Literature Review: Data Center- Physical, Environmental and Energy Footprint/tr

▼Western Üniversitesi'nin Ücretsiz Uygun Sürdürülebilirlik Teknolojisi (FAST) Araştırma Grubu

Aranıyor! Güneş enerjili açık kaynaklı 3 boyutlu yazıcı ve geri dönüşüm ile dağıtılmış bir gelecek yaratacak öğrenciler. Dr. Joshua Pearce ile iletişime geçin - Buradan başvurun
Ana Sayfa · Projeler ve Yayınlar · Yöntemler · Literatür incelemeleri · Kişiler · Sponsorlar · Haberler · Ücretsiz Yazılım · Twitter/X · YouTube · LinkedIn · Github · Çocuklar için!

▼Bu sayfa bir literatür taramasıdır . Bu sayfayı düzenlemekten , kaynaklar ve özetler eklemekten çekinmeyin .

Lütfen Okuyucular!!

Tartışma sayfasında ek kaynaklar/makaleler/bağlantılar vb. dahil olmak üzere her türlü yorumunuzu bekliyoruz. Makaleler, tüm alıntı bilgileri ve kısa özet veya soyutlama ile kronolojik sırayla ilgili bölümlere eklenebilir. Teşekkürler.

Literatür İncelemesi

Veri merkezi soğutma teknolojisi, işletme koşulları ve buna karşılık gelen düşük dereceli atık ısı geri kazanım fırsatlarının bir incelemesi ^{[ 1 ]}

• Veri merkezleri, ABD'nin toplam elektrik tüketiminin %2'sinden fazlasından sorumludur.
  • Dünya çapındaki doğru akım tüketiminin (30 milyar watt) %25 ila %35'i ABD tarafından doğru akım yoluyla tüketiliyor.
  • Elektronik cihazların soğutulmasında kullanılan enerjinin yarısı
• Düşük kaliteli atık ısının geri kazanılması ve yeniden kullanılmasıyla ilgili zorluklar
  • Yakalama sıcaklığı, çoğu durumda 85 °C'nin altında kalan elektronik bileşenlerin sıcaklık sınırlarıyla sınırlıdır.
• Sunucuların çoğu nadiren maksimum kapasitelerinde çalışır.
  • Çoğunluk, azami kapasitenin %20'si veya altında faaliyet göstermektedir.
  • Sistem boşta olduğunda, şebekeden çekilen maksimum gücün %60-100'ü kullanılır.
  • Birçok veri merkezinde, güç yoğunluğu 100 W/cm2'nin üzerinde, hatta 200 W/cm2'ye kadar ulaşan sunucular bulunmaktadır. Bu da, 0,65 m2'lik bir rafın 30 kW'a kadar ısı dağıtım ihtiyacı duyduğu anlamına gelir; bu da 1990'da aynı alana sahip tipik bir rafın dağıttığı enerjinin yaklaşık 30 katıdır.
• Fiziksel organizasyon
  • Raf, standart bir metal çerçeve veya muhafazadır.
  • Yükseklik: 78 inç; Genişlik: 23-25 ​​inç; Derinlik: 26-30 inç >>> raf
  • Standart raflar yaklaşık 2 metre aralıklarla sıralar halinde düzenlenmiştir.
  • Bir rafa monte edilmiş modüler varlığın yüksekliği veya kalınlığı 1U == 1,8 inç olarak ifade edilir.
  • Tipik bir tam boyutlu raf, toplam 42 adet 1U boyutunda aygıt barındırabilir.
• Termal yük ve sıcaklık limiti
  • Geleneksel veri merkezlerinin yaydığı enerji akışı 430–861 W/m2 aralığındayken, yeni nesil veri merkezlerinin yaydığı enerji akışı en az 10 kat artmıştır (6458–10.764 W/m2).
  • Benzer büyüklükteki odalar için geleneksel HVAC sistemlerinin kapasitesi (40–86 W/m2)
  • Tablo 1'e bakınız (Son literatürde mikroişlemcilerin/çekirdeklerin ısı yükü ve fiziksel boyutu).
  • Tek bir sabit disk 12W'a kadar güç tüketebilir ve büyük depolama aygıtları toplam güç kaynağının %20-30'una kadarını tüketir.
  • Tabloya göre, standart sunucular için toplam güç tüketimi genellikle 300 ile 400 W arasında değişirken, yüksek yoğunluklu sunucular için güç tüketimi 525 W'a kadar çıkabiliyor.
  • Blade sunucuların güç tüketimi her biri için yaklaşık 250 W civarındaydı.
  • Raf başına güç tüketimi yaklaşık 7 kW'tır.
  • Yüksek performanslı ve tam kapasiteyle çalışan bir rafın güç tüketimi yaklaşık 10-15 kW civarındadır.
  • Blade sunucularla dolu rafların yaydığı güç 21 kW'a yaklaşabilir.
  • ASHRAE, aşırı yoğunlukta iletişim ekipmanıyla dolu tek bir raf için 60 kW ve aşırı yoğunlukta bilgisayar sunucularıyla dolu tek bir raf için 35 kW güç tüketimi öngörüyor.
  • 0,6 m x 0,6 m boyutlarındaki tek bir rafın yaydığı ısı miktarı 0,26 ile 1,3 kW arasındaydı.
  • Sıvı soğutmalı sistemler için 250 kW, hava ile soğutmalı raf sistemleri için ise 60 kW güç tüketimi.
  • Günümüz veri merkezleri için soğutma sistemleri tasarlanırken, rafların varsayılan ısı kapasitesi 10-15 kW aralığındadır; ancak, bir raf süper bilgisayar sunucularıyla doluysa, 60 kW'ın üzerinde ısı üretebilir.
  • Termal yönetim sistemleri, geleneksel hava soğutmasından sıvı veya iki fazlı soğutmaya doğru geçiş yapıyor.
  • Verimli bir hava soğutma sistemine sahip bir veri merkezinde, soğuk hava genellikle 25 °C'de verilir ve egzoz havası odadan çıkarak 40 °C'de CRAC'ye geri döner.
  • Tablo 5'e bakınız. Son literatürde hava soğutmalı veri merkezlerindeki ısı kaynakları ve akışları.
  • 0,5 MW'lık yükseltilmiş zeminli veri merkezinde, raf başına yaklaşık 1500 CFM soğutma akış hızına sahip 50 raf bulunmaktaydı ve her rafın altından üstüne doğru ortalama 10,5 °C sıcaklık artışı gözlemleniyordu.
  • Değişken hızlı sunucu fanları kullanarak veri merkezi enerji verimliliğini artırmayı amaçlayan bir çalışmada, her bir raf için maksimum hava akış hızı 2400 CFM, soğuk hava sıcaklığı 15 °C ve maksimum sıcaklık artışı 40 °C olan, son derece yüksek güç yoğunluğuna sahip 28 raflı bir veri merkezi incelenmiştir.
  • Silikon Vadisi Liderlik Grubu tarafından yayınlanan raporda, CRAC tarafından tedarik ve dönüş suyu sıcaklığı için standart sıcaklık aralıklarının sırasıyla 10–13 °C ve 15,5–18,4 °C olduğu belirtilmiştir.
  • Tablo 6'ya bakınız. "Tipik" hava soğutmalı veri merkezi ısı kaynakları ve akışlarının özeti.
  • Tablo 8'e bakınız. "Tipik" su soğutmalı veri merkezi ısı kaynakları ve akışlarının özeti.
• Liu ve diğerleri [73] tarafından bireysel evlerde uzaktan yerleştirilen sunucuların evsel ısıtma sağlamak için kullanılmasına “Veri Fırını” denmektedir.
• Uluslararası Enerji Ajansı'na (IEA) göre, ABD'deki toplam enerji tüketiminin %6'sı ev ısıtmasına gidiyor.
• Bölgesel ısıtma, sıvı soğutmalı sunucuların daha yüksek atık ısı yakalama sıcaklıkları (35-45 °C yerine 50-60 °C'ye kadar) için daha uygundur, ancak sunucuların uzak bir yere yerleştirilmesini gerektirmez.
• Helsinki'de boş bir II. Dünya Savaşı sığınağına kurulan 2 MW'lık bir veri merkezi, atık ısıyla ısıtılan suyu kullanarak 500 evi veya 1000 daireyi ısıtmaya yetecek kadar su sağlıyor [75]
• Isı pompası kullanıldığında gerekli atık su besleme sıcaklığı 22–92 °C aralığındadır.
• Intel [78], eski bir veri merkezindeki atık ısıyı yakalamak için bir ısı geri kazanım soğutucusu geliştirdi.
  • bir buharlaştırıcı ve bir kondenserden oluşur.
  • Atık ısı, plakalı ısı değiştirici aracılığıyla yakalanır ve daha sonra bir buharlaştırıcıya aktarılır.
  • Isı pompası sistemi, evaporatörde akan düşük sıcaklıktaki sudan, kondenserde akan yüksek sıcaklıktaki suya ısı transferi yapar.
• Eski tip hava soğutmalı veri merkezlerinde atık ısıyı geri kazanmak ve bölgesel ısıtma veya sıcak su üretiminde yeniden kullanmak için ısı eşanjörü kurulumu için en uygun yer, CRAC ünitesine dönüş hattı veya soğutucu su dönüş hattıdır (sıcaklık 35°C kadar düşük olabilir).
• Atık ısıyı yakalamanın en kolay yeri, su soğutmalı DC'deki soğuk plakalı devre ısı eşanjörüdür (sıcaklık aralığı 60-70°C).

Veri Fırını: Bulut Bilişimle Isınıyor[73] ^{[ 2 ]}

• Bu çalışma, 40 ila 400 CPU'dan oluşan mikro veri merkezleri olan veri fırınlarının, tek ailelik bir evin (orta derecede yalıtılmış ve sızdırmazlığı sağlanmış, 21°C (70°F) ısıtma ayar noktasına sahip 1700 metrekarelik bir konut) birincil ısı kaynağı olarak hizmet vermesinin fizibilitesini araştırmıştır.
• DF'nin 3 avantajı: 1) Daha küçük alan kaplama 2) Sunucu başına toplam sahip olma maliyetinde azalma 3) Kullanıcıya yakın konum.
• Bilgisayar sunucusu >> metal kutu >> elektriği ısıya dönüştürür
• Egzoz havası sıcaklığı > 40-50°C >> elektriği verimli bir şekilde geri kazanmak için çok düşük
• Öneri >> Silikon ısıtma elemanlı elektrik dirençli ısıtma elemanları
• 100 kW'lık orta ölçekli bir veri merkezi bir binanın içine yerleştirilebilir ve atık sular binanın ısıtılmasında kullanılabilir.
• Çift kanatlı evlerin, evdeki ısı dağıtım sistemi zaten havayı dolaştırdığı için, esasen ek soğutma veya hava sirkülasyonu maliyeti yoktur.
• Dağıtımlı enerji santrallerinin dezavantajlarından biri, elektrik perakende fiyatlarının genellikle konut bölgelerinde sanayi bölgelerine göre %10 ila %50 daha yüksek olmasıdır.

Kaynakça (Stil: Yenilenebilir Enerji)