المحرك الأساسي للتحول نحو مراكز البيانات منخفضة الكربون

تقليدي مراكز البيانات المبردة بالهواء تعتمد على مراوح عالية الطاقة ومكيفات هواء دقيقة، حيث يتجاوز معامل كفاءة الطاقة (PUE) عادةً 1.2، بل ويتجاوز 1.5 في سيناريوهات الكثافة العالية. في المقابل، تقنية التبريد السائل لمركز البيانات وقد شكلت مزايا رئيسية في استخدام التبريد المجاني و تخفيض انبعاثات الكربون على مدار دورة الحياة الكاملة من خلال "نقل الحرارة السائلة + تحسين النظام"، ليصبح حلاً أساسياً للتشغيل منخفض الكربون.

تقليل استهلاك طاقة التبريد بشكل كبير – استخدام التبريد الحر العالي

يكمن جوهر الاستفادة العالية من التبريد الحر في مزايا خصائصه الفيزيائية: فالموصلية الحرارية لسوائل التبريد تفوق الموصلية الحرارية للهواء بـ 20-40 ضعفًا، والسعة الحرارية النوعية تتجاوز 4000 ضعف. ويمكن الحفاظ على درجة حرارة المخرج ثابتة عند 35-45 درجة مئوية، متجاوزةً بكثير متطلبات التبريد الهوائي التي تبلغ حوالي 20 درجة مئوية، مما يُرسي أسسًا متينةً لاستخدام التبريد الحر.

تُطيل درجة حرارة مخرج أنظمة التبريد السائل المرتفعة فترة التكيف السنوية لمصادر التبريد الحر بشكل كبير. في المناطق الباردة، يُمكن لمصادر التبريد الحر، مثل المياه الخارجية منخفضة الحرارة وأبراج التبريد، تبريد سائل التبريد مباشرةً دون الحاجة إلى تشغيل ضواغط عالية الاستهلاك للطاقة. نظام تبريد سائل ذو لوحة باردة على سبيل المثال، يعتمد مركز بيانات Soeteck في روسيا الحل المُدمج "تبريد سائل اللوحة الباردة + تبريد مجاني لأبراج التبريد"، مع مدة استخدام سنوية مجانية للتبريد تزيد عن 300 يوم (بما يعادل 82%). خلال فصل الشتاء ذي درجات الحرارة المنخفضة، يُبرَّد سائل التبريد مباشرةً بواسطة أبراج التبريد، مع كفاءة استخدام طاقة منخفضة تصل إلى 1.02، مُقتربةً من "التبريد بدون طاقة". حتى في فصل الصيف ذي درجات الحرارة المرتفعة، يصل معدل مساهمة التبريد المجاني إلى 40% بمساعدة أجهزة تنظيم درجة حرارة الماء. تبقى كفاءة استخدام الطاقة السنوية أقل من 1.05 بثبات، مما يُقلل استهلاك طاقة التبريد بمقدار 65% مقارنةً بمراكز البيانات المُبرَّدة بالهواء من نفس الحجم.

تغطية التصميم والتشغيل والصيانة - تقليل انبعاثات الكربون على مدار دورة الحياة الكاملة

ناضجة حلول تبريد سائل لمركز البيانات وقد وسعت الشركات قيمتها المنخفضة الكربون لتشمل دورة حياتها بأكملها بما في ذلك التصميم والبناء والتشغيل والصيانة، مما شكل نظامًا متعدد الأبعاد للحد من الكربون، وهو ما يمثل ميزتها التنافسية الرئيسية على تبريد الهواء.

في مرحلتي التصميم والبناء، يُحقق التبريد السائل بالغمر متغير الطور خفضًا في انبعاثات الكربون بفضل كثافته العالية: كفاءة نقل الحرارة في التبريد السائل ثنائي الطور تفوق كفاءة التبريد السائل أحادي الطور بثلاثة إلى خمسة أضعاف، مما يدعم كثافة طاقة الكابينة من 100 كيلوواط إلى أكثر من 500 كيلوواط. وبنفس قوة الحوسبة، تُشكل مساحة مركز البيانات ثلث مساحة التبريد الهوائي فقط، ويُقلل استهلاك مواد البناء بمقدار 60%، وتُقلل انبعاثات الكربون الناتجة عن الإنشاءات بمقدار 45%؛ ويمكن لمركز بيانات يضم 100,000 خادم خفض انبعاثات الكربون بأكثر من 80,000 طن.

في مرحلة التشغيل والصيانة، التصميم المغلق لأنظمة التبريد السائل يعزز مزايا تقليل الكربون. خطوط الأنابيب المغلقة تبريد سائل باللوحة الباردة يمكن تقليل تراكم الغبار بأكثر من 90%، مما يقلل من وتيرة تنظيف المعدات من مرة واحدة شهريًا (تبريد الهواء) إلى مرة واحدة كل ثلاثة أشهر. لكل 10,000 خزانة، يمكن توفير حوالي $20,000 من استهلاك طاقة التنظيف وخسائر المواد الاستهلاكية سنويًا، مما يعادل انخفاضًا في انبعاثات الكربون بأكثر من 120 طنًا. تبريد السائل بالغمر لا يحتوي على مراوح أو مرشحات، مما يقلل من معدل أعطال المعدات بمقدار 60%، ويخفض الطلب على موظفي التشغيل والصيانة بمقدار 40%، وبالتالي يقلل انبعاثات الكربون من الموارد البشرية والإدارة بمقدار 35%. تُظهر بيانات اختبار من أحد مزودي خدمات السحابة أن انبعاثات الكربون في مرحلة التشغيل والصيانة لمركز بيانات التبريد السائل الغاطس التابع له أقل بمقدار 28% من انبعاثات مراكز البيانات المبردة بالهواء.

تأثيرات تنفيذ الميزتين الأساسيتين

تتحقق مشاريع المقارنة من التأثيرات: يتمتع مشروع مركز بيانات تبريد سائل للوحة الباردة لشركة كبيرة (100000 خادم) بمدة استخدام تبريد مجانية سنوية تزيد عن 320 يومًا، مع PUE = 1.03 وانخفاض سنوي في انبعاثات الكربون بمقدار 120000 طن طوال دورة الحياة.

تجدر الإشارة إلى أن فوائد الميزتين الأساسيتين ترتبط ارتباطًا وثيقًا بكثافة الحوسبة. تُظهر حسابات الصناعة أنه عندما تتجاوز كثافة طاقة الخزانة 50 كيلوواط، يكون معدل استخدام التبريد الحر لأنظمة التبريد السائل أعلى بمقدار 50% من معدل استخدام التبريد الهوائي، وتنخفض انبعاثات الكربون طوال دورة الحياة بأكثر من 30%؛ وعندما تصل كثافة الطاقة إلى 200 كيلوواط، يتجاوز معدل مساهمة التبريد الحر 70%، ويزداد معدل انخفاض انبعاثات الكربون طوال دورة الحياة إلى 50%، وهو ما يتوافق تمامًا مع احتياجات انخفاض الكربون في سيناريوهات الحوسبة العالية مثل مراكز بيانات الذكاء الاصطناعي.