Охлаждение центров обработки данных: оптимизация потребления воды с помощью ультразвуковых расходомеров

Экспоненциальный рост центров обработки данных, обусловленный развитием облачных технологий, искусственного интеллекта (ИИ) и больших данных, приводит к постоянному увеличению плотности мощности и потребностей в охлаждении. В этих условиях контроль расхода теплоносителей становится стратегически важным. Тем более что системы жидкостного охлаждения все чаще используются в большинстве центров обработки данных по всему миру.

Ультразвуковые расходомеры сегодня являются надежным и неинтрузивным решением для оптимизации систем охлаждения центров обработки данных, будь то системы с охлаждением ледяной водой или прямым жидкостным охлаждением (DLC).


Резюмируйте эту статью с помощью :


Как работают системы охлаждения центров обработки данных?

Основная роль системы охлаждения центра обработки данных заключается в отводе тепла, выделяемого ИТ-оборудованием (серверами, сетевыми шкафами, системами хранения), для поддержания безопасных и стабильных условий эксплуатации. Принцип прост: каждый киловатт, потребляемый ИТ-оборудованием, практически полностью преобразуется в тепло, которое необходимо постоянно отводить.

Вид с воздуха на промышленные системы охлаждения, установленные на крыше большого технического комплекса.

Охлаждение ледяной водой и гидравлическими контурами

Для повышения производительности многие центры обработки данных используют гидравлические системы с охлажденной водой. Тепло передается из воздуха в воду через теплообменники, а затем отводится с помощью:

Эти гидравлические конструкции обеспечивают лучший тепловой контроль, более высокую энергоэффективность и оптимизированное распределение холода в больших масштабах.

Ряды серверов в компьютерном зале с синей подсветкой и изоляцией холодного прохода
Иллюстрированная серверная комната для объяснения принципа работы систем охлаждения в центре обработки данных.
Система жидкостного охлаждения с зелеными трубками, соединенными с серверами в стойке

Жидкостное охлаждение: решение для высоких плотностей

С развитием искусственного интеллекта, высокопроизводительных вычислений (HPC) и стоек высокой плотности жидкостное охлаждение становится незаменимым. Существуют два основных подхода:

  • Прямое жидкостное охлаждение (Direct Liquid Cooling – DLC): жидкость циркулирует непосредственно в контакте с наиболее нагреваемыми компонентами (процессором (CPU), графическим процессором (GPU)) через охлаждающие пластины.
  • Погружное охлаждение: серверы погружаются в диэлектрическую жидкость, которая очень эффективно поглощает тепло.

В таких конструкциях контроль расхода жидкости имеет решающее значение для обеспечения постоянной тепловой производительности и безопасности оборудования.


Системы охлаждения центров обработки данных в цифрах

Промышленные охладительные агрегаты и трубопроводы, установленные на крыше центра обработки данных

Цифровые данные показывают, насколько охлаждение является важной проблемой с точки зрения энергетики, экономики и экологии для современных центров обработки данных.

  • 40% электроэнергии, потребляемой центром обработки данных, идет на охлаждение и кондиционирование серверных помещений.
  • Неправильное управление гидравлической системой может привести к перерасходу энергии на 10–20 % из-за чрезмерного или неправильно сбалансированного расхода.
  • Жидкостное охлаждение позволяетотводить в 3–5 раз больше тепла, чем воздушное охлаждение, при равной площади поверхности.
  • В некоторых регионах потребление воды центром обработки данных может достигать нескольких сотен тысяч кубометров в год, что делает измерение и оптимизацию гидравлических контуров чрезвычайно важными.

Эти цифры ясно показывают, что производительность дата-центра больше не зависит только от серверов, но и от точности измерений, управления пропускной способностью и оптимизации систем охлаждения.


Проблемы энергопотребления при охлаждении центра обработки данных

Два инженера анализируют данные на экранах перед залом серверов на заднем плане.

Современный центр обработки данных преобразует почти всю потребляемую электроэнергию в тепловую энергию. Однако центры обработки данных должны балансировать между очень высокой рабочей нагрузкой и стремлением к устойчивому развитию.

Таким образом, системы охлаждения должны:

  • Обеспечить максимальную доступность (избежать перегрева и простоев),
  • Оптимизацияэнергоэффективности,
  • Ограничить потребление воды,
  • Адаптация к все более сложной архитектуре (множественные гидравлические контуры, избыточность, модульность).

В этом контексте для эффективного управления установками необходимо точное и непрерывное измерение расхода.

Сеть промышленных трубопроводов, соединяющих холодильные агрегаты на крыше дата-центра
Охлаждающая инфраструктура на крыше с холодильными агрегатами и гидравлической сетью для управления температурой на объекте.

Ультразвуковые расходомеры в системах охлаждения центров обработки данных

Ультразвуковые расходомеры находят широкое применение в центрах обработки данных, где контроль гидравлических потоков имеет решающее значение для производительности, безопасности и энергоэффективности установок.

Расходомер, установленный на трубе с ледяной водой, с электронным блоком на стене

Измерение расхода охлажденной воды в контурах охлаждения

В системах охлаждения с использованием ледяной воды ультразвуковые расходомеры используются для:

  • Контролировать расход на выходе из холодильных агрегатов,
  • Контролировать первичные и вторичные контуры,
  • Проверить гидравлический баланс между различными ИТ-залами.

Они обеспечивают равномерное распределение холода и позволяют избежать энергетических потерь, связанных с чрезмерным расходом.

Схема промышленной системы охлаждения с теплообменником, насосом, резервуаром и холодильным агрегатом

Мониторинг жидкостных охлаждающих контуров (DLC)

С развитием систем жидкостного охлаждения точность измерений приобрела решающее значение. Ультразвуковые расходомеры используются для:

  • Контролировать расход жидкости, питающей охлаждающие пластины процессоров CPU и GPU,
  • Обеспечение охлаждения стоек высокой плотности,
  • Обеспечение постоянной тепловой производительности даже при изменении IT-нагрузки.

 

Вид с воздуха на центр обработки данных с охладительными башнями и столбами пара

Управление устройствами распределения охлаждающей жидкости (CDU)

Охлаждающие агрегаты обеспечивают связь между контурами охлаждения ИТ и гидравлическими контурами здания. Ультразвуковые расходомеры играют здесь ключевую роль, обеспечивая:

  • Точно измерять входящий и исходящий расход,
  • Обнаружение гидравлических аномалий,
  • Оптимизация общей эффективности систем жидкостного охлаждения.

 

Ряды серверов, установленные на открытом воздухе среди густой растительности

Оптимизация энергопотребления и мониторинг показателя энергоэффективности (IPE)

Предоставляя надежные и непрерывные данные, ультразвуковые расходомеры непосредственно способствуют:

 

Два техника анализируют данные на ноутбуке в серверной комнате.

Надзор, техническое обслуживание и долговечность

Встроенные в системы управления энергопотреблением ультразвуковые расходомеры позволяют:

Благодаря своей универсальности ультразвуковые расходомеры становятся ключевыми инструментами, сопровождающими эволюцию центров обработки данных в сторону более эффективных, экономичных и отказоустойчивых инфраструктур .


Преимущества ультразвуковых расходомеров для охлаждения центров обработки данных

Измерительные характеристики, адаптированные к критически важной инфраструктуре центров обработки данных

Ультразвуковые расходомеры с дисплеями и фланцевыми датчиками для измерения промышленного расхода

Ультразвуковые расходомеры обладают характеристиками, которые особенно подходят для систем охлаждения центров обработки данных, где надежность, точность и непрерывность работы являются основными требованиями.

Их основные преимущества для охлаждения центров обработки данных следующие:

  • Неинтрузивное измерение без потери напора: установка без препятствий в трубопроводе, сохранение гидравлического баланса и отсутствие риска утечки.
  • Высокая надежность и низкие затраты на техническое обслуживание: отсутствие движущихся частей, отличная стабильность измерений в течение длительного времени и максимальная эксплуатационная готовность установок.
  • Точность измерения: точная настройка расхода охлажденной воды и охлаждающей жидкости в зависимости от нагрузки ИТ, ограничение переохлаждения и оптимизация энергопотребления.
  • Совместимость с современными архитектурами: интеграция в системы охлаждения ледяной водой, системы прямого жидкостного охлаждения (DLC), системы CDU и существующие сети, в том числе большого диаметра.
  • Интеграция с системами мониторинга: подключение к системам управления энергопотреблением для управления в режиме реального времени, обнаружения аномалий и прогнозируемого технического обслуживания.

Благодаря этим преимуществам ультразвуковые расходомеры являются важным инструментом для обеспечения безопасности систем охлаждения и устойчивого повышения энергоэффективности центров обработки данных.

Ряды серверов в центре обработки данных с синей подсветкой и отражающим центральным проходом
Иллюстрация современного дата-центра.

Часто задаваемые вопросы – Ультразвуковые расходомеры и охлаждение центров обработки данных

Почему измерение пропускной способности имеет важное значение в центре обработки данных?

Измерение расхода позволяет гарантировать, что количество охлаждающей жидкости, циркулирующей в гидравлических контурах, соответствует фактической ИТ-нагрузке. Точное измерение предотвращает риск перегрева, ограничивает переохлаждение и напрямую способствует оптимизации энергопотребления и снижению PUE.

Почему стоит выбрать ультразвуковой расходомер, а не другой тип расходомера?

Ультразвуковые расходомеры являются неинтрузивными, не имеют движущихся частей и не вызывают потери напора. Они отличаются высокой надежностью, требуют минимального обслуживания и особенно подходят для инфраструктуры центров обработки данных, где непрерывность обслуживания имеет решающее значение.

Совместимы ли ультразвуковые расходомеры с жидкостным охлаждением (DLC)?

Да. Ультразвуковые расходомеры идеально подходят для контуров прямого жидкостного охлаждения (DLC), в частности для контроля расхода жидкости, подаваемой на охлаждающие пластины процессоров CPU и GPU, а также для управления CDU.

Можно ли установить ультразвуковой расходомер в существующей сети?

Да. Благодаря своей неинтрузивной технологии ультразвуковые расходомеры могут быть установлены на существующих сетях, в том числе на трубопроводах большого диаметра, без значительного перерыва в работе и серьезных изменений в установках.

Как ультразвуковые расходомеры способствуют повышению энергоэффективности центров обработки данных?

Предоставляя надежные данные о расходе в режиме реального времени, ультразвуковые расходомеры позволяют оптимизировать работу насосов, сбалансировать гидравлические контуры и снизить энергопотребление, связанное с охлаждением.

Какое влияние системы охлаждения оказывают на энергоэффективность и экологический след центров обработки данных?

Системы охлаждения играют решающую роль в воздействии центров обработки данных на окружающую среду. Значительная часть потребляемой энергии связана с производством холода и терморегулированием установок. Решения по жидкостному охлаждению и естественному охлаждению, при правильном проектировании и внедрении, позволяют значительно снизить общее энергопотребление.

Энергоэффективность дата-центра обычно оценивается с помощью показателя PUE (Power Usage Effectiveness), который измеряет соотношение между общим потреблением энергии и энергией, затрачиваемой на ИТ-оборудование и охлаждение. Ненадлежащее управление тепловым режимом может значительно ухудшить этот коэффициент, привести к чрезмерному потреблению энергии, увеличить потребность в воде и оказать серьезное влияние на надежность оборудования и инфраструктуры.

Улучшение экологических показателей достигается за счет более экономичных решений в области охлаждения, более эффективного контроля температуры, расхода и ресурсов, а также за счет внедрения методов, инструментов и инноваций, адаптированных к ограничениям, присущим дата-центрам. Эти элементы имеют решающее значение для содействия принятию решений предприятиями и проектирования более устойчивых инфраструктур с лучшими показателями, такими как PUE и CUE.


Выбор и оптимизация решений для охлаждения центров обработки данных: комплексный подход

Вопрос охлаждения центров обработки данных больше не ограничивается выбором одной технологии. Он основан на комплексном подходе, учитывающем энергию, тепловую обработку, различные варианты охлаждения и ограничения окружающей среды. Выработка тепла, управление температурой, размещение инфраструктуры (грунт, здание), использование наружного воздуха посредством естественного охлаждения и контроль точки росы являются определяющими факторами при проектировании эффективных систем.

Для принятия решений предприятиям необходимо опираться на проверенные инструменты, методы и опытных партнеров, способных анализировать энергопотребление, эксплуатационные данные, а также потоки материалов и энергии. Такой подход позволяет постоянно улучшать показатели, более эффективно управлять ресурсами и внедрять более экономичные решения в области охлаждения.

В этом контексте ультразвуковые расходомеры становятся ключевыми помощниками. Неинтрузивные, надежные и точные, они обеспечивают контролируемое управление тепловым режимом, снижают риски, связанные с неправильной регулировкой, и непосредственно способствуют снижению воздействия центров обработки данных на окружающую среду.

Перед лицом проблем управления энергопотреблением, тепловыделением и экологической эффективностью, решения на основе жидкостного охлаждения и естественного охлаждения могут снизить общее энергопотребление центров обработки данных. Для разработки, внедрения и оптимизации этих решений — от принятия решений до технической реализации — компании могут воспользоваться опытом специалистов Fuji Electric, которые могут предложить методы, инструменты и инновации, адаптированные к каждой среде центра обработки данных.