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Vistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2023-07-25 Origen:Sitio
Con el rápido desarrollo de aplicaciones informáticas intensivas como inteligencia artificial, Internet de las cosas, criptomonedas, AR/VR, etc., la creciente demanda informática hace que los centros de datos se desarrollen gradualmente hacia 'alto rendimiento, alta densidad y alto consumo de energía'.El consumo de energía del centro de datos se compone aproximadamente de equipos de comunicación y red, suministro de energía y sistema de distribución, iluminación y equipo auxiliar, y sistema de refrigeración.El consumo de energía de la parte de refrigeración representa alrededor del 40 % del consumo total de energía del centro de datos.Mejorar la eficiencia de los sistemas de enfriamiento del centro de datos y reducir el consumo de energía son cruciales para lograr el objetivo del 'doble carbono'.
Métodos comunes de refrigeración líquida incluyen placa fría, spray e inmersión.Entre ellos, el enfriamiento por líquido de inmersión tiene la mayor eficiencia de transferencia de calor y puede evitar puntos calientes locales.Actualmente es el medio técnico más probable para resolver varios problemas que enfrentan los sistemas de enfriamiento en entornos informáticos de alto rendimiento.
Como motor para impulsar el nuevo desarrollo del centro de big data de próxima generación, las ventajas de la tecnología de refrigeración líquida por inmersión se reflejan principalmente en los siguientes aspectos.
La refrigeración líquida por inmersión utiliza refrigerante como medio de transferencia de calor.Los líquidos tienen mayor conductividad térmica y capacidad de calor específico, por lo que conducen el calor más rápido y lo absorben de manera más eficiente.Al mismo tiempo, los centros de datos que utilizan tecnología de refrigeración líquida por inmersión tienen un PUE más bajo debido al uso reducido de ventiladores y acondicionadores de aire.
La refrigeración líquida por inmersión puede aumentar en gran medida la densidad del servidor por unidad de espacio del centro de datos, lo que permite una mejor compatibilidad con la informática de alta densidad.Los centros de datos tradicionales utilizan sistemas refrigerados por aire y las densidades de potencia en rack que se pueden refrigerar suelen ser de 10 kW a 15 kW.La refrigeración líquida por inmersión puede aumentar la potencia de un solo rack a 100kW o incluso más de 200kW.Por lo tanto, puede cumplir completamente con los requisitos de disipación de calor de los escenarios de computación de alta densidad.
La refrigeración líquida por inmersión mantiene los equipos de TI a la temperatura adecuada.El entorno de inmersión evita de manera efectiva los efectos adversos de la humedad (el agua en el aire provocará la corrosión de los componentes y el líquido refrigerante puede proteger el equipo), el polvo, etc. en el equipo.Además, los problemas de ruido y vibraciones se solucionan de forma eficaz porque los servidores y las salas de ordenadores ya no necesitan ventiladores.
El excelente rendimiento de disipación de calor de la refrigeración líquida por inmersión permite que los servidores se coloquen juntos sin separación.Al mismo tiempo, no es necesario configurar ventiladores, ni acondicionadores de aire ni unidades de refrigeración en la sala de máquinas.No es necesario instalar instalaciones de contención de pasillos fríos y calientes ni pisos elevados, por lo que la refrigeración líquida por inmersión tiene una mayor utilización del espacio que las soluciones de refrigeración tradicionales.
El enorme consumo de agua no solo aumenta los costos operativos, sino que también enfrenta presiones regulatorias en áreas con uso limitado de agua.La tecnología tradicional de enfriamiento por aire generalmente requiere el uso de una gran cantidad de agua para el enfriamiento por evaporación.El refrigerante de la tecnología de refrigeración líquida por inmersión puede funcionar a temperaturas más altas (hasta 45 °C).Incluso en climas más cálidos, el enfriamiento gratuito se puede usar de manera eficiente, lo que reduce la necesidad de una eliminación activa del calor y, por lo tanto, ahorra agua.
La refrigeración líquida por inmersión sumerge el equipo de TI directamente en un refrigerante, confiando en que el refrigerante absorba el calor generado por el equipo.Según si el líquido refrigerante sufre un cambio de fase en el proceso de disipación de calor circulante, se puede dividir en refrigeración líquida por inmersión monofásica y refrigeración líquida por inmersión bifásica.
El líquido de enfriamiento del enfriamiento por líquido de inmersión monofásico generalmente tiene un punto de ebullición relativamente alto.Después de que el líquido refrigerante absorba calor, no habrá cambio de fase y permanecerá siempre en estado líquido.Hace circular el refrigerante por convección natural o accionado por bomba.El proceso de disipación de calor de circulación impulsado por convección natural aprovecha la característica de que la densidad de expansión de volumen del líquido disminuye después de calentarse.El refrigerante más caliente flota de forma natural y se enfría mediante un intercambiador de calor conectado a un circuito de refrigeración externo.El líquido enfriado se hunde naturalmente bajo la acción de la gravedad para completar la circulación y la disipación de calor.
En comparación con la convección natural, el uso de una bomba para impulsar el refrigerante en circulación puede mejorar la capacidad de enfriamiento de manera más efectiva.El dispositivo que consta de una bomba, un intercambiador de calor, un sensor y un filtro se denomina Unidad de distribución de refrigerante (CDU, Unidad de distribución de refrigerante).La temperatura y el caudal del refrigerante se pueden controlar con mayor precisión utilizando la CDU.El refrigerante más frío se bombea a través del elemento calefactor, eliminando el calor.El refrigerante calentado ingresa al intercambiador de calor para ser enfriado bajo el impulso de la bomba y luego continúa circulando bajo la acción de la bomba.El intercambiador de calor generalmente usa agua como medio de enfriamiento y el calor finalmente se descarga a través del sistema de circulación de agua de enfriamiento.
El principio de funcionamiento de la refrigeración líquida por inmersión monofásica se muestra en la figura.
Las ventajas de la refrigeración líquida por inmersión monofásica se reflejan en dos aspectos.Una es que el refrigerante es más barato y más barato de implementar.La otra es que el refrigerante no tiene cambio de fase.No hay necesidad de preocuparse por los riesgos para la salud del desbordamiento por evaporación del refrigerante o la inhalación del personal, que es más propicio para el mantenimiento.
En el enfriamiento por líquido de inmersión de dos fases, el líquido de enfriamiento sufre continuamente un proceso de cambio de fase de líquido a gas y luego vuelve a ser líquido durante el proceso de circulación y disipación de calor.El equipo informático está completamente sumergido en un tanque hermético lleno de refrigerante de bajo punto de ebullición, que absorbe el calor emitido por el equipo.Después de que el refrigerante absorbe calor, la temperatura aumenta y comienza a hervir después de alcanzar el punto de ebullición.De la fase líquida al estado gaseoso, se produce una gran cantidad de vapor al mismo tiempo.El vapor se eleva desde el líquido y escapa por encima de la superficie del líquido, formando una región de fase gaseosa en el tanque enfriado por líquido.El vapor de refrigerante en el área de la fase gaseosa está en contacto con el condensador enfriado por agua y el condensador absorbe el calor.El refrigerante se condensa en un líquido que vuelve a caer en el recipiente en gotas para su recirculación.El agua de enfriamiento calentada en el condensador se descarga a través del sistema de circulación de agua de enfriamiento.
El principio de funcionamiento de la refrigeración líquida por inmersión de dos fases se muestra en la Figura 3.
El refrigerante utilizado para la refrigeración líquida por inmersión de dos fases no solo debe tener buenas propiedades termofísicas, estabilidad química y térmica y no corrosivo, sino que también necesita un punto de ebullición adecuado, un rango de ebullición relativamente estrecho y un alto calor latente de vaporización.Se ha probado el uso de silicatos, sustancias aromáticas, siliconas, compuestos alifáticos y fluorocarbonos en la refrigeración líquida por inmersión de dos fases.Entre ellos, los compuestos de fluorocarbono tienen el mejor rendimiento integral, por lo que se usan con mayor frecuencia.
El enfriamiento por líquido de inmersión de dos fases aprovecha al máximo el calor latente de evaporación del líquido de enfriamiento, lo que puede cumplir con los requisitos extremos de los elementos calefactores de alta potencia para disipar el calor.Mantiene el equipo de TI funcionando a plena potencia.Sin embargo, la existencia de cambio de fase también hace que el sistema de refrigeración líquida por inmersión de dos fases deba mantenerse hermético para evitar que se escape el vapor. Qué’es más, se debe considerar el cambio en la presión del aire causado por el proceso de cambio de fase y el riesgo para la salud del personal de mantenimiento que inhala gas durante el mantenimiento del sistema.
En esta etapa, todavía hay muchos obstáculos y desafíos en el proceso de promoción de los centros de datos para que adopten rápidamente la tecnología de refrigeración líquida por inmersión.Esto incluye las limitaciones del escenario de la aplicación, el soporte del proveedor del equipo y los costos de implementación y actualización.
Si los problemas anteriores pueden resolverse y de qué manera será la clave para determinar el despliegue rápido y a gran escala de la tecnología de refrigeración líquida por inmersión en el futuro.
