Datu centra siltumenerģijas atkārtota izmantošana: karstā ūdens dzesēšana

Šajā sērijā mēs pētām dažādus veidus, kā datu centru operatori cenšas būt atbildīgi pasaules pilsoņi, vienlaikus nodrošinot aktīvu ilgtermiņa atdevi, samazinot oglekļa pēdas nospiedumu, uztverot un atkārtoti izmantojot siltumenerģiju, ko ražo viņu IKT iekārtas. Sarunas aizsākumam esmu ņēmis 2011. gada oktobri MIT tehnoloģiju apskats Nīla Sevidža raksts “Siltumnīcas efekts: piecas idejas datu centru izlietotā siltuma atkārtotai izmantošanai”. Pieci piemēri, ko viņš min šajā rakstā, patiesībā atspoguļo piecas vispārīgas stratēģijas, un tāpēc es uzskatu, ka tie ir noderīgs atspēriena punkts turpmāko deviņu gadu notikumu izpētei. Idejas bija:

Notre Dame universitātes datu centrs apsildīja siltumnīcu.

Sirakjūsas universitātes datu centrs ražoja pats savu elektrību un izmantoja lieko auksto ūdeni blakus esošās biroja ēkas gaisa kondicionēšanai vasarā un lieko karsto ūdeni, lai to apsildītu ziemā.

IBM pētniecības datu centrs Cīrihē izmantoja silta ūdens šķidruma dzesēšanu un izmantoja siltāku “atgriešanās” ūdeni blakus esošās laboratorijas sildīšanai.

Oak Ridge National Laboratory izstrādāja mehānismu, kas tika piestiprināts pie mikroprocesora un ražoja elektroenerģiju.

Telecity datu centrs Parīzē nodrošināja siltumu pētnieciskiem eksperimentiem par klimata pārmaiņu ietekmi. 

Pirmajā daļā mēs apskatījām variācijas par to, kā Notre Dame universitāte izmantoja datu centra izplūdušo karsto gaisu, lai uzturētu blakus siltumnīcu šajās ziemeļu Indiānas ziemās. Lai gan mēs apskatījām vairākus dažādus karstā gaisa atkārtotas izmantošanas piemērus, kopumā zemas kvalitātes 80–95˚F gaisa enerģija un prasība, lai lietojumprogramma būtībā būtu blakus datu centram, radīja pamatotus šķēršļus pievilcīgai IA. Pārskatot 80˚F izplūdes gaisa izmantošanu no UPS telpas, lai samazinātu ģeneratora bloku sildītāju mērķa 100˚F pacelšanos, mēs noskaidrojām, ka varētu izmantot efektīvu gaisa plūsmas pārvaldības praksi, kas ļauj datu centram darboties tuvāk ASHRAE augšējā ieteicamā robeža radītu izplūdušo gaisu, kas varētu pilnībā novērst vajadzību pēc ģeneratora bloka sildītājiem. Šajā piemērā tika aplūkoti gan enerģijas kvalitātes, gan blakus šķēršļi. Citādi mēs atklājām, ka visefektīvākais siltumenerģijas izmantojums no datu centru atgaitas gaisa notika Ziemeļeiropas lokālajos centralizētās siltumapgādes tīklos un atklājām, ka vairāk nekā 10% no Zviedrijas siltumenerģijas nāk no datu centriem. Faktiski vietējie siltumapgādes rajoni vienā vai otrā veidā ir noderīgs modelis efektīvai datu centru enerģijas atkārtotai izmantošanai, kā mēs redzēsim turpmākajās diskusijās.

Es izveidoju “cilpas pieskārienu” otrajai datu centra enerģijas atkārtotas izmantošanas kategorijai, kur atdzesētā ūdens cilpas padeves pusē var pieskarties papildu dzesēšanai, bet atgriešanās pusi var izmantot apkurei vai dzesēšanai. Sirakūzu universitātes piemērā no Savage raksta primārais enerģijas avots atkārtotai izmantošanai bija turbīnas izplūdes gāze, kas bija pietiekami karsta, lai darbinātu absorbcijas dzesētājus, lai nodrošinātu ēkas gaisa kondicionēšanu, kas tika izmantota, lai atdzesētu datu centru, vai pietiekami karsta, lai dotos. caur siltummaini, lai apsildītu ēku ziemas periodā. Aktuālāka spožākā zvaigzne "cilpas pieskārienam" ir Westin-Amazon projekts Sietlā, kas ietvēra nedaudz vienkāršāku inženieriju, bet daudz vairāk radošuma vispārējā projektu vadībā, un tam bija nepieciešama sadarbība starp dažādām valsts aģentūrām, komunālajiem pakalpojumiem un korporācijām, kas tiecas pēc savstarpējas sadarbības. labvēlīga pašlabuma. Būtībā Amazon biroju ēkas ir Clise Properties (viesnīcas Westin Carrier īpašnieks) vietējā siltumapgādes rajona “klienta” ekvivalents, un Clise Properties un McKinstry Engineering izveidoja vienību, kas reģistrēta kā apstiprināts komunālo pakalpojumu uzņēmums. Amazon izvairīsies no apkures enerģijas izmaksām aptuveni 80 miljonu kW stundu apmērā, savukārt Clise Properties izvairīsies no izdevumiem, kas saistīti ar iztvaikošanas torņu ekspluatāciju un ūdens zudumiem. Lai gan Westin-Amazon modelis man ir ideāls plāns, lai efektīvi izmantotu cilpas datu centra enerģijas atkārtotas izmantošanas projektu, līdzīga projekta pārskatīšana, kas tika atcelta Masačūsetsas Tehnoloģiju institūtā, atklāja, cik sarežģīti ir mēģinājumi ganīt visus kaķus šādam mērķim. centieni, ko mēs atkal redzēsim šajā sērijas trešajā daļā.

Trešās kategorijas datu centra siltumenerģijas atkārtota izmantošana no MIT tehnoloģiju apskats ir karstā ūdens dzesēšana, kas var sniegt labumu jebkurai no pirmajām divām kategorijām, bet ir īpaši izdevīga ar datu centra šķidruma dzesēšanu (kas beidzot iegūst zināmu nozīmi mūsu nozarē). Kā minēts iepriekš, ja datu centra izplūdes gaiss tiek izmantots, lai atvieglotu ģeneratoru palaišanu, paaugstinot pieplūdes gaisu no 65˚F vai 70˚F līdz 78-80˚F, atgaitas gaisa temperatūra būs pietiekami augsta, lai izslēgtu bloku sildītājus. Turklāt Westin-Amazon projektā laba datu centra gaisa plūsmas ierobežošanas izpilde varētu ļaut pietiekami palielināt datu centra ūdens piegādi komunālajam siltummainim, lai samazinātu siltuma reģenerācijas iekārtas pacēlumu par 28%. Nevienā no šiem gadījumiem mēs nerunājam par dzesēšanu ar siltu vai karstu ūdeni, taču pat adatas pārvietošana šīs mazās darbības var sniegt ievērojamu labumu. Uzsākot darbu ar karsto ūdeni, mēs iegūstam augstākas kvalitātes atkritumu siltumenerģiju un ūdeni ir vieglāk pārvietot nekā gaisu.

IBM koncepta datu centrs Cīrihes pētniecības laboratorijā izmantoja inovācijas tiešā kontakta šķidruma dzesēšanā, kur karstais ūdens tika sūknēts caur vara mikrokanāliem, kas pievienoti datora mikroshēmām. Viņi atklāja, ka 140˚F padeves ūdens uztur šķeldas temperatūru aptuveni 176˚F, kas ir droši zem ieteicamās maksimālās 185˚F. Šī karstā ūdens dzesēšana radīja pēcprocesa “atgriešanās” temperatūru 149˚F, kas bija piemērota siltumenerģija gan ēkas apkurei, gan dzesēšanai, izmantojot absorbcijas dzesētāju, neprasot siltumsūkņu pastiprinājumu. Papildus siltuma nodrošināšanai blakus esošajai laboratorijai, absorbcijas dzesētājs nodrošināja 49 kW dzesēšanas jaudu pie aptuveni 70˚F. Šīs pieejas vienkāršots pārskats ir parādīts 1. attēlā.

1. attēls. Datu centra šķidruma dzesēšanas enerģijas atkārtotas izmantošanas vienkāršota plūsma

Aptuveni tajā pašā laikā, kad Šveicē tika īstenots IBM koncepta izmēģinājuma ar karstā ūdens šķidruma dzesēšanas eksperiments, eBay eksperimentēja ar siltā ūdens dzesēšanu Fīniksā plaši reklamētajā Mercury projektā. Mercury projekts ietvēra vienu datu centra daļu, ko dzesēja ar atdzesēta ūdens cilpu, kas savienota ar dzesētājiem, un pēc tam otru datu centru, kas izmantoja kondensatora atgaitas ūdeni no pirmā datu centra līdz 87˚F, lai piegādātu plauktos uzstādītus aizmugurējo durvju siltummaiņus. Acīmredzot temperatūra pārsniedza ASHRAE ieteikto servera ieplūdes gaisa temperatūru, bet palika A2 klases pieļaujamajā diapazonā. Tieši šīs operācijas ietvaros Dīns Nelsons un viņa komanda nāca klajā ar uz biznesa misiju balstītu datu centra efektivitātes metriku, kas datu centru izmaksas sasaista ar klientu pārdošanas darījumiem, tādējādi radot formu šim maldinošajam lūzuma punktam starp datu centra efektivitāti un efektivitāti. Šajā gadījumā “klients” bija iekšējs, un siltuma pārpalikums tika izmantots nevis kā siltumenerģijas avots, bet gan kā dzesēšanas avots.

Projekta Mercury modelis faktiski piedāvā vīziju par zema riska siltā ūdens dzesēšanu, kas varētu būt pieejama daudziem datu centriem, nepārejot uz kāda veida tiešā kontakta šķidruma dzesēšanu. Piemēram, datu centri, kuros tiek izmantoti aizmugurējo durvju siltummaiņi, var darboties ar pieplūdes temperatūru uz ziemeļiem no 65˚F, kas viegli pārsniedz ēkas komforta dzesēšanas atgaitas ūdens kontūras atgaitas temperatūru. Atgaitas ūdens ievadīšana būtībā ir bezmaksas dzesēšana, un tad gada laikā, kad ēkas AC var nedarboties nepārtraukti (vai vispār, mani draugi Minesotā), aizmugurējo durvju siltummaiņus var piegādāt, izmantojot bezmaksas dzesēšanas siltummaini. ekonomaizers. Tas pats princips attiecas uz tiešā kontakta šķidruma dzesēšanu, kurai būtībā jābūt brīvai darbībai jebkurā iekārtā ar jebkāda jēgpilna izmēra komfortablas dzesēšanas slodzi.

Pavisam nesen IBM Cīrihe ir pārveidojis koncepcijas pierādījumu pilnas ražošanas superdatorā Cīrihē (LRZ SuperMUC-NG) ar paralēlu projektu Oak Ridge, Tenesī. Bruno Mišels, Cīrihes laboratoriju viedo sistēmu integrācijas vadītājs, apgalvo, ka ražošanas superdators faktiski ir negatīvu emisiju iekārta, jo visas IKT iekārtas tiek darbinātas ar atjaunojamo enerģiju, un tad datu centra radītā apkure un dzesēšana atspoguļo emisiju novēršanu. Dažādu procesa posmu temperatūras profils 1. attēlā atšķirsies atkarībā no klienta situācijas un prasībām. Piemēram, lai nodrošinātu tīkla un uzglabāšanas iekārtu dzesēšanu siltākā laikā, kad nav pieejama bezmaksas dzesēšana, un vēsākā laikā nodrošinātu izmantojamu siltumenerģiju centralizētās siltumapgādes tīkliem, datu centrs darbojas 149˚F temperatūrā. Lai nodrošinātu grīdas apsildi privātajiem klientiem, tā var pazemināties līdz 131˚F un, lai atbalstītu bezmaksas dzesēšanu Oak Ridge, tie darbosies pie 113˚F. Fārenheita absorbcijas dzesētājs darbojas ar 127˚F piedziņas temperatūru, lai piegādātu 68˚F atdzesētu ūdeni dzesēšanas blokiem, kas apkalpo uzglabāšanas un tīkla aprīkojumu, ar kopējo dzesēšanas jaudu 608kW.

IBM projekts ir atkarīgs no inovatīvām inovācijām termiskās pretestības samazināšanā, tādējādi nodrošinot augstāku ūdens temperatūru mikroshēmā, kā rezultātā faktiski uzlabojas mikroshēmas veiktspēja. Neskatoties uz to, jebkurš no dažādajiem tirgū pieejamajiem tiešā kontakta šķidruma dzesēšanas risinājumiem var sniegt ievērojamu daļu no karstā ūdens dzesēšanas priekšrocībām. Viņi visi izsaka savus apgalvojumus par to, cik karsts var būt “dzesēšanas” padeves ūdens, lai uzturētu atbilstošu skaidu temperatūru un pat uzlabotu skaidu veiktspēju salīdzinājumā ar tradicionālo gaisa dzesēšanu. Pat tad, ja šīs temperatūras var nebūt pietiekami augstas, lai tieši aizstātu tradicionālos apkures avotus (katlus utt.) vai darbinātu absorbcijas dzesētājus, tās joprojām ir pietiekami augstas, lai ievērojami samazinātu siltumsūkņu celtspēju, lai paaugstinātu siltumu līdz lietderīgam līmenim. Turklāt šķidruma dzesēšanas temperatūrā nevajadzētu būt nepieciešamai dzesētājiem vai mehāniskai dzesēšanai. Nākamajā reizē mēs apskatīsim dažus ieguldījumu un darbības izmaksu kompromisus, kas saistīti ar karstā ūdens dzesēšanas priekšrocību iegūšanu un dažām lielākām sabiedrības un infrastruktūras problēmām.