De opkomst van vloeistofkoeling in datacenters: een gids voor thermisch beheer bij hoge dichtheid
Datacenters zijn van vitaal belang voor de digitale economie en maken diensten zoals online bankieren en e-commerce mogelijk. Hun energieverbruik stijgt snel: 7,4 gigawatt in 2023, goed voor 4% van het wereldwijde verbruik, waarbij de Europese vraag naar verwachting meer dan verdubbeld zal zijn in 2030 als gevolg van AI en digitalisering. Continue stroomvoorziening en koeling zijn essentieel om storingen en gegevensverlies te voorkomen.
Optimalisatie van HVAC-systemen voor duurzaamheid van datacenters
Verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen (HVAC) spelen een cruciale rol bij het waarborgen van de betrouwbare werking van datacenters. Naar schatting is koeling echter verantwoordelijk voor 20 tot 50% van het totale energieverbruik van een datacenter.
Met zo'n aanzienlijk deel van het stroomverbruik voor thermisch beheer, moeten de huidige HVAC-oplossingen meer doen dan alleen de temperatuur regelen. Ze moeten zeer efficiënt en schaalbaar zijn en in staat zijn om steeds krachtigere IT-omgevingen te ondersteunen, terwijl ze tegelijkertijd voldoen aan de doelstellingen voor CO2-reductie en duurzaamheid.
Naarmate de wereldwijde vraag naar digitale infrastructuur toeneemt, staan datacenters onder steeds grotere druk om meer rekenkracht te leveren met minder impact op het milieu. Een ontwikkeling die deze evolutie ondersteunt, is vloeistofkoeling – een technologie die weliswaar niet nieuw is, maar nu serieus aan populariteit wint als praktische en schaalbare optie.
De voordelen van vloeistofkoelingstechnologie
De opkomst van vloeistofkoeling komt op het juiste moment. Hoewel de technologie al jaren bestaat, breekt nu een periode van snelle acceptatie aan, gedreven door de beperkingen van luchtkoeling en de toenemende eisen van high-performance computing (HPC), machine learning en hyperscale data-operaties.
Traditionele luchtgebaseerde systemen beginnen hun grenzen te bereiken, zowel fysiek als economisch. Serverracks die meer dan 30 kW verbruiken, komen steeds vaker voor, maar de bovengrens van luchtkoeling ligt dicht bij dat cijfer. Vloeistofkoeling daarentegen maakt een veel efficiëntere warmteoverdracht mogelijk en ondersteunt rackdichtheden van 50, 80 of zelfs 100 kW zonder dat de infrastructuur of het stroomverbruik enorm hoeft te worden uitgebreid.
Cooling Distribution Units (CDU's) circuleren een glycol-watermengsel door gesloten netwerken en absorberen warmte rechtstreeks van de meest kritieke en thermisch intensieve onderdelen van de server, zoals chipsets, via koelplaten en verdeelstukken.
Sommige CDU-systemen kunnen tot vier keer de koelcapaciteit bieden van op lucht gebaseerde alternatieven. Doorgaans kan lucht een rackdichtheid van 25-30 kW koelen bij acceptabele temperaturen. Racks halen nu echter 100 kW+, dus CDU's zijn ontworpen om bij deze dichtheden te werken.
Luchtkoeling versus vloeistofkoeling: complementair, niet concurrerend
Hoewel vloeistofkoeling een transformatieve sprong voorwaarts betekent op het gebied van thermisch beheer, is het nog geen volledige vervanging voor luchtgebaseerde systemen. In plaats daarvan wordt een hybride aanpak steeds gebruikelijker. Veel datacenterbeheerders passen een mix van koelstrategieën toe op basis van de werkbelasting, waarbij vloeistofkoeling wordt gebruikt voor racks met een hoge dichtheid of GPU-intensieve racks en luchtkoeling voor meer conventionele apparatuur.
Deze geïntegreerde systemen kunnen dynamisch worden aangestuurd via slimme gebouwbeheersystemen en softwareplatforms, waardoor de CDU-debieten, de koelcapaciteit en de luchtstroom in realtime kunnen worden aangepast. Dit niveau van coördinatie kan efficiënt zijn en exploitanten helpen hun Power Usage Effectiveness (PUE) te verlagen tot ongeveer 1,2, waarbij sommigen zelfs nog ambitieuzere cijfers nastreven.
Warmteterugwinning en hergebruik: afval omzetten in energie
Een van de unieke voordelen van vloeistofkoeling is het potentieel voor warmteterugwinning en hergebruik. De warme vloeistof die uit serverchipsets komt, doorgaans rond de 30 °C, kan door een warmtepomp worden geleid en in temperatuur worden verhoogd, waardoor deze geschikt wordt voor stadsverwarmingsnetwerken of industriële toepassingen.
Dit hergebruik kan helpen om:
- de totale energieverspilling te verminderen
- de PUE te verbeteren
- extra waarde te genereren uit wat voorheen als afval werd beschouwd
De grenzen van koelefficiëntie verleggen
Naarmate vloeistofkoeling volwassener wordt, verschuift de innovatie naar het verbeteren van de prestaties binnen het systeem zelf. Een belangrijk aandachtspunt is het verlagen van de aanvoertemperatuur – het temperatuurverschil dat wordt veroorzaakt door inefficiënties in de warmte-uitwisseling. Sommige CDU's hebben een aanvoertemperatuur van 4 °C, maar het geavanceerde ontwerp met dubbele warmtewisselaar van Carrier brengt dit terug tot slechts 2 °C. De geïntegreerde, zeer geavanceerde regelingen maken ook een snelle reactie op wisselende IT-belasting mogelijk, terwijl een acceptabele temperatuurschommeling wordt gehandhaafd.
In de toekomst ligt een verdere verlaging tot 1 °C in het verschiet, wat nog meer efficiëntie oplevert en de basis legt voor ondersteuning van multi-megawatt-implementaties met minimale thermische overhead. Naarmate de omvang en dichtheid van datacenters blijven groeien, zullen dergelijke verfijningen van cruciaal belang zijn om aan de toekomstige vraag te voldoen zonder dat de impact op het milieu evenredig toeneemt.
Toekomstige trends in datacentrumkoeling
Direct-to-chip vloeistofkoeling zal naar verwachting de komende vijf tot tien jaar de dominante koelarchitectuur blijven voor hoogwaardige omgevingen. Immersiekoeling, waarbij complete servers worden ondergedompeld in thermisch geleidende, elektrisch niet-geleidende vloeistof, kan echter op termijn op grote schaal haalbaar worden.
Ondertussen blijft Carrier toonaangevend in de ontwikkeling, het testen en de praktische toepassing van de volgende generatie koeltechnologieën voor datacenters, waaronder de QuantumLeap™ -oplossingen en de certificeringsnormen voor zijn producten via Eurovent Certified Performance.
Neem contact op met een van de experts van Carrier voor meer informatie over de oplossingen van Carrier voor thermisch levenscyclusbeheer.
