El enorme volumen de datos y la computación plantean desafíos energéticos y de refrigeración sin precedentes para los centros de datos, que son tecnologías emergentes como la inteligencia artificial y el big data. Por un lado, el consumo de energía de computación y almacenamiento de los dispositivos de TI, como los servidores, es extremadamente alto y, por otro lado, el consumo de energía utilizado para refrigerar los equipos de TI en los centros de datos también está aumentando rápidamente.
Según las estadísticas de CCID Consulting, en 2019, aproximadamente el 43% del consumo de energía de los centros de datos de China se utilizó para enfriar equipos de TI, lo que básicamente equivale al consumo de energía del 45% de los propios equipos de TI. Es imperativo reducir el consumo de energía de la disipación de calor para controlar los costos operativos de los centros de datos, reducir el consumo de energía y, por lo tanto, construir centros de datos respetuosos con el medio ambiente.
Con el aumento de la densidad de potencia de los gabinetes individuales, el enfriamiento por aire tradicional ya no puede satisfacer las necesidades de disipación de calor, y ha surgido la tecnología de enfriamiento líquido.
¿Qué es la disipación de calor por refrigeración líquida?
La refrigeración líquida se refiere a la tecnología de utilizar líquido en lugar de aire como refrigerante para intercambiar calor para calentar componentes electrónicos y eliminar calor.
¿Cómo se clasifica la disipación de calor por refrigeración líquida?
En términos generales, la industria divide el enfriamiento líquido en enfriamiento directo y enfriamiento indirecto. En la actualidad, el enfriamiento directo se logra principalmente mediante la tecnología de enfriamiento líquido por inmersión, que se puede dividir en dos tipos: cambio de fase y sin cambio de fase. El enfriamiento indirecto se logra principalmente mediante la tecnología de enfriamiento líquido de placa fría.
Refrigeración líquida por inmersión
Sumerja el elemento calefactor directamente en el refrigerante y confíe en la circulación del líquido para eliminar el calor generado por el funcionamiento de equipos como servidores. La refrigeración líquida por inmersión es una refrigeración líquida de contacto directo típica. Debido al contacto directo entre el elemento calefactor y el refrigerante, la eficiencia de disipación de calor es mayor y el ruido es menor.
Todo el sistema de enfriamiento líquido por inmersión se puede dividir en dos partes: circulación del lado interior y circulación del lado exterior.
Durante el proceso de circulación del lado interior, el refrigerante intercambia calor con el dispositivo de calentamiento en una cámara cerrada, absorbe calor del dispositivo de calentamiento, se calienta y hierve para formar gas refrigerante. El gas refrigerante intercambia calor con agua a baja temperatura fuera de la habitación en el módulo de intercambio de calor enfriado por líquido (CDM), se somete a dos procesos de condensación y enfriamiento para convertirse en refrigerante a baja temperatura, que luego se vuelve a ingresar en una cámara cerrada para formar un ciclo. La transferencia de calor en la circulación interna de una cámara de enfriamiento de líquido sumergida con cambio de fase se logra principalmente a través del cambio de fase del refrigerante.
En la circulación exterior, el agua a baja temperatura absorbe una gran cantidad de calor transportado por el refrigerante gaseoso en el módulo de intercambio de calor de refrigeración líquida y se convierte en agua a alta temperatura, que se introduce en la torre de refrigeración exterior mediante la bomba de agua circulante. En la torre de refrigeración, el agua a alta temperatura intercambia calor con la atmósfera, libera calor y se convierte en agua a baja temperatura, que luego es transportada por la bomba de agua de entrada del lado exterior al CDM para el intercambio de calor con el refrigerante gaseoso, completando la circulación exterior. La transferencia de calor en la circulación extraventricular se logra principalmente a través del aumento y la caída de la temperatura del agua.
El enfriamiento líquido por inmersión se puede dividir en enfriamiento líquido de dos fases y enfriamiento líquido de una sola fase, y los métodos de disipación de calor pueden utilizar enfriadores secos y torres de enfriamiento.
Refrigeración líquida de dos fases
El refrigerante experimenta una transición de fase durante la disipación de calor circulante. La eficiencia de transferencia de calor de la refrigeración líquida de dos fases es mayor, pero el control es relativamente complejo. Durante el proceso de cambio de fase, la presión cambiará, lo que requiere altos requisitos para el contenedor, y el refrigerante es propenso a contaminarse durante el uso.
Refrigeración líquida monofásica
El refrigerante siempre mantiene un estado líquido durante el proceso de disipación de calor por circulación y no sufre cambios de fase. Por lo tanto, se requiere que el punto de ebullición del refrigerante sea alto. Esto hace que sea relativamente fácil controlar la evaporación y la pérdida del refrigerante, y tiene una buena compatibilidad con los componentes de los equipos de TI. Sin embargo, en comparación con la refrigeración líquida de dos fases, su eficiencia es menor. Según los escenarios de aplicación prácticos, se pueden utilizar enfriadores secos o torres de enfriamiento para la disipación de calor.
Refrigeración líquida por placa fría
Fije la placa de enfriamiento con refrigeración líquida en el dispositivo de calentamiento principal del servidor y utilice el líquido que fluye a través de la placa de enfriamiento para eliminar el calor y lograr el propósito de disipación de calor. La placa de enfriamiento con refrigeración líquida resuelve la disipación de calor de los componentes con alta generación de calor en los servidores, mientras que otros componentes del disipador de calor también dependen de la refrigeración por aire. Por lo tanto, los servidores que utilizan refrigeración líquida con placa fría también se conocen como servidores de canal dual gas-líquido. El líquido en la placa fría no entra en contacto con el dispositivo enfriado y se utiliza una placa de transferencia de calor en el medio para una mayor seguridad.
Refrigeración líquida por pulverización
En la parte superior del chasis se almacena líquido y se abren orificios. Dependiendo de la posición y la generación de calor del elemento calefactor, el líquido refrigerante se rocía sobre el elemento calefactor para lograr el propósito de enfriar el equipo. El líquido rociado entra en contacto directo con el dispositivo enfriado, lo que da como resultado una alta eficiencia de enfriamiento;
Sin embargo, durante el proceso de pulverización, el líquido se desplazará y evaporará al entrar en contacto con objetos a alta temperatura. Se emitirán gotitas de niebla y gases a través de los huecos de los orificios del chasis hacia el exterior del mismo, lo que provocará una disminución de la limpieza del entorno de la sala de ordenadores o afectará a otros equipos.
¿Cuáles son los refrigerantes más comunes?
Agua
La refrigeración líquida es la opción más directa y rentable. El agua no es un aislante y solo se puede utilizar para la refrigeración líquida por contacto indirecto. Una vez que se produce una fuga, el daño a los equipos informáticos, como los servidores, puede ser extremadamente fatal.
Aceite mineral
El aceite mineral también es un refrigerante rentable. El aceite mineral monofásico no es tóxico, no tiene olor y no se vuelve fácilmente volátil. Tiene una viscosidad alta y es fácil que se formen residuos en la superficie del equipo. Aunque el punto de ignición es alto, aún existe la posibilidad de combustión en ciertas condiciones específicas.
Solución de fluoración electrónica
La característica más importante es el aislamiento y la incombustibilidad. La tecnología de refrigeración líquida es la opción más segura en los centros de datos. Actualmente, es la más utilizada. Pero el precio es alto.
Fluido de conductividad térmica
El fluido termoconductor es un líquido especial no tóxico, aislante, de alto punto de ebullición y no corrosivo que aísla los componentes electrónicos del aire sumergiéndolos en el líquido. No solo evita las reacciones de oxidación, sino que también logra un rendimiento limpio y sin polvo, lo que extiende en gran medida la vida útil de los componentes electrónicos.
En comparación con la refrigeración por aire tradicional, las ventajas de la refrigeración líquida son:
Mayor eficiencia de disipación de calor:La tecnología de refrigeración líquida puede reducir de forma más eficaz la temperatura de los equipos, mejorar su rendimiento y su vida útil. El líquido tiene una mejor conductividad térmica que el aire, por lo que la refrigeración líquida puede eliminar rápidamente el calor generado por el equipo.
Menos ruido:En comparación con el ruido generado por los ventiladores, la refrigeración líquida produce menos ruido, proporcionando un entorno de trabajo más silencioso.
Diseño más flexible:La tecnología de refrigeración líquida se puede diseñar de forma más flexible, lo que permite la instalación de radiadores y tuberías de líquido en diferentes posiciones, adaptándose mejor a los requisitos de diseño del equipo.
Más respetuoso con el medio ambiente:La refrigeración líquida permite ahorrar energía y reducir su impacto en el medio ambiente. En comparación con el calor generado por los ventiladores, los líquidos se pueden reciclar con mayor facilidad.
La desventaja de la tecnología de refrigeración líquida es su alto costo, que requiere mayores costos de mantenimiento y diseños más complejos. Sin embargo, a medida que el rendimiento de los dispositivos electrónicos continúa mejorando, los problemas de disipación de calor se han vuelto cada vez más importantes y la tecnología de refrigeración líquida se convertirá en una de las principales formas de enfriar dispositivos electrónicos en el futuro.
Aplicación de la tecnología de refrigeración líquida:
La tecnología de refrigeración líquida se puede aplicar a diversos dispositivos electrónicos que requieren disipación de calor, como:
Computación de alto rendimiento: las computadoras de alto rendimiento requieren procesar grandes cantidades de datos y realizar tareas informáticas complejas, lo que genera una cantidad significativa de calor. La tecnología de refrigeración líquida puede reducir de manera más efectiva la temperatura de las computadoras, mejorar su rendimiento y estabilidad.
Centro de datos: Los centros de datos deben gestionar una gran cantidad de datos y tráfico de red, y generan una cantidad significativa de calor. La tecnología de refrigeración líquida puede reducir de forma más eficaz la temperatura de los servidores, mejorar su rendimiento y estabilidad.
Inteligencia artificial: la inteligencia artificial requiere procesar grandes cantidades de datos y tareas informáticas complejas, y genera una cantidad significativa de calor. La tecnología de refrigeración líquida puede reducir de forma más eficaz la temperatura de los dispositivos de inteligencia artificial, mejorar su rendimiento y estabilidad.
Computadoras para juegos: Las computadoras para juegos deben manejar una gran cantidad de tareas gráficas y computacionales, y generan mucho calor. La tecnología de refrigeración líquida puede reducir de manera más efectiva la temperatura de las computadoras para juegos, mejorar su rendimiento y estabilidad.
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