مراکز داده دو دهه است که در جهت بهره وری انرژی هستند. آنها همچنان به یافتن راه هایی برای کاهش مصرف انرژی، خنک سازی موثرتر و کاهش هزینه های عملیاتی ادامه می دهند. آخرین مرز در این تلاش بی پایان، جذب و استفاده مجدد از گرمای هدر رفته است.
با اضافه شدن برنامه های هوش مصنوعی و استفاده از خنک کننده مایع بیشتر، مقدار گرمای هدر رفته در مراکز داده افزایش می یابد. این روند رو به رشد بر نیاز مراکز داده به اتخاذ راه حل های استفاده مجدد از گرمای اتلاف، نه تنها برای افزایش بهره وری انرژی، بلکه برای کاهش اثرات زیست محیطی و هزینه های عملیاتی تاکید می کند. بالای فرم
پیتر دو بوک، مدیر برنامه برنامه ARPA-E COOLERCHIPS گفت: «رد گرما از تراشه ها به تأسیسات همچنان چالش برانگیز است.
در حالی که انتقال گرمای اتلاف به خارج از تاسیسات یکی از رویکردها است، استفاده از گرمای اتلاف برای تولید برق، بخار، گرمایش یا حتی سرمایش بسیار کارآمدتر و سازگار با محیط زیست است. این یک حوزه تحقیقاتی پر جنب و جوش است.
کایل مانگینی که از تمام سیستم‌های آزمایشگاهی و مکانیکی در مرکز علمی کالج امهرست مراقبت می‌کند، می‌گوید: «تاسیسات می‌توانند بار هزینه و ردپای کربن خود را با یافتن راه‌هایی برای مهار گرمای اتلاف کاهش دهند.
پردیس های چند منظوره
برایان رنر، رهبر حیاتی ماموریت در SmithGroup، معتقد است زمانی که مراکز داده در ساختمان‌های چند منظوره یا محیط‌های دانشگاه قرار می‌گیرند، فرصت‌های پایداری و کارایی زیادی وجود دارد. از آنجایی که مراکز داده به خنک‌سازی مداوم نیاز دارند، مقادیر زیادی گرمای اتلاف را از سرورها و سایر تجهیزات خارج می‌کنند که می‌تواند به روش‌های مختلف برای کاهش مصرف کلی انرژی و کاهش بیشتر اثربخشی مصرف انرژی (PUE) مهار شود.
رنر می‌گوید: «از آنجایی که انتظار داریم مصرف برق مرکز داده طی چند سال آینده دوبرابر شود، اکثر مراکز داده این گزینه را ندارند که به مکان‌های شمالی‌تر منتقل شوند تا از هوای خنک بیرون به عنوان راهی برای بهبود پایداری استفاده کنند. . از طرف دیگر، آنها می‌توانند از گرمای اتلاف خود با هم‌نشینی در محیط‌های پرکاربرد، در محوطه دانشگاه‌ها یا بیشتر در جوامع محلی ارزش کسب کنند.»
هوشمند بسازید
در فیلم فیلد رویاها، به ری کینزلا (کوین کاستنر) گفته می شود: «بساز و آنها خواهند آمد». او این کار را می کند – در وسط مزرعه ذرت آیووا. این ممکن است در فیلم موثر بوده باشد، اما رنر آن را بهترین مکان برای مرکز داده نمی‌داند. چنین مکانی، به حداکثر رساندن ارزش گرمای هدر رفته را دشوار می کند. در عوض، توصیه او این است که به دنبال یک جامعه بزرگتر باشید و مرکز داده بخشی از یک راه حل انرژی گسترده تر باشد.
رنر با استناد به برخی از داده‌های اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده (EIA) که نشان می‌دهد گرمایش فضا با 32 درصد، بزرگترین مصرف نهایی انرژی در ساختمان‌های تجاری است، از ادعای خود حمایت می‌کند. سرمایش تنها 9 درصد بود اما این تعداد در ایالت های جنوبی بسیار بیشتر بود. یک ساختمان بزرگ تنها 1 مگاوات برای گرمایش مصرف می کند. 25 بلوک شهری به 10 مگاوات و یک ملک تجاری 8500000 فوت مربعی به 100 مگاوات برای گرمایش نیاز دارد.
اکنون چگالی مرکز داده را در نظر بگیرید. محاسبات با کارایی بالا (HPC) و هوش مصنوعی، تراکم رک را به 100 کیلو وات و بیشتر می‌رسانند. راهروها مملو از پردازنده هایی با قدرت بیشتر از همیشه هستند.
شن وانگ، تحلیلگر اصلی Omdia گفت: «همه پردازنده‌ها بزرگتر و داغتر می‌شوند. از سال 2000، مصرف انرژی پردازنده ها 4.6 برابر افزایش یافته است.
این قطعا یک مشکل جدی از نظر قدرت و خنک کننده ایجاد می کند. اما به دلیل مقدار زیاد گرمای تلف شده بسیار داغتر که از تراشه ها و سرورها ساطع می شود، فرصتی را نیز باز می کند.
خنک کننده پردیس کالج
دانشکده مهندسی میلواکی یک مطالعه موردی مفید در استفاده مجدد از گرمای زباله ارائه می دهد. این یک ساختمان علوم کامپیوتر با یک ابررایانه در داخل به نام Rosie اضافه کرد. این ابرکامپیوتر با شتاب GPU Nvidia به دانش‌آموزان کمک می‌کند تا هوش مصنوعی، هواپیماهای بدون سرنشین، روباتیک و وسایل نقلیه خودران را مطالعه کنند. در حالی که اتاق ابر رایانه تنها 1500 فوت مربع از ساختار 65000 فوت مربعی را اشغال می کند، بیش از 60 درصد انرژی خود را مصرف می کند. به این ترتیب، سیستم باید به طور یکپارچه در ساختمان و زیرساخت های مکانیکی/الکتریکی/لوله کشی یکپارچه شود. مرکز داده برای افزونگی N+1 طراحی شده است و به لطف چندین ژنراتور پشتیبان و واحدهای خنک‌کننده، به آن اجازه می‌دهد حتی در صورت خرابی یک قطعه، عملکرد خود را حفظ کند.
تیم مهندسی یک رابطه همزیستی بین سیستم‌های انرژی ساختمان دانشگاهی و سیستم‌های ابررایانه ایجاد کردند. به عنوان مثال، اتاق کامپیوتر و ساختمان دانشگاهی از سیستم خنک‌کننده یکسانی در طول ماه‌های تابستان استفاده می‌کنند، زمانی که از خط برگشت آب سرد مرکز برای تامین مرکز داده استفاده می‌شود. با افزایش بازگشت آب سرد، راندمان خنک کننده برای کل ساختمان افزایش یافت. در طول زمستان، زمانی که ساختمان دانشگاهی دیگر نیازی به خنک کننده مکانیکی ندارد، مرکز کامپیوتر از هوای سرد بیرون از طریق کندانسورهای اختصاصی روی سقف با هوا خنک و مدارهای خنک کننده آزاد مجتمع استفاده می کند.
جیمیسون کالدول، مهندس مکانیک اصلی در SmithGroup می‌گوید: «استفاده از گرمای اتلاف در افزایش مرکز داده و کارایی ساختمان کلیدی است.
او همچنین به یافتن راه‌هایی برای مهار گرمای هدر رفته از راهروهای گرم اشاره کرد که تجهیزات خنک‌کننده مایع نیز گرمای تابشی ساطع می‌کنند. او روی ضریب استفاده مجدد از انرژی کار می کند که به عنوان تابعی از انرژی استفاده مجدد در مقابل کل انرژی مصرف شده محاسبه می شود.
کالدول گفت: «فرصت‌های متعددی در سطح دانشگاه برای گرمای هدر رفته وجود دارد.
حلقه بازیابی انرژی NREL
آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر (NREL) یک تأسیسات یکپارچه‌سازی سیستم‌های انرژی (ESIF) ساخت که برای مطابقت با نیازهای گرمایشی آزمایشگاه‌ها و دفاتر خود با مرکز داده مبتنی بر ابر رایانه‌اش طراحی شده بود تا کل ساختمان را در مصرف انرژی کارآمدتر کند. این مرکز به PUE 1.04 دست یافته است که آن را به یکی از کارآمدترین مراکز داده در جهان تبدیل کرده است.
کالدول گفت: “100% گرمایش ادارات از طریق استفاده مجدد از گرمای اتلاف انجام می شود و مصرف آب به نصف کاهش یافته است.” “اگر نیاز ناگهانی به گرمای بیشتر باشد، می توان از بخار دانشگاه استفاده کرد.”
این به لطف یک حلقه آب بازیابی انرژی که سیستم‌های گرمایش و سرمایش دانشگاه، سیستم‌های ابر محاسباتی و سیستم‌های قدیمی فناوری اطلاعات را در بر می‌گیرد و گرمای اتلاف را از سیستم‌های خنک‌کننده مایع و هوا جمع‌آوری می‌کند، به دست می‌آید. کالدول این را به عنوان تبادل انرژی در سطح ساختمان توصیف کرد.
او گفت: «خنک کننده مایع امکان بازیابی گرمای هیدرونیک با درجه بالاتر را فراهم می کند.
سود افزایشی
خنک‌سازی مایع می‌تواند منجر به تغییر عمده در راندمان خنک‌کننده مرکز داده شود و PUEها را به شدت کاهش دهد – یا حداقل از افزایش PUE با افزایش تراکم رک جلوگیری کند. اما جیسون متسون، معاون معماری راه‌حل‌های مشتری در Iceotope، خاطرنشان کرد که سود بالقوه ناشی از خنک‌کننده مایع می‌تواند به دلیل مناطق مختلف زباله، از جمله فقدان محفظه هوای گرم، از دست رفتن پانل‌های خالی، شکست در جایگزینی هجوم برق، از بین برود. طرفداران، و بیشتر.
متسون گفت: «زباله‌های زیادی در اکثر مراکز داده وجود دارد که می‌توانیم آنها را حذف کنیم.