теплоснабжения, в которых будет реализовано тепловое каскадирование для повышения гибкости и надежности сетей централизованного теплоснабжения в будущем. ^[8]

В центрах обработки данных традиционным подходом к критической ИТ-нагрузке является охлаждение. Температурная цепочка работает на основе того, что IT является источником тепла. Для сбора этого тепла используется жидкостное охлаждение , что позволяет применять конструкции с гидравлическим обогревом. ^[5] в дата-центр.

Инфраструктура жидкостного охлаждения в центрах обработки данных

Подача воды в пустое пространство центра обработки данных наиболее выгодна в рамках специально созданной системы. Это означает, что при проектировании центра обработки данных необходимо сосредоточить внимание на поглощении всей тепловой энергии водой. Это требует гибридной среды, в которой сосуществуют различные жидкостные технологии, чтобы обеспечить полный спектр услуг центра обработки данных и платформы, независимо от типа центра обработки данных.

Внедрение ИТ-систем с жидкостным охлаждением в центрах обработки данных позволяет более эффективно использовать или сократить занимаемую площадь центра обработки данных. Это означает, что существующее оборудование можно лучше использовать для внедрения большего количества ИТ.

Более высокая теплоемкость жидкостей позволяет создать более плотную ИТ-среду и повысить ее мощность. Благодаря большинству ликвидных технологий сами ИТ становятся более эффективными. Это вызвано уменьшением или устранением зависимости от обработки воздуха внутри IT-шасси. Отдельные компоненты охлаждаются более эффективно и поэтому могут использоваться с большим количеством энергии и ближе друг к другу. Когда жидкость проникает в ИТ-пространство, количество внутренних вентиляторов уменьшается или полностью исключается, что позволяет экономить энергию. Это также снижает требования к аварийному питанию на объекте.

Жидкие технологии центров обработки данных

Технологии жидкостного охлаждения можно условно разделить на четыре категории: охлаждение в помещении, на уровне стойки или чипа и погружение.

Кондиционеры компьютерного зала или кондиционеры (CRAC/CRAH) могут иметь водяное охлаждение.

Косвенное жидкостное охлаждение (ILC) ^[9] включает стойки с водяным охлаждением и (активной) задней дверью или рядные теплообменники с водяным охлаждением. Преимущество активных задних дверей заключается в том, что все тепло от ИТ с воздушным охлаждением немедленно поглощается водяным контуром, когда оно покидает стойку, что устраняет необходимость в CRAC, в том числе в частичных реализациях ILC. Это делает системы охлаждения очень эффективными и поддерживает ограниченную эффективность самой ИТ-инфраструктуры за счет содействия вентиляции.

Прямое жидкостное охлаждение (DLC) ^[10] эффективно охлаждает части ИТ-системы с помощью специально разработанных охладителей, которые сочетают в себе охлаждающие пластины и насосы, установленные непосредственно на чипах вместо традиционного радиатора. Это обеспечивает энергоэффективность со стороны ИТ за счет уменьшения количества энергии вентилятора. Хотя водяной контур улавливает все тепло от крупнейших источников тепла внутри корпуса, для этого подхода все же могут потребоваться блоки CRAC или их комбинации с ILC для отвода тепловой энергии от остальных ИТ-компонентов.

Полное жидкостное охлаждение (TLC) ^[11] полностью погружает ИТ-компоненты в жидкость. Потери энергии практически отсутствуют, а ИТ-оборудование сделано очень энергоэффективным, исключая использование кинетической энергии (вентиляторов) ИТ. Поскольку вода проводит электричество, требуется промежуточный диэлектрик, который требует принудительной или конвективной передачи тепла. Этот диэлектрик может быть на масляной или химической основе. При таком подходе инфраструктурные и энергетические преимущества максимизируются, а энергетический след полностью оптимизируется.

Поскольку не существует единого решения для всех, любая платформа должна быть спроектирована с использованием оптимальной технологии для различных ее элементов. Поэтому каждая часть платформы должна быть настроена с использованием набора оптимизированных технологий. Например, помещения для хранения наименее подходят для непосредственного охлаждения жидкостью из-за низкого производства энергии и общей зависимости от движущихся частей. Их можно установить в стойках с водяным охлаждением. Большие объемы серверов, требующие минимального обслуживания, лучше всего размещать в среде с полным жидкостным охлаждением. Различные специализированные серверные системы, требующие постоянного физического доступа, лучше всего размещать в средах с прямым жидкостным охлаждением.

Обязательным условием для каждой технологии, прежде чем ее можно будет применять в сценарии температурной цепочки, является уровень контроля (с помощью ПЛК ) над собственной инфраструктурой охлаждения и совместимость с точки зрения совместимости арматуры и жидкостей.

Температурная цепочка

Используя гибридную модель, системы можно подключать к различным частям контура охлаждения с разными температурами. Каждая жидкостная технология имеет разные температурные допуски. Стабильность температуры становится менее тревожной, особенно там, где жидкость проникает в корпус. Таким образом, различные технологии могут быть настроены в оптимизированном порядке допуска, чтобы обеспечить многоступенчатое повышение температуры внутри контура охлаждения.

Это означает, что водная инфраструктура становится сегментированной. Вместо питания каждой установки охлаждения в параллельной инфраструктуре входы разных технологий или разных частей инфраструктуры подключаются к обратному контуру другой части инфраструктуры. По сути, выход стойки с жидкостным охлаждением должен быть направлен не в охлаждающую установку, а в среду жидкостного охлаждения другого типа. Путем объединения сегментированных жидкостных контуров в более крупные помещения можно достичь очень высоких температур обратки, что обеспечивает практическое и эффективное повторное использование тепловой энергии и снижает инвестиции, необходимые для того, чтобы сделать крупномасштабное повторное использование тепла жизнеспособным вариантом.

Различные жидкостные технологии могут применяться при разных уровнях температуры. Существует разница между обычными оптимизированными средами и более «экстремальными» средами, в которых решения и ИТ-оборудование более совместимы или специализированы для работы при высоких температурах.

Пример температурных допусков для различных технологий
Технология	Входной диапазон		Выходной диапазон		Максимальная дельта/стойка
Технология	Нормальный	Экстрим	Нормальный	Экстрим	Максимальная дельта/стойка
CRAC (общий)	6–18 °С	21 °С	12-25 °С	30 °С	Н/Д
ILC (U-Системы)	18-23 °С	28 °С	23-28 °С	32 °С	12 °С
DLC (Асетек)	18-45 °С	45 °С	24-55 °С	65 °С	15 °С
ТСХ (шероховатость)	18-40 °С	55 °С	22-48 °С	65 °С	10 °С

Цепочка температур жидкости может быть реализована путем использования промежуточных контуров охлаждения с различными температурными диапазонами. Сегментированные среды могут быть соединены с контурами подачи и возврата, смесительными клапанами и буферными резервуарами для стабилизации и оптимизации температуры и объемов обратки каждого отдельного сегмента.

Основным преимуществом этой стратегии является тот факт, что разница температур (dT) внутри контура охлаждения может быть значительно увеличена. Это уменьшает объем жидкости, необходимой на объекте, и снижает затраты на охлаждение верхних установок.

Ведь гораздо эффективнее охладить большую dT в малом объёме воды, чем малую dT в большом объёме воды.

Пример инфраструктуры повторного использования тепла

Этот пример дает представление только об оптимизированных жидкостных инфраструктурах, чтобы объяснить концепции температурной цепочки и то, как различные жидкостные технологии могут вписаться в эту концепцию. В целях упрощения не описываются избыточные сценарии. Возвратные контуры, буферные резервуары и промежуточные насосы, отвечающие за объем и давление на разных стадиях, не подробно описаны.

Инфраструктура повторного использования тепла с открытым контуром на сегодняшний день является наиболее устойчивой инфраструктурой. В этой ситуации в дата-центр поступает вода определенной температуры, и все тепло, вырабатываемое ИТ-оборудованием, передается другому пользователю с помощью этого водяного контура. Это означает, что установка отводит не только тепло, но и воду, содержащую тепло, что позволяет внешней стороне транспортировать и использовать нагретую жидкость. Это приводит к полному отсутствию систем охлаждения, а центр обработки данных фактически действует как большой водонагреватель. Вода поступает в центр обработки данных и выходит наружу при высоких температурах.

Стойки ILC в этой установке эффективно функционируют как устройства обработки воздуха, которые поддерживают всю температуру в помещении и поглощают все утечки тепловой энергии из сред DLC и TLC.

Пример микроинфраструктуры

В небольших помещениях температурная цепочка может быть достигнута путем создания небольшого водяного контура со смесительным клапаном и буферным резервуаром. Это позволяет направить выход жидкостной установки обратно на вход охлаждения для постепенного увеличения контура охлаждения и достижения постоянной высокой температуры на выходе. Хотя это не многоступенчатый подход, это распространенная и хорошо зарекомендовавшая себя практика достижения постоянной температуры на входе или выходе.

Преимуществом этого подхода является совместимость с переменными входными температурами, которые характерны для установок сухого охлаждения.

Ссылки

^ «Каскадерен – ДатацентрВоркс» . datacenterworks.nl (на голландском языке) . Проверено 12 февраля 2018 г.
^ Коммуникации, Ангельский бизнес. «ДАТАЦЕНТР ТРАНСФОРМАЦИЯ МАНЧЕСТЕР» . www.dtmanchester.com . Проверено 25 июля 2017 г. {{cite web}}: |first= имеет общее имя ( справка )
^ «Грубость» . asperitas.com Проверено 25 июля 2017 г.
^ «ЦОД будущего от Asperitas – Asperitas » asperities.com . Проверено 2 июля 2017 г.
^ Jump up to: ^а ^б «Гидравлика в строительных системах» . Сименс . 04.07.2017.
^ США 3733845 , Либерман, Дэниел, «КАСКАДНАЯ МНОГОЦЕПНАЯ, МНОГОХОЛОДИЛЬНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ», опубликовано 22 мая 1973 г.
^ США 7765827 , Шлом, Лесли А. и Беквар, Эндрю Дж., «Многоступенчатая гибридная система испарительного охлаждения», опубликовано 3 августа 2010 г.
^ Амстердамский экономический совет (22 февраля 2016 г.). «Презентация «ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ 4-ГО ПОКОЛЕНИЯ И ТЕПЛОВОЙ КАСКАДИРОВАНИЕ» . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )
^ «Решение ColdLogik для охлаждения задней части шкафа | USystems» . www.usystems.co.uk . Проверено 25 июля 2017 г.
^ «Жидкостное охлаждение дата-центров, серверов и ПК — Асетек» . www.asetek.com . Проверено 25 июля 2017 г.
^ «AIC24 – Шероховатость» . asperitas.com Проверено 25 июля 2017 г.

[1] «Каскадерен – ДатацентрВоркс» . datacenterworks.nl (на голландском языке) . Проверено 12 февраля 2018 г.

[2] Коммуникации, Ангельский бизнес. «ДАТАЦЕНТР ТРАНСФОРМАЦИЯ МАНЧЕСТЕР» . www.dtmanchester.com . Проверено 25 июля 2017 г. {{cite web}}: |first= имеет общее имя ( справка )

[3] «Грубость» . asperitas.com Проверено 25 июля 2017 г.

[4] «ЦОД будущего от Asperitas – Asperitas » asperities.com . Проверено 2 июля 2017 г.

[:0-5] Jump up to: ^а ^б «Гидравлика в строительных системах» . Сименс . 04.07.2017.

[6] США 3733845 , Либерман, Дэниел, «КАСКАДНАЯ МНОГОЦЕПНАЯ, МНОГОХОЛОДИЛЬНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ», опубликовано 22 мая 1973 г.

[7] США 7765827 , Шлом, Лесли А. и Беквар, Эндрю Дж., «Многоступенчатая гибридная система испарительного охлаждения», опубликовано 3 августа 2010 г.

[8] Амстердамский экономический совет (22 февраля 2016 г.). «Презентация «ТЕПЛОВЫЕ СЕТИ 4-ГО ПОКОЛЕНИЯ И ТЕПЛОВОЙ КАСКАДИРОВАНИЕ» . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь )

[9] «Решение ColdLogik для охлаждения задней части шкафа | USystems» . www.usystems.co.uk . Проверено 25 июля 2017 г.

[10] «Жидкостное охлаждение дата-центров, серверов и ПК — Асетек» . www.asetek.com . Проверено 25 июля 2017 г.

[11] «AIC24 – Шероховатость» . asperitas.com Проверено 25 июля 2017 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]