Thảo luận về công nghệ tản nhiệt của trung tâm dữ liệu

Việc xây dựng trung tâm dữ liệu phát triển nhanh chóng dẫn đến ngày càng có nhiều thiết bị trong phòng máy, nơi cung cấp môi trường làm lạnh có nhiệt độ và độ ẩm ổn định cho trung tâm dữ liệu. Mức tiêu thụ điện năng của trung tâm dữ liệu sẽ tăng lên rất nhiều, kéo theo sự gia tăng tỷ lệ thuận của hệ thống làm mát, hệ thống phân phối điện, bộ phát điện và máy phát điện, điều này sẽ mang lại những thách thức lớn cho việc tiêu thụ năng lượng của trung tâm dữ liệu. Trong thời điểm cả nước đang chủ trương tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải, nếu trung tâm dữ liệu tiêu thụ năng lượng xã hội một cách mù quáng thì chắc chắn sẽ không thu hút được sự quan tâm của chính quyền và người dân. Nó không chỉ không có lợi cho sự phát triển trong tương lai của trung tâm dữ liệu mà còn đi ngược lại đạo đức xã hội. Vì vậy, tiêu thụ năng lượng đã trở thành nội dung được quan tâm nhất trong quá trình xây dựng trung tâm dữ liệu. Để phát triển TTDL cần không ngừng mở rộng quy mô, tăng trang thiết bị. Điều này không thể giảm đi, nhưng tỷ lệ sử dụng thiết bị cần được cải thiện trong quá trình sử dụng. Một phần lớn khác của tiêu thụ năng lượng là tản nhiệt. Mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống điều hòa trung tâm dữ liệu chiếm gần hơn một phần ba năng lượng tiêu thụ của toàn bộ trung tâm dữ liệu. Nếu chúng ta có thể nỗ lực hơn nữa về vấn đề này, hiệu quả tiết kiệm năng lượng của trung tâm dữ liệu sẽ ngay lập tức. Vậy các công nghệ tản nhiệt trong trung tâm dữ liệu là gì và định hướng phát triển trong tương lai là gì? Câu trả lời sẽ được tìm thấy trong bài viết này.

Hệ thống làm mát không khí

Hệ thống giãn nở trực tiếp làm mát không khí trở thành hệ thống làm mát không khí. Trong hệ thống làm mát không khí, một nửa số mạch lưu thông môi chất lạnh được đặt trong máy lạnh của phòng máy trung tâm dữ liệu, và phần còn lại nằm trong dàn ngưng giải nhiệt không khí ngoài trời. Nhiệt bên trong phòng máy được ép ra môi trường ngoài trời qua đường ống tuần hoàn môi chất lạnh. Không khí nóng truyền nhiệt đến cuộn dây của dàn bay hơi và sau đó đến chất làm lạnh. Môi chất lạnh có nhiệt độ cao và áp suất cao được máy nén đưa đến dàn ngưng tụ ngoài trời rồi tỏa nhiệt ra môi trường ngoài trời. Hiệu suất năng lượng của hệ thống làm mát không khí tương đối thấp và nhiệt được tản trực tiếp bằng gió. Từ góc độ làm mát, năng lượng tiêu thụ chính đến từ máy nén, quạt dàn lạnh và dàn ngưng làm mát bằng không khí. Do bố trí dàn nóng tập trung nên khi bật tất cả các dàn nóng vào mùa hè, hiện tượng tích nhiệt cục bộ là điều hiển nhiên sẽ làm giảm hiệu suất lạnh và ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng. Hơn nữa, tiếng ồn của dàn nóng máy lạnh gây ảnh hưởng lớn đến môi trường xung quanh, dễ gây ảnh hưởng đến cư dân xung quanh. Làm mát tự nhiên không thể được áp dụng và tiết kiệm năng lượng tương đối thấp. Mặc dù hiệu quả làm mát của hệ thống làm mát không khí không cao và tiêu thụ năng lượng còn nhiều nhưng đây vẫn là phương pháp làm mát được sử dụng rộng rãi nhất trong trung tâm dữ liệu.

Hệ thống làm mát bằng chất lỏng

Hệ thống làm mát không khí có những nhược điểm không thể tránh khỏi. Một số trung tâm dữ liệu đã bắt đầu chuyển sang làm mát bằng chất lỏng, và phổ biến nhất là hệ thống làm mát bằng nước. Hệ thống làm mát bằng nước loại bỏ nhiệt qua tấm trao đổi nhiệt, và độ lạnh ổn định. Tháp giải nhiệt ngoài trời hoặc giàn lạnh khô bắt buộc phải thay thế dàn ngưng để trao đổi nhiệt. Làm mát bằng nước triệt tiêu dàn nóng làm mát bằng gió, giải quyết vấn đề tiếng ồn và ít ảnh hưởng đến môi trường. Hệ thống làm mát bằng nước rất phức tạp, tốn kém và khó bảo trì, nhưng nó có thể đáp ứng yêu cầu làm mát và tiết kiệm năng lượng của các trung tâm dữ liệu lớn. Ngoài giải nhiệt bằng nước, còn có giải nhiệt bằng dầu. So với làm mát bằng nước, hệ thống làm mát bằng dầu có thể giảm tiêu thụ năng lượng hơn nữa. Nếu hệ thống làm mát bằng dầu được áp dụng, vấn đề bụi do làm mát bằng không khí truyền thống phải đối mặt sẽ không còn nữa và mức tiêu thụ năng lượng cũng thấp hơn nhiều. Không giống như nước, dầu là một chất không phân cực, sẽ không ảnh hưởng đến mạch tích hợp điện tử và sẽ không làm hỏng phần cứng bên trong của máy chủ. Tuy nhiên, hệ thống làm mát bằng chất lỏng luôn làm mưa làm gió trên thị trường và rất ít trung tâm dữ liệu áp dụng phương pháp này. Bởi vì hệ thống làm mát bằng chất lỏng, dù là ngâm hay các phương pháp khác, đều yêu cầu phải lọc chất lỏng để tránh các vấn đề như tích tụ chất ô nhiễm, cặn quá mức và sinh vật phát triển. Đối với các hệ thống dựa trên nước, chẳng hạn như các hệ thống làm mát bằng chất lỏng có tháp giải nhiệt hoặc các biện pháp bay hơi, các vấn đề về trầm tích cần được xử lý bằng cách loại bỏ hơi nước trong một thể tích nhất định và chúng cần được tách ra và “thải ra ngoài”, ngay cả khi xử lý như vậy có thể gây ra các vấn đề về môi trường.

Hệ thống làm mát bay hơi hoặc đoạn nhiệt

Công nghệ làm mát bay hơi là một phương pháp làm mát không khí bằng cách sử dụng sự giảm nhiệt độ. Khi nước gặp không khí nóng đang chảy, nó bắt đầu hóa hơi và trở thành khí. Tản nhiệt kiểu bay hơi không phù hợp với môi chất lạnh có hại cho môi trường, chi phí lắp đặt thấp, không cần máy nén truyền thống, tiêu thụ năng lượng thấp, có ưu điểm là tiết kiệm năng lượng, bảo vệ môi trường, tiết kiệm và cải thiện chất lượng không khí trong nhà . Bộ làm mát bay hơi là một quạt lớn hút không khí nóng lên tấm đệm nước ướt. Khi nước trong đệm ướt bay hơi, không khí được làm mát và đẩy ra ngoài. Nhiệt độ có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh luồng không khí của bộ làm mát. Làm mát đoạn nhiệt có nghĩa là trong quá trình bay lên đoạn nhiệt của không khí, áp suất không khí giảm khi chiều cao tăng và khối không khí hoạt động bên ngoài do sự giãn nở thể tích, dẫn đến giảm nhiệt độ không khí. Các phương pháp làm mát này vẫn còn là điều mới lạ đối với trung tâm dữ liệu.

Hệ thống làm mát kín

Nắp bộ tản nhiệt của hệ thống làm mát kín được bịt kín và thêm một bình giãn nở. Trong quá trình hoạt động, hơi nước làm mát đi vào bình giãn nở và chảy trở lại bộ tản nhiệt sau khi làm mát, điều này có thể ngăn chặn một lượng lớn thất thoát bay hơi của chất làm mát và cải thiện nhiệt độ điểm sôi của chất làm mát. Hệ thống làm mát khép kín có thể đảm bảo rằng động cơ không cần nước làm mát trong 1 ~ 2 năm. Khi sử dụng, phải đảm bảo niêm phong để có được hiệu quả. Chất làm mát trong bình giãn nở không thể được làm đầy, để lại chỗ cho sự giãn nở. Sau hai năm sử dụng, xả và lọc, và tiếp tục sử dụng sau khi điều chỉnh thành phần và điểm đóng băng. Đồng nghĩa với việc lưu lượng gió không đủ dễ gây ra hiện tượng quá nhiệt cục bộ. Làm mát kín thường được kết hợp với làm mát bằng nước hoặc làm mát bằng chất lỏng. Hệ thống làm mát bằng nước cũng có thể được chế tạo thành một hệ thống khép kín, có thể tản nhiệt hiệu quả hơn và nâng cao hiệu suất làm lạnh.

Ngoài những phương pháp tản nhiệt được giới thiệu ở trên, còn có rất nhiều phương pháp tản nhiệt tuyệt vời, một số cách tản nhiệt thậm chí đã được ứng dụng vào thực tế. Ví dụ, tản nhiệt tự nhiên được sử dụng để xây dựng trung tâm dữ liệu ở các nước Bắc Âu lạnh giá hoặc dưới đáy biển và "cực lạnh sâu" được sử dụng để làm mát thiết bị trong trung tâm dữ liệu. Như trung tâm dữ liệu của Facebook ở Iceland, trung tâm dữ liệu dưới đáy biển của Microsoft. Ngoài ra, nước làm mát không thể sử dụng nước tiêu chuẩn. Nước biển, nước thải sinh hoạt và thậm chí cả nước nóng có thể được sử dụng để làm nóng trung tâm dữ liệu. Ví dụ, Alibaba sử dụng nước của hồ Qiandao để tản nhiệt. Google đã thành lập một trung tâm dữ liệu sử dụng nước biển để tản nhiệt ở hamina, Phần Lan. EBay đã xây dựng trung tâm dữ liệu của mình trên sa mạc. Nhiệt độ trung bình ngoài trời của trung tâm dữ liệu là khoảng 46 độ C.

Trên đây giới thiệu các công nghệ tản nhiệt trung tâm dữ liệu phổ biến, một số công nghệ vẫn đang trong quá trình cải tiến liên tục và vẫn là công nghệ phòng thí nghiệm. Đối với xu hướng làm mát trung tâm dữ liệu trong tương lai, ngoài các trung tâm tính toán hiệu suất cao và các trung tâm dữ liệu dựa trên Internet khác, hầu hết các trung tâm dữ liệu sẽ chuyển đến những nơi có giá thấp hơn và chi phí điện năng thấp hơn. Bằng cách áp dụng công nghệ làm mát tiên tiến hơn, chi phí vận hành và bảo trì của các trung tâm dữ liệu sẽ giảm hơn nữa và hiệu quả sử dụng năng lượng sẽ được cải thiện.