Tietokeskusten tehokas jäähdytys teollisuuskaasuilla: lämmönhallinnan tulevaisuus
Yhteenveto: Innovatiivisia jäähdytyskonsepteja datakeskuksellesi
- Haaste: Suorituskykyinen laskenta (HPC), big data ja tekoäly (AI) lisäävät palvelinkaappien lämmöntuotantoa tasolle, jota perinteinen ilmanjäähdytys ei enää pysty hallitsemaan – ei energiankulutuksen eikä tilankäytön kannalta.
- Ratkaisu: Edistykselliset menetelmät, kuten kaksivaiheinen upotusjäähdytys (Two-Phase Immersion Cooling) ja suora piirijäähdytys (Direct-to-Chip), joissa hyödynnetään erittäin erikoistuneita nesteitä ja tarkkoja kaasuinfrastruktuureja.
- Air Liquiden lisäarvo: Innovatiivisten korkean suorituskyvyn materiaalien suunnittelusta (kuten puolijohdeteollisuudelle tarkoitetut ALOHA™- ja EnScribe™-tuotevalikoimamme) inertointiin ja Turbo-Brayton-kryogeeniteknologiaamme saakka tarjoamme syvällistä osaamista koko lämmönhallinnan alalla.
- Edut: PUE-arvon (Power Usage Effectiveness) lasku lähelle 1,0:aa, hiilijalanjäljen merkittävä pienentyminen, vedettömän jäähdytyksen (Zero-Water-Cooling) toteuttaminen sekä laitteiden maksimaalinen käyttöikä.
Haaste: Miksi ilmajäähdytteiset datakeskukset saavuttavat rajansa
Maailmanlaajuisen digitalisaation nopean etenemisen myötä tietotekniikkalaitteille asetettavat vaatimukset kasvavat räjähdysmäisesti. Nykyaikaiset prosessorit ja GPU:t tiheästi pakatuissa palvelimissa toimivat fyysisten kapasiteettirajojensa äärirajoilla ja tuottavat valtavia määriä hukkalämpöä.
Perinteiset ilmastointi- ja ilmajäähdytysjärjestelmät (CRAC-/CRAH-yksiköt) vaativat paljon tilaa nostolattioille sekä kuumille ja kylmille käytäville. Lisäksi tuulettimet ja jäähdytyskoneet kuluttavat valtavia määriä energiaa. Monissa datakeskuksissa jäähdytys muodostaa jopa 40 % kokonaisenergiankulutuksesta. Pysyäkseen kilpailukykyisinä ja kestävänä nykyisessä markkinaympäristössä datakeskusten operaattorit tarvitsevat radikaalin paradigmanmuutoksen lämmönhallinnassa.
Uuden sukupolven lämmönhallinta: Tietokeskusten jäähdytys teollisuusnesteillä ja -kaasuilla
Air Liquide auttaa datakeskusten operaattoreita mullistavilla jäähdytyskonsepteilla. Siirtymällä kaasumaisista väliaineista, kuten ilmasta, erityisiin nestemäisiin tai monivaiheisiin nesteisiin, lämmönpoistoa voidaan tehostaa huomattavasti. Nesteiden lämpökapasiteetti ja lämmönjohtavuus ovat selvästi suuremmat kuin ilman.
Kaksivaiheinen upotusjäähdytys (Two-Phase Immersion Cooling)
Kaksivaiheisessa upotusjäähdytyksessä kokonaiset palvelinrivit upotetaan suoraan suljettuun altaaseen, joka sisältää erityistä, sähköä johtamatonta (dielektristä) nestettä. Kun laitteisto tuottaa lämpöä käytön aikana, neste alkaa kiehua suoraan kuumien komponenttien (kuten prosessoreiden) pinnalla ja haihtuu. Nouseva kaasu tiivistyy kanteen integroituun lämmönvaihtimeen ja putoaa takaisin nestemäisenä altaaseen.
Näissä erittäin monimutkaisissa järjestelmissä Air Liquide tarjoaa paitsi asiantuntemustaan haihtuvien aineiden käsittelyssä myös erittäin puhtaita inerttikaasuja (kuten typpeä tai argonia). Niitä käytetään säiliössä olevan nesteen yläpuolisen tilan puhdistamiseen, kosteuden tunkeutumisen estämiseen, järjestelmän suojaamiseen hapettumiselta sekä täydellisen paloturvallisuuden varmistamiseen.
Suora nestejäähdytys (Direct Liquid Cooling)
Järjestelmissä, joissa teho tiheys on erittäin suuri, jäähdytysneste voidaan johtaa suoraan prosessorien lämmönlähteeseen ohuiden mikrokanavien (Cold Plates) kautta. Tässä tilanteessa nesteiden ja paineen tarkka hallinta on olennaisen tärkeää vuotojen estämiseksi ja lämpötehokkuuden maksimoimiseksi. Air Liquide tuo tähän käyttöön vuosikymmenten kokemuksensa nesteiden ja kaasujen turvallisesta käsittelystä kriittisissä olosuhteissa.
Osaamisemme: sirujen valmistuksesta datakeskuksiin
Air Liquide ei ole pelkästään teollisuuskaasujen toimittaja, vaan olennainen osa elektroniikan ja tietotekniikan globaalia arvoketjua. Ymmärrämme paremmin kuin kukaan muu laitteita, joita teidän on jäähdytettävä, sillä olemme mukana niiden luomisessa.
- Syvällinen ymmärrys puolijohteista: ALOHA™- ja EnScribe™-tuotevalikoimiemme ansiosta olemme maailman johtava erittäin monimutkaisten esiasteiden (Precursors) ja erikoiskaasujen kehittäjä ja toimittaja puolijohteiden valmistukseen. Tunnemme nykyaikaisten korkean suorituskyvyn sirujen (CPU/GPU/ASIC) lämpö- ja fysikaaliset rajat yksityiskohtaisesti.
- Huippuluokan kryogeeninen teknologia: Patentoidun Turbo-Brayton-tekniikkamme ansiosta olemme maailmanlaajuisesti johtava toimija äärimmäisen tehokkaassa jäähdytyksessä sekä haihtumiskaasun (Boil-off gas) hallinnassa – tämä teknologinen perusta on ratkaiseva myös tulevaisuuden suprajohtavien datakeskusten arkkitehtuureille. Edistyksellinen Turbo-Brayton-tekniikka ei kuitenkaan ole ainoa edelläkävijä tällä alalla: myös perinteinen nestemäisellä typellä (LIN) tapahtuva kryojäähdytys on erittäin merkityksellistä suprajohtimien käytössä nykyaikaisissa datakeskuksissa. Lopulta käytettävä tekniikka sovitetaan tarkasti järjestelmän arkkitehtuuriin: tarvittavan jäähdytyskapasiteetin ja suprajohtavien johtojen pituuden mukaan tarjoamme aina optimaalisen ja räätälöidyn ratkaisun, joka takaa maksimaalisen tehokkuuden sekä Turbo-Brayton-tekniikalla että LIN-jäähdytyksellä.
Myös Air Liquiden Eco-Chiller-tekniikka voisi tarjota sopivan ratkaisun; asiantuntijamme neuvovat mielellään tarvittaessa.
- CO2 jäähdytysveden pH:n tarkkaan säätelyyn: Vesisäädellyissä datakeskusten valtavissa jäähdytysjärjestelmissä haihtuminen johtaa mineraalien jatkuvaan kertymiseen, mikä nostaa pH-arvoa ja lisää kalkkikertymien (scaling) sekä korroosion riskiä. Kohdennetulla hiilidioksidin ruiskuttamisella veteen muodostuu mietoa hiilihappoa, joka pitää pH-arvon optimaalisella alueella täysin automaattisesti, turvallisesti ja ympäristöystävällisesti. Toisin kuin aggressiivisten mineraalihappojen, kuten rikki- tai suolahapon, tapauksessa, CO2-neutralointi eliminoi käytännössä vaarallisen yliannostuksen riskin, suojaa järjestelmän arvokasta infrastruktuuria ja parantaa huomattavasti työturvallisuutta laitoksella.
- Kokonaisvaltainen turvallisuus (palonsammutus): Tietojenne turvallisuus on ehdoton prioriteetti. Jäähdytyksen lisäksi varustamme datakeskukset huippumoderneilla ja ympäristöystävällisillä kaasupohjaisilla palonsammutusjärjestelmillä, jotka perustuvat inerttikaasuihin ja tukahduttavat tulipalot vahingoittamatta herkkää elektroniikkaa tai jättämättä jälkiä.
Strategiset edut: Miksi muutos kannattaa
Neste- ja kaasujäähdytyksen käyttö tarjoaa datakeskuksille mitattavia strategisia ja taloudellisia etuja verrattuna ilmanjäähdytykseen.
Jäähdytyksen lisäksi: täysin vihreä datakeskus
Kestävä datakeskus erottuu paitsi tehokkaasta jäähdytyksestä myös kestävästä sähkönsyötöstä. Myös tässä Air Liquide on strateginen kumppanisi:
Päästötön vetypohjainen varavirtalähde (Backup Power):
Perinteiset dieselgeneraattorit varavirtalähteiksi (invertterit/UPS) ovat yhä useammin jäämässä pois käytöstä tiukkojen ympäristömääräysten vuoksi. Air Liquide on maailmanlaajuinen edelläkävijä vetytaloudessa. Autamme datakeskuksia ottamaan käyttöön suuria vetypolttokennojärjestelmiä, jotka tuottavat välitöntä ja 100-prosenttisesti päästötöntä energiaa sähkökatkoksen sattuessa. Näin ympyrä sulkeutuu kohti täysin ilmastoneutraalia datakeskusta.
Usein kysyttyjä kysymyksiä (FAQ) datakeskusten jäähdytyksestä
1. Onko nesteellä tapahtuva upotusjäähdytys turvallista tietotekniselle laitteistolleni?
Kyllä, ehdottomasti. Upotusjäähdytyksessä käytettävät erikoisnesteet ovat dielektrisiä, mikä tarkoittaa, että ne eivät johda sähköä. Koska palvelimet ovat täysin eristettyjä ympäröivästä ilmasta, ne ovat lisäksi suojattuja pölyltä, kosteuden vaihteluilta ja hapettumiselta. Tämä vähentää merkittävästi laitteiden vikaantumisastetta (Failure Rate) ja pidentää IT-investointienne käyttöikää.
2. Miten uusi lämmönhallinta vaikuttaa datakeskukseni PUE-arvoon?
PUE (Power Usage Effectiveness) kuvaa datakeskuksen kokonaisenergiankulutuksen ja puhtaasti IT-infrastruktuuriin käytetyn energian välistä suhdetta. Ilmajäähdytteisissä laitoksissa PUE-arvot ovat usein 1,5–2,0, kun taas ”Two-Phase Immersion Cooling” -tekniikkaa käyttävissä järjestelmissä PUE-arvot ovat yleensä 1,05–1,1. Lähes kaikki syötetty sähkö ohjataan suoraan laskentatehoon.
3. Voidaanko olemassa olevat datakeskukset muuttaa upotus- tai suorajäähdytysjärjestelmiksi?
Täydellistä uudisrakentamista (Greenfield-projekti) ei aina tarvita. On olemassa lukuisia jälkiasennusratkaisuja, joissa olemassa olevia datakeskuksia modernisoidaan asteittain tai osittain – esimerkiksi luomalla erillisiä, nimenomaan nesteellä jäähdytettäviä tiheäasennusalueita, kun taas perinteiset kaapit jäähdytetään edelleen ilmalla.
4. Miten teollisuuskaasut ja -nesteet edistävät ESG-strategiaa ja ympäristönsuojelua?
Myönteiset vaikutukset ovat valtavat. Merkittävien sähkönsäästöjen lisäksi vedenkulutus poistuu kokonaan (Zero Water Cooling), kun taas perinteisissä haihdutusjäähdytystorneissa se nousee miljooniin litroihin vuodessa. Lisäksi nesteiden korkea ulostulolämpötila mahdollistaa erittäin tehokkaan lämmön talteenoton (Waste Heat Recovery). Jälkilämpö voidaan syöttää suoraan ja vähäisin häviöin paikallisiin kaukolämpöverkkoihin ympäröivien rakennusten lämmittämiseksi.
5. Mikä rooli Air Liquidellä on käytännössä tässä siirtymässä?
Air Liquide toimii globaalina teknologia- ja toimituskumppanina. Toimitamme paitsi prosessissa tarvittavat kaasut (esimerkiksi typpeä upotusaltaiden huuhteluun ja inertointiin) sekä palontorjuntaratkaisut, myös syvällistä osaamistamme virtausdynamiikasta, paineenhallinnasta ja laitosten rakentamisesta. Puolijohdemateriaaleihin (ALOHA™, EnScribe™) ja vetyratkaisuihin liittyvän asiantuntemuksemme ansiosta tuemme teitä kokonaisvaltaisesti matkalla kohti tulevaisuutta.
Onko sinulla kysymyksiä?
Täytä yhteydenottolomake!