يؤدي التبريد السائل لمراكز البيانات إلى خفض إجمالي طاقة التبريد عندما تتجاوز الكهرباء الموفَّرة من مراوح الخوادم وتبريد الغرف والتبريد الميكانيكي الكهرباء الإضافية التي تستهلكها مضخات سائل التبريد ومعدات طرد الحرارة. وتكون الفرصة الأكبر عادةً عند وجود حمل حراري مستمر ومركّز يمكن تبريده بسائل دافئ نسبيًا، مع مسار فعّال لطرد الحرارة إلى الخارج.

انخفاض درجة حرارة الشريحة وحده لا يثبت تحقيق وفورات في الطاقة، كما أن استبدال الهواء بالماء لا يثبت ذلك. يعتمد القرار على نظام التبريد بالكامل، بما في ذلك المعدات التي تظل قيد التشغيل بعد تركيب التبريد السائل.

قارن إجمالي طاقة التبريد للنظام بأكمله عند الحمل التشغيلي نفسه

ابدأ بتحديد حدود القياس. ينبغي أن يشمل إجمالي طاقة التبريد في هذه المقارنة مراوح الخوادم، ومراوح معالجة الهواء في الغرف، ومضخات وحدة توزيع التبريد (CDU)، ومضخات المنشأة، والمبرّدات، ومراوح أبراج التبريد، ومراوح المبرّدات الجافة، حيثما تُستخدم. أدرج معدات التبريد المساعدة التي تعمل باستمرار، واحتسب كل حمل كهربائي مرة واحدة فقط.

تكتسب هذه النقطة أهميتها لأن مراوح الخوادم تُحتسب عادةً ضمن قياس طاقة تقنية المعلومات، في حين تُحتسب معدات التبريد المركزية خارجه. وقد يؤدي الاعتماد على عدادات تبريد المنشأة وحدها إلى إغفال وفورات المراوح، بينما قد يؤدي الاعتماد على طاقة الخوادم وحدها إلى إخفاء الطاقة الإضافية التي تستهلكها المضخات ومعدات طرد الحرارة في مواضع أخرى.

الاختبار العملي بسيط: هل يستهلك النظام المقترح كهرباء أقل مجتمعةً للتبريد، مع إنجاز العمل الحاسوبي المفيد نفسه ضمن حدود درجات الحرارة المطلوبة؟

استخدم أحمال عمل وظروفًا محيطة ومتطلبات إتاحة متكافئة. وقد يستهلك خادم مبرد بالسائل، عند تشغيله بحمل عمل أكبر، إجمالي كهرباء أعلى مع استهلاك طاقة أقل لكل مهمة منجزة. وقد تكون هذه نتيجة مفيدة، لكنها لا تثبت بحد ذاتها انخفاض طاقة التبريد.

يمكن أن يساعد مؤشر فعالية استخدام الطاقة (PUE) في التقييم، لكنه لا يكفي وحده لحسم هذه المسألة. فالتغييرات في طاقة تقنية المعلومات تؤثر في مقام النسبة، كما أن نقل مهام التبريد بين مراوح الخوادم ومعدات المنشأة يغيّر موضع ظهور الطاقة في الحسابات.

يوفر سائل التبريد الدافئ فرصة لتقليل التبريد الميكانيكي

ينقل السائل الحرارة بكفاءة، لكن أكبر فائدة للنظام غالبًا ما تأتي من درجة الحرارة التي يمكن عندها امتصاص تلك الحرارة. فإذا كان الخادم يدعم استخدام سائل تبريد أدفأ، فقد تتمكن المنشأة من رفع درجة حرارة مياه التبريد وتقليل تشغيل الضواغط.

يعتمد نجاح ذلك على مسار درجات الحرارة بالكامل: الشريحة، واللوحة الباردة، وحلقة تبريد التقنية، والمبادل الحراري لوحدة توزيع التبريد (CDU)، وحلقة المنشأة، ومعدات طرد الحرارة إلى الخارج. وتتطلب كل مرحلة من مراحل نقل الحرارة فرقًا في درجة الحرارة. وقد يفرض المبادل الحراري الأصغر من المطلوب استخدام مياه أبرد في المنشأة، ما يقلل بعض وفورات التبريد المتوقعة من التشغيل بالماء الدافئ.

قيّم درجة حرارة الدخول المسموح بها للخادم بالاقتران مع الأداء الحراري لوحدة توزيع التبريد (CDU) عند معدل التدفق والحمل المستهدفين. ثم حدّد كيفية طرد المنشأة للحرارة في مختلف الظروف الجوية المحلية. وتعتمد المبرّدات الجافة على درجة حرارة الهواء الخارجي الجافة، بينما تعتمد الأنظمة التبخيرية أيضًا على درجة حرارة البصيلة الرطبة، وتستلزم مراعاة استهلاك المياه.

يمكن أن يقلل تشغيل الموفّر من استخدام الضواغط، لكنه يظل بحاجة إلى مراوح ومضخات. وقد تظل هناك حاجة إلى التبريد الميكانيكي أو التبريد الإضافي خلال الطقس الحار. لذلك يتطلب تقدير الطاقة السنوية للتبريد تقييمًا ساعيًّا للطقس والحمل، إلى جانب التحقق بشكل منفصل من قدرة النظام على تلبية ذروة الطلب الحراري.

تحدد الحرارة التي يلتقطها السائل مقدار ما يمكن توفيره فعليًا من تبريد الهواء

يترك التبريد المباشر للشريحة عادةً بعض الحرارة في تيار الهواء. وقد تظل مكونات الذاكرة والتخزين ومصادر الطاقة وغيرها بحاجة إلى تدفق الهواء، بحسب تصميم الخادم. والسؤال الأهم هو مقدار الحرارة التي ينقلها التكوين المقترح إلى السائل عند حمل العمل المستهدف.

تتيح النسبة المرتفعة لالتقاط الحرارة بواسطة السائل فرصة أكبر لخفض سرعات مراوح الخوادم وتدفق الهواء في الغرف. ولا تتحقق هذه الوفورات إلا إذا أمكن للمعدات المتبقية الاستجابة. فالمراوح ذات السرعة الثابتة، أو إعدادات الحد الأدنى المحافظ لتدفق الهواء، أو وحدات الغرف التي تخدم صفوفًا مجاورة مبردة بالهواء، قد تُبقي استهلاك الكهرباء مرتفعًا.

وهذا قيد شائع في تحديث الأنظمة القائمة. فقد يحل التبريد السائل مشكلة الحرارة في أحد الرفوف، بينما تواصل منظومة تبريد الغرفة العمل إلى حد كبير كما كانت من قبل. وتظل إتاحة السعة واستقرار درجات الحرارة فائدتين مهمتين، لكن ينبغي تقييم قيمتهما المالية بمعزل عن وفورات الطاقة المقاسة.

تعزز كثافة الرفوف العالية جدوى التبريد السائل عندما يتطلب التبريد الهوائي تدفق هواء كبيرًا أو هواء إمداد أبرد. لكنها لا تحدد كثافة فاصلة موحدة لجميع الحالات. فقد يوفر تركيب مُدار جيدًا ومبرّد بالهواء، في ظروف خارجية ملائمة، طاقة تبريد يمكن تجنبها أقل مما يوفره تركيب غير فعّال ذي كثافة أقل.

يمكن للتصميم الهيدروليكي أن يحافظ على الوفورات أو يستهلكها

تعتمد طاقة المضخة على معدل التدفق وفقد الضغط وكفاءة المضخة. وتسهم الألواح الباردة والخراطيم ووصلات الفصل السريع والصمامات والمرشحات والمشعبات جميعها في المقاومة. وقد يؤدي اختيار وحدة توزيع التبريد (CDU) بناءً على سعة التبريد الاسمية وحدها إلى إغفال الطاقة اللازمة لتدوير سائل التبريد في دائرة الرف الفعلية.

يمكن لزيادة معدل التدفق أن تقلل ارتفاع درجة حرارة سائل التبريد، لكنها تزيد أيضًا المقاومة الهيدروليكية ومتطلبات الضخ. ونقطة التشغيل المناسبة هي التي توفر الاحتياجات الحرارية لكل خادم دون تدوير مفرط للسائل. كما تؤثر خصائص سائل التبريد؛ فاللزوجة والسعة الحرارية تؤثران في فقد الضغط ونقل الحرارة، لذا ينبغي أن تستخدم الحسابات السائل ودرجة حرارة التشغيل المستهدفين.

ينبغي أيضًا أن يتوافق التوزيع مع متطلبات الفروع. فقد يجبر ضعف الإمداد في أحد الفروع المشغلين على زيادة سرعة المضخة في الدائرة كلها. والهدف هو توفير تدفق كافٍ لكل خادم؛ ولا يكون التدفق المتساوي مناسبًا إلا عندما تكون متطلبات الفروع متساوية.

لدمج الخزائن، تقدم Shandong Liangdi Energy Saving Technology Co., Ltd. مشعبًا للتبريد السائل بتكوينات صف واحد وصفين، مع خيارات مواد SUS304/316L وإمكانية التخصيص لتناسب خزائن الخوادم المختلفة. وتناسب خيارات التكوين هذه متطلبات التصميم والتوزيع، بينما يظل تقييم الطاقة بحاجة إلى بيانات فقد الضغط ومعدل التدفق في الفروع للتجميعة المختارة.

ينبغي أن يأخذ اختيار المواد أيضًا في الحسبان دائرة السائل بالكامل وكيمياء سائل التبريد. فوجود مشعب من الفولاذ المقاوم للصدأ لا يثبت توافق الألواح الباردة والحشيات والموصلات والمكونات الأخرى.

غالبًا ما تحدد أنظمة التحكم عند الحمل الجزئي النتيجة السنوية

قد يخدم نظام مصمم للتشغيل بكامل السعة في البداية عددًا قليلًا من الرفوف المشغولة فقط. وإذا واصلت المضخات والمراوح الخارجية العمل بمستويات تشغيل قريبة من التصميمية، فقد يفوق استهلاكها الثابت الوفورات عند انخفاض الحمل. كما تؤثر المعدات الاحتياطية ومتطلبات الحد الأدنى للتدفق في النتيجة.

اطلب منحنيات استهلاك الطاقة عبر نطاق التشغيل المتوقع، بما في ذلك المراحل الأولى من النشر. وافحص ما إذا كانت المضخات تضبط معدل تشغيلها، وكيفية تشغيل المعدات وإيقافها على مراحل، وإشارات درجة الحرارة أو الضغط التي تتحكم بهذه العمليات. وينبغي لاستراتيجية التحكم أن تحافظ على تدفق آمن في الفروع، مع تجنب التدوير غير الضروري.

يجب أن تنسق أنظمة التحكم أيضًا بين نظامي التبريد السائل والهوائي. فقد يلزم تعديل إعدادات تبريد الغرف مع انتقال مزيد من الحرارة إلى حلقة التبريد السائل. وإلا فقد يواصل النظامان استهلاك قدر كبير من الطاقة، حتى بعد انخفاض الحمل على الجانب الهوائي.

ينبغي التعامل مع التخزين الحراري على نحو منفصل. إذ يمكنه توفير موازنة حرارية أو نقل طلب التبريد إلى وقت آخر، لكن الشحن والضخ وفواقد الحرارة تؤثر في إجمالي الطاقة. ويختلف خفض ذروة الطلب الكهربائي عن خفض كهرباء التبريد.

اجعل القرار قائمًا على الظروف التي قد تقلب النتيجة

ينبغي للمقارنة المفيدة أن توضح متى تتسع الميزة، ومتى تضيق، وما الذي يحدث إذا اختلف النشر الفعلي عن الخطة.

قبل اختيار المعدات، حدّد استهلاك الكهرباء الأساسي للتبريد، وملف حمل العمل المتوقع، وعدد الرفوف التي ستُشغَّل مع مرور الوقت. واحصل على حدود سائل التبريد وخصائص التقاط الحرارة الخاصة بالخادم، ثم اجمعها مع بيانات أداء وحدة توزيع التبريد (CDU) والتوزيع ومعدات طرد الحرارة. واشترط أن تشمل المقارنة التبريد الهوائي المتبقي وتكوين التكرار الاحتياطي المستهدف.

أثناء التشغيل الأولي، قِس حمل العمل المفيد ودرجات حرارة سائل التبريد ومعدل التدفق وأحمال الكهرباء الخاصة بالتبريد والظروف المحيطة معًا. وافحص التشغيل المستقر والتغيرات في الحمل. وتكون دراسة الاستثمار أقوى عندما تحافظ على ميزة في استهلاك الطاقة عبر نطاق التشغيل المتوقع، مع إعدادات تحكم واضحة ومعايير قبول قابلة للقياس.