Как использовать передовые стратегии охлаждения в центрах обработки данных с искусственным интеллектом

Информация о системах отопления, вентиляции, кондиционирования и сантехнике

• Стратегии гибридного воздушно-жидкостного охлаждения становятся стандартом для центров обработки данных, управляемых искусственным интеллектом (ИИ), поскольку вычислительные рабочие нагрузки увеличивают плотность стоек, превышающую возможности традиционного воздушного охлаждения.
• Инженеры все чаще отдают приоритет гибкости, естественному охлаждению и передовым системам управления водными ресурсами, чтобы повысить эффективность и адаптироваться к быстро меняющимся требованиям нагрузки центров обработки данных.

Инженер-консультант, 2026 г., май/июнь Круглый стол MEP по центрам обработки данных. С разрешения: Инженер-консультант

Респонденты:

• Брук Гаммер, PE, FPE, ATD, Колорадо, лидер сектора рынка BES, HDR, Денвер
• Билл Косик, PE, CEM, LEED AP, руководитель сектора критически важных задач, HED, Чикаго
• Дэниел Ното, PE, LEED AP, лидер юго-восточного рынка, Fitzemeyer & Tocci Associates Inc., Альфаретта, Джорджия
• Кен Урбанек, PE, LEED AP, ASHRAE HBDP, ATD, исполнительный директор по работе с клиентами и старший директор, IMEG, Денвер

Какие уникальные системы охлаждения вы задействовали в проектах центров обработки данных? Опишите сложный климат, в котором вы проектировали систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) для центра обработки данных.

Брук Гаммер: Мы все чаще внедряем инновационные стратегии гибридного охлаждения, чтобы идти в ногу с быстрыми тепловыми требованиями современных графических процессоров (GPU) и компьютеров с высокой плотностью размещения. Наши конструкции часто сочетают в себе несколько технологий естественного охлаждения, таких как испарительное охлаждение, сухие охладители и пластинчатые и рамные теплообменники, с холодильными системами, используемыми только в качестве вспомогательного охлаждения для удовлетворения пиковых расчетных условий. Один из наших самых сложных проектов — центр обработки данных, расположенный в регионе, где температура наружного воздуха может опускаться до -50°C, что привносит в проект несколько уникальных особенностей.

Как рабочие нагрузки на основе искусственного интеллекта и графического процессора высокой плотности меняют стратегии охлаждения, такие как жидкостное охлаждение, системы прямого подключения к кристаллу или гибридные подходы воздух/жидкость?

Кен Урбанек: Они существенно меняют это. Большинство проектов перешли на прямое жидкостное охлаждение охлаждающих пластин, предназначенных для непосредственного охлаждения кристалла, чтобы справиться с большим количеством отводимого тепла. Потребность в прямом жидкостном охлаждении следует оценивать выше 50 киловатт (кВт) на стойку и, по большей части, требуется от 60 до 70 кВт на стойку. Поскольку плотность стоек превышает 200 кВт на стойку, мы видим, что производители компьютеров рассматривают возможность перевода большей нагрузки на жидкостное охлаждение, ставя перед собой задачу добиться жидкостного охлаждения до 100% вычислительной нагрузки.

Билл Косик: Рост центров обработки данных с искусственным интеллектом потребовал нового подхода к проектированию инфраструктуры электропитания и охлаждения, приблизив его к проектированию высокопроизводительных вычислительных мощностей. Существует базовое предположение, что число центров обработки данных искусственного интеллекта и плотность мощности будут продолжать расти. Существует также основополагающая предпосылка, что в ближайшем будущем различные типы центров обработки данных, такие как корпоративные и колокейшн-центры, будут использовать жидкостное охлаждение для повышения энергоэффективности и уменьшения размера залов обработки данных. Однако вполне вероятно, что проектирование, запуск и эксплуатация систем жидкостного охлаждения на этих объектах не получат широкого распространения до тех пор, пока не появятся более четкие стандарты и рекомендации по проектированию.

Брук Гаммер: Рабочие нагрузки на основе графических процессоров ускоряют внедрение жидкостного охлаждения в качестве основной стратегии в современных центрах обработки данных. Несмотря на то, что процент нагрузки центров обработки данных, которые могут использовать прямое охлаждение кристалла, увеличивается, все еще существует профиль нагрузки, требующий решения с воздушным охлаждением. Однако, поскольку часть инфраструктуры по-прежнему требует воздушного охлаждения, сегодня мы используем гибридные воздушно-жидкостные системы в качестве преобладающего подхода.

Опишите проект, в котором в здании использовалось естественное охлаждение.

Кен Урбанек: Благодаря более высоким температурам, наблюдаемым в системах прямого жидкостного охлаждения, часто появляется возможность естественного охлаждения во всех средах, кроме самых теплых. При использовании в более мягком климате, с годовыми экстремальными температурами ниже 95°F, существует потенциал для почти круглогодичного естественного охлаждения. Хотя использование воды для испарения требует тщательного анализа в данном месте, в некоторых районах, где воды больше, мы все еще видим, как она используется для снижения потребления энергии. Испарительные охладители жидкости могут расширить окно бескомпрессорного естественного охлаждения. Мы рассматриваем это как вариант в некоторых климатических условиях северных широт, где воды больше, что обеспечивает круглогодичное охлаждение без компрессора.

Каких рекомендаций следует придерживаться, чтобы обеспечить эффективную систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, спроектированную для такого типа здания?

Даниэль Ното: Понимание будущих потребностей клиента в росте гарантирует, что в будущем дизайн потребует минимальных изменений. Если вы проектируете системы HVAC для текущих нужд, вы уже отстаете от графика на 10 лет.

Брук Гаммер: Разработка системы, которую можно быстро адаптировать к новому профилю нагрузки, имеет важное значение для центров обработки данных будущего. Установление правильного баланса между первоначальными капитальными затратами и долгосрочной гибкостью имеет решающее значение, и эти обсуждения должны происходить на ранних стадиях проекта и проектирования. Пристальное внимание к размерам оборудования и распределению на раннем этапе обеспечит эффективную работу между всеми профилями нагрузки.

Кен Урбанек: Когда дело доходит до проектов с низким энергопотреблением, способность повышать температуру технического контура охлаждения в сочетании с высокоэффективными жидкостными охладителями может быть одним из способов достижения более высокой степени эффективности. Добавление испарительного предварительного охлаждения может еще больше повысить эффективность работы.

Какой тип специальных трубопроводов, водопроводных или других систем вы недавно указали? Опишите проект.

Кен Урбанек: На стороне охлаждения вода, подаваемая к охлаждающим пластинам, обычно подается по трубам из нержавеющей стали с санитарными фитингами с тройным зажимом или, в некоторых случаях, по системам полипропиленовых трубопроводов, сваренных плавлением.

Брук Гаммер: Поддержание высокого качества воды в технологических системах охлаждения имеет решающее значение. Для защиты этих компонентов используются трубы и фитинги из нержавеющей стали, а также передовые системы фильтрации воды и методы сварки, которые помогают поддерживать качество воды, необходимое на чипе. Не менее важно правильное управление водно-химическим режимом, поскольку «радиатор» на чипе может легко засориться бактериями или примесями воды.

Каковы некоторые проблемы или проблемы при проектировании использования воды на таких объектах?

Билл Косик: Судя по моей проектной работе и разработке исследовательских работ, существует фундаментальное непонимание использования воды в центрах обработки данных. Существуют устаревшие (и некоторые новые) предприятия, в которых используются открытые градирни, охлаждение которых осуществляется за счет испарения воды. Центр обработки данных, в котором используются чиллеры с водяным охлаждением и открытые градирни, будет одним из крупнейших потребителей воды. Но это не всегда так. Объем потребления воды зависит от местоположения центра обработки данных, характеристик производительности градирни и операционной стратегии. В более влажном климате используется больше воды; меньше используется в сухом климате. Необходимо понимать, что в новых гипермасштабных центрах обработки данных используется оборудование с воздушным охлаждением там, где потребление воды нулевое, за исключением питьевой воды и орошения.

Брук Гаммер: Управление использованием воды в центрах обработки данных с высокой плотностью размещения представляет собой ряд проблем, особенно в регионах, где испарительное охлаждение является жизнеспособной стратегией. Одним из наиболее важных соображений является знание широкого спектра местных норм и правил водопользования. В некоторых юрисдикциях запрещено повторное использование продувочной воды или сбор дождевой воды, в то время как другие требуют от проектировщиков адаптировать решения к конкретным правилам каждого места. Кроме того, обработка продувок на месте может быть очень эффективной в определенных климатических условиях, но гораздо более сложной или дорогостоящей в других.

Кен Урбанек: Традиционно следует избегать идеи использования охлажденной воды рядом с вычислительными системами, но с появлением рядных кулеров, кулеров задней двери, а теперь и прямого жидкостного охлаждения это обычное явление. Учитывая внедрение систем на водной основе, мы обычно видим не капельные поддоны, а скорее широкое использование веревок для обнаружения утечек. Мы прокладываем непрерывные сегменты троса для обнаружения утечек под всеми мокрыми системами. Кроме того, на уровне стойки мы предусматриваем отдельные зоны обнаружения утечек на ответвлении терминала и гибкие шланги, которые подключаются к быстрозакрывающимся клапанам предотвращения затопления, которые взаимодействуют с системой управления инфраструктурой центра обработки данных для инициирования отключения стойки. В некоторых случаях мы даже отключаем электропитание и отключаем клапаны при обнаружении воды.

Публикация «Как использовать передовые стратегии охлаждения в центрах обработки данных искусственного интеллекта»