Veri Merkezi Sunucuları için Dolaylı Sıvı Soğutma Sisteminin Ekonomik İşletmesinin Tasarımı ve Optimizasyonu Üzerine Araştırma

Özet

Soğutma sistemi enerjisinin veri merkezi enerji tüketiminin %30'undan fazlasını oluşturduğu alıntılanıyor. Sıvı soğutma üstün soğutma performansı gösterse de tasarım ve debi eşleştirme etkenleri nedeniyle çoğu zaman yüksek sistem güç tüketimine yol açıyor; bu yüzden sıvı soğutma sistemlerinin enerji tasarruflu optimizasyonu önemli. Modellenen kabinde paralel bağlı beş sıvı soğutmalı sunucu var; her biri eşdeğer ağda soğuk plakadan akışkana ısıl dirençle temsil ediliyor. Isı akışı yöntemi ve boru ağı akışkanlar dinamiği direnç denge ilişkileri, sistem akış ve ısı transferi kısıtlarını oluşturuyor.

Merkezi pompa ve sabit ısı yüküyle soğutma suyu sıcaklığını 20 °C'den 24 °C'ye yükseltmek toplam güç tüketimini 1,55 kat artırıyor. Sabit toplam pompa gücünde soğutma suyu giriş sıcaklığındaki 2 °C artış uzaklaştırılabilir ısıl yükü %4,9 azaltıyor. 1,2 kW'lık bir sunucuyu kabinin üstü yerine altına koymak toplam güç tüketimini %34,4 düşürüyor ve yüksek yüklü sunucular beslemeye yakın olmalı. Toplam ısıl yük 4,0 kW'tan 6,0 kW'a çıktığında dağıtık pompa konfigürasyonu merkezi pompaya göre ortalama 2,5 W (en fazla 7,09 W) tasarruf ediyor.

Optimizasyon önce sabit ısı yükünde pompa gücünü en aza indirerek, sonra sabit pompa gücünde ısı yükünü en üst düzeye çıkararak en uygun pompa frekansını buluyor. Tesis tarafı soğutma suyu sıcaklığı ve sunucunun kabindeki konumu pompalama enerjisini güçlü etkiliyor; dağıtık pompalar bu ölçekte yalnızca vat düzeyinde tasarruf veriyor.

Sınırlar: beş sunuculu tek kabin modeli ve boru ağı varsayımları; sonuçlar bu kabin yerleşimine ve boru tasarımına bağlı. Tasarruf rakamları kabin ölçeğinde; dağıtık pompanın faydası küçük.

Öne çıkan noktalar

1. Soğutma sistemi enerjisinin veri merkezi enerji tüketiminin %30'undan fazlasını oluşturduğu alıntılanıyor.
2. Modellenen kabinde paralel bağlı beş sıvı soğutmalı sunucu var; her biri eşdeğer ağda soğuk plakadan akışkana ısıl dirençle temsil ediliyor.
3. Merkezi pompa ve sabit ısı yüküyle soğutma suyu sıcaklığını 20 °C'den 24 °C'ye yükseltmek toplam güç tüketimini 1,55 kat artırıyor.
4. Sabit toplam pompa gücünde soğutma suyu giriş sıcaklığındaki 2 °C artış uzaklaştırılabilir ısıl yükü %4,9 azaltıyor.
5. 1,2 kW'lık bir sunucuyu kabinin üstü yerine altına koymak toplam güç tüketimini %34,4 düşürüyor; yüksek yüklü sunucular beslemeye yakın olmalı.
6. Toplam ısıl yük 4,0 kW'tan 6,0 kW'a çıktığında dağıtık pompa konfigürasyonu merkezi pompaya göre ortalama 2,5 W (en fazla 7,09 W) tasarruf ediyor.

Tasarımda kullanımı

• Kabin içi sıvı soğutmada yüksek yüklü sunucuları besleme tarafına yakın yerleştirin; 1,2 kW sunucuyu altta konumlamak toplam gücü %34,4 düşürdü.
• Tesis tarafı soğutma suyu sıcaklığını pompa enerjisi ve çip marjıyla birlikte değerlendirin; 20'den 24 °C'ye çıkmak toplam gücü 1,55 kat artırdı.
• Dağıtık pompa kararını kabin ölçeğinde küçük kazanç (ortalama 2,5 W) olarak değerlendirip maliyet ve karmaşıklıkla karşılaştırın; pompa frekansını sabit yükte güç, sabit güçte ısı yükü açısından optimize edin.

Kimler okumalı

Kabin düzeyinde dolaylı sıvı soğutma devresi, pompa boyutlandırması ve işletme optimizasyonu yapan mühendisler.

Belgenin bölümleri

1. 1. Giriş (1.1 Veri merkezi ısıl yönetiminin arka planı: hava soğutmanın durumu, sıvı soğutmanın durumu, enerji tasarruflu optimizasyonun durumu; 1.3 Bu makaledeki ana çalışma)
2. 2. Sunucu boru ağı direnç özelliklerinin analizi (2.1 Kabin düzeyi sıvı soğutma sistemleri ve boru ağı tasarımına giriş, 2.2 Boru ağı sistem tasarımı ve direnç hesabı)
3. 3. Kabin dolaylı sıvı soğutma sistemleri için ısı akış modeli (3.1 Isı transferi ve akış özelliklerinin analizi, 3.2 Sınır koşulları)
4. 4. Sunucunun kapsamlı ekonomik işletme optimizasyon analizi (4.1 Merkezi pompalı sistemlerin ekonomik işletme optimizasyonu: verilen toplam yük ve verilen toplam güç altında; 4.2 Dağıtık pompalı sistemlerin ekonomik işletme optimizasyonu)
5. 5. Sonuçlar

Belgeyi okuyun

Yayın bilgileri

Yazarlar

Yuxuan Xin; Daoguang Yu; Xiaohan Ren

Yayıncı

Energies (MDPI AG)

Yıl

2026

Cilt

19

Sayı

13

Sayfalar

3068

Belge dili

İngilizce

Kaynak türü

Bilimsel yayın

Erişim

Açık lisans — indirilebilir

DOI

10.3390/en19133068

Lisans

CC BY 4.0 — atıf vererek paylaşabilirsiniz

Lisans kanıtı

www.mdpi.com

Künye