Server-Rack mit Wasser kühlen? Sinnvoll? Energie für kleine Installationen wiederverwenden?

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Erstens - es handelt sich nicht um eine Kauffrage und nicht um konkrete Preise, sondern um die allgemeine Machbarkeit. Es macht keinen Sinn, einen Hersteller zu suchen, wenn der Ansatz schlecht ist.

Ich ziehe mein Unternehmen im September in ein neues Büro um und während des Umzugs werden wir unseren Computercluster erweitern und konsolidieren. Im Moment ist es in einem Rechenzentrum, aber ich habe ein schönes Zimmer im Keller vorbereitet.

Ich denke über Kühlung nach. Wir werden voraussichtlich bis Ende des Jahres rund 10 kW Strom verbrauchen. Das ist eine Menge Wärme und das Kühlen wird teuer. Ich befinde mich in Südpolen, nahe der deutschen Grenze. Dies ist ein Bereich, in dem Wasser zu einem relativ günstigen Preis erhältlich ist - "Verschwendung von Wasser" ist hier kein Problem. Meine Situation unterscheidet sich also zum Beispiel von einer Firma in Spanien;)

Die Physik sagt mir, dass zum Erhitzen von 1 Liter Wasser bei 1 ° C 1 Kalorie (1KCal) und 1 kWh (und wir können einen Wirkungsgrad von 100% annehmen - Warmwasserbereiter sind ziemlich effizient) 750 Kalorien benötigt werden. Das heißt, 1 kWh entspricht 750 Litern, die um 1 ° C erwärmt werden. 10 kW und 20 ° mehr Wärme bedeuten, dass ich pro Stunde 375 Liter benötige. Das sind 6,25 Liter pro Minute und nicht so viel;) Wir reden hier über 270 Kubikmeter. Sogar im Sommer kühlen die unterirdischen Rohre das Wasser sehr viel mehr ab;)

Ist ein solcher Ansatz möglich? Hat das jemand gemacht? Wir haben vorerst eine 10kW-Installation. Ist es möglich, diese Wärme wiederzuverwenden? Die Alternative ist ein ordentliches Kühlsystem, das rund 2,5 kWh zum Laufen bringt. Das Wasser fallen zu lassen würde:

  1. Bekomme ich einen ziemlich kalten Input im Vergleich zur Außenluft, auch im Sommer (dh ein Medium mit niedrigerer Temperatur, um die Wärme hereinzulassen)
  2. Ersetzen Sie die Notwendigkeit, Wärme an die Außenluft abzuleiten, was problematisch sein kann. Wenn die Luft 22 ° C hat, ist das VIEL zu bekämpfen, aber OTOH ist das Wasser ziemlich kalt. Eventuell würde ich auch die Investition für den Außenteil des Kühlkreislaufs sparen.

Nun, zweite Frage - gibt es eine Möglichkeit, ein Haus damit zu heizen? ;) Immerhin ist es eine Menge Energie in diesem Wasser;)

Wenn das eine schlechte Idee ist, höre ich hier auf. Wenn nicht, suche ich nach Lieferanten. Vielleicht ist meine Mathematik falsch?

TomTom
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Interessante Idee - wie die Antworten gezeigt haben, ist dies schon einmal der Fall, aber ich persönlich möchte kein Wasser in der Nähe eines Serverclusters mit Hunderttausenden von Währungen - unabhängig davon, wie viel Geld für ein Wasserkühlsystem ausgegeben wird.
Tombull89
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Gut dann verwenden Sie es für coutner Abkühlung. In Rack-Kühlsystem - worin leiten Sie die Wärme ab? ;) Ich habe gerade en.wikipedia.org/wiki/Deep_water_source_cooling als eine Idee gefunden - jetzt habe ich das nicht, aber vielleicht funktioniert es mit Dingen wie dem Heizen des Hauses, dem Ablassen von warmem Wasser und dem Erhalten von frischem Wasser usw. Verdunstungskühlung allein würde Dinge bewirken viel effizienter, energieeffizienter.
TomTom
Wasser ist normalerweise nicht das Medium der Wahl (da es nahezu unmöglich ist, 100% reines Wasser zu erhalten, und unreines Wasser dazu neigt, Elektrizität zu leiten). Öl-Immersionskühlung ist normalerweise die Methode der Wahl ... Die Rückgewinnung der Abwärme aus diesem System ist eine Übung für den Leser, aber ich würde vorschlagen, dass der Luftaustausch mit den Abgasen der Ventilatoren wahrscheinlich einfacher / billiger durchzuführen ist. ..
voretaq7
@ voretaq7, Ich habe Mineralölkühlung schon einmal gesehen, aber auf einem einzelnen Desktop und glaube nicht, dass dies in so großem Maßstab geschehen würde. Ich habe mich offensichtlich geirrt.
Tombull89
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10kw ist keine hohe Skala. Heutzutage beträgt die Dichte 40 kW pro Rack (ich habe die Kühlaggregate für die Hintertür gesehen). Ich bekomme heutzutage standardmäßig 2 Prozessoren pro 1U - mach die Mathematik. Die Tage der 2.5kw Racks sind vorbei ...;)
TomTom

Antworten:

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Es gibt zwei Ansätze, von denen ich weiß, dass sie auf dem Markt existieren, und einen, von dem ich nur in kundenspezifischen Builds gehört habe.

Marktreif

Diese Lösungen verwenden einen Wasserkreislauf für die Kühlung im Rack. Sie produzieren gekühlte Luft auf der Einlassseite des Racks und tauschen mithilfe des Wasserkreislaufs Wärme zwischen der Umgebung und dem, was sie produziert, aus. Diese Lösungen sind vorhanden und erfordern keine Änderungen an der Rackhardware, damit sie funktionieren. Sie erfordern manchmal spezielle Rack-Türen, um einen korrekten Luftstrom zu gewährleisten, aber nicht immer. Einige Lösungen erzeugen einen „Vorhang“ aus kalter Luft vor den Servereinlässen.

Mit diesem Ansatz können Sie die 10 kW / Rack-Grenze für die Leistungsdichte leicht durchbrechen.

Benutzerdefinierte Builds

Dieser Ansatz bringt Wasser in das Gerät selbst. Ich kenne keine Server außerhalb des Onlineshops, in die Wasserkreisläufe eingebaut sind, aber ich höre, dass die großen Hersteller Ihnen helfen können, wenn Sie wirklich 10K-Geräte mit solchen Anforderungen benötigen. Der Vorteil hierbei ist, dass Sie die Leistungshülle höher drücken können, da Sie sich nicht (so sehr) auf die Luftdurchlässigkeit der Wärme verlassen, da der Wasserblock selbst die Wärmeübertragung von den Geräten übernimmt.

Theoretisch kann man mit der Custom-Build-Methode sehr hohe Leistungsdichten erzielen.

sysadmin1138
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Sorry, das beantwortet die Frage per se nicht. Ich weiß, Rack-Lösungen existieren. Rittal und andere verkaufen sie - das ist eine Klimaanlage im Rack. Die Frage ist mehr über die andere Seite, die Hitze loszuwerden. Ich ziehe es vor, nicht für eine AC-Außeneinheit zu bezahlen, die NUR die Wärme verschwendet, wenn ich eine effizientere Lösung finden kann. Vielleicht arbeitet kaltes Wasser als Gegenseite, vielleicht funktioniert es sogar noch besser ... wenn Sie das warme Wasser im Haus benutzen?
TomTom
@TomTom Ah, Sie suchen die Wärmetauscherseite außerhalb des Serverraums! Abgesehen von meinem unmittelbaren Know-how fürchte ich.
sysadmin1138
Im Raum gehe ich wahrscheinlich mit einem Rack oder einer seitlichen Montage - überprüfe diesen Teil im Moment. Es gibt einige, die Wasser verbrauchen, aber stellen Sie sicher, dass es sicher ist (kein Wasser ÜBER den Servern, ein Leck geht nach unten und es gibt nur Rohre, wir erhalten Daten und Strom sowieso von oben). Das Problem ist mehr - sobald die Flüssigkeit aus dem Raum ist, wie bekomme ich das Zeug am effizientesten gekühlt;)
TomTom
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Bezüglich der Kosteneffizienz der Wasserkühlung im Allgemeinen habe ich bereits eine andere gute Frage beantwortet: Warum ist die Wasserkühlung in Rechenzentren nicht weit verbreitet?

In Bezug auf Ihre spezifische Situation würde ich wärmstens empfehlen, sich Erdwärmepumpen mit Economizern anzusehen. In Ihrem Winter ist es wahrscheinlich kühl genug, um nur die Economizer zu betreiben und das Rechenzentrum mit Außenluft zu kühlen. Im Sommer sind Wärmepumpen viel effizienter als Standard-Wechselstromgeräte, in der Regel ungefähr doppelt so effizient.

Mit herkömmlichen Umwälzwärmepumpen können Sie die Wärme aus einem Bereich (Rechenzentrum) extrahieren und auch in einen anderen Bereich (Büroraum oder angeschlossenes Haus) sehr effizient pumpen (obwohl es wahrscheinlich kostengünstiger ist, mit herkömmlichen Quellen zu arbeiten) Dies hängt von den Energiekosten in Ihrer Region ab.

Sie können auch Luft zum Ablassen von Wasser zum Kühlen, Luft im Rack (wie üblich) und frisches Wasser zum Kühlen der Luft verwenden. Dieses Wasser kann aus frischen Quellen stammen und nach "Erhitzen" abgelassen werden; Dies war früher üblich, um Kühlschränke in kommerzieller Größe zu betreiben, da die Mathematik genau so lief, wie Sie es in der Frage formuliert haben. Es wird heute nicht mehr häufig verwendet, weil Wasser teurer ist als früher und die Mathematik nicht mehr funktioniert (zumindest in meiner Ecke der Welt, und Wasser ist auch hier ziemlich billig). Es wäre effizienter, den Server direkt mit Wasserkühlung zu kühlen, Sie gehen jedoch auch das Risiko eines Lecks ein (das auf eigenes Risiko oder mit eigenen Versicherungskosten verbunden ist).

Der größte Nachteil, den Sie bei der Implementierung der oben genannten Maßnahmen haben, ist die Tatsache, dass es sich um teure Geräte handelt. Den meisten Unternehmen ist es egal, ob es sich in 10 bis 20 Jahren auszahlt, sie kümmern sich nur um das diesjährige Endergebnis. Die Auszahlungsfrist hängt von Ihren örtlichen Preisen ab.

Chris S
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Nicht wirklich. Auch wenn Sie den Serverraum verlassen - ignorieren Sie die Wasserseite usw. ... was ist mit frischem Wasser als Wärmespeicher? Bei einer 1-MW-Installation kann dies ein Problem sein (es sei denn, Sie befinden sich an einem Fluss), aber dies würde die Hälfte des Energieproblems für die Wechselstromversorgung beseitigen und eine bedeutend kältere Wärmeabgabe liefern als Außenluft. Meine Frage ist nicht weit verbreitet - ich bin bereit, hier zu investieren. Meine Frage ist die Wirtschaftlichkeit / Machbarkeit. Und es gibt Kits für die Rack-Kühlung - auch mit Wasser.
TomTom
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Imperial - Galons sind schlimm genug, aber eine BTU wird hier nicht verwendet. Es
TomTom
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Durch die Verwendung von Wasser als Kühlkörper in einem typischen Kühlkreislauf (typische Kühler) sind sie 2-3-mal effizienter (vorausgesetzt, die Wasserversorgung hat ungefähr die Bodentemperatur von 12 ° C). Dies gilt sowohl für geschlossene Erdschleifen (im Allgemeinen als Erdwärmepumpen bezeichnet) als auch für offene Schleifen wie Frischwasser. Typische Verdampfungssysteme sind viel weniger effizient und in der Regel am besten für dampfbetriebene Anwendungen geeignet (wo das örtliche Versorgungsunternehmen Dampf liefert, üblicherweise aus der Müllverbrennung).
Chris S
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Es ist besser. Es wurden einige Behauptungen für die Kühlung mit Grundwasser gefunden, bei der die Kühlung für 15 kW (!) Auf 500 Watt eingestellt wird, solange die Wassertemperatur 14 bis 18 Grad beträgt.
TomTom
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Wasser liefert 1,16 W Kühlung pro Liter. Zum Kühlen von 10 kW werden 11600 Grad-Liter benötigt. Die meisten Computer laufen bei 32 ° C. Wenn das Grundwasser bei 12 ° C anfing, wäre das ein Anstieg um 20 ° C (unter der Annahme eines unrealistischen Wirkungsgrades von 100%), also 11600l-C ÷ 200C = 580l (meine 650l-Schätzung ist realistischer). Ihre 500-Watt-Zahl bedeutet nichts ohne Temperaturdifferenz und Durchflussrate. Wenn Sie zum Beispiel eine Wärmepumpe (Peltier, Verdunstung, Kältemittel) verwenden, können Sie die Temperaturdifferenz erhöhen, aber dann müssten Sie auch den Strom bezahlen, um das zu betreiben.
Chris S
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TomTom - ich sehr fast ein Bündel von HP gekauft MCS wassergekühlten Racks für ein Projekt vor ein paar Jahren , sondern Rechenzentrum zu ändern gewählt haben.

Es ist nicht gerade billig, aber sie halten an der Zuverlässigkeit fest, zum Beispiel freuen sie sich, dass Sie ihnen ihr Integrity-Zeug geben. Es kann übrigens ~ 36Kw pro Rack verarbeiten.

Wollte nur, dass Sie auf dieses Zeug aufmerksam werden, da es nicht gerade von ihrer Website springt.

Chopper3
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Ja, besonders HP;) Es sind noch welche in der Nähe - und ich denke, ein Seitenkühler ist am besten. Bewertung derzeit die Ansätze. Meine Hauptfrage ist nicht die Server-Seite, es ist im Grunde, wie die Wärme zu entladen;)
TomTom
In Ost-London gibt es ein Rechenzentrum, das wir für den Fall eines größeren Stromausfalls auf eine verrückte Art und Weise nutzen - es gibt einen großen Teich zwischen den Gebäuden, der mit viel regelmäßigem Regenwasser gefüllt ist. Im Falle eines Stromausfalls können sie die Hitze irgendwie durchleiten, kennen die Details nicht, aber es ist kein kleiner Teich, vielleicht 100m x 10m?
Chopper3
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Naja, das Haus hat hinten ein Singen für Abwasser von Toiletten etc. - das wird nicht mehr benutzt. Ich könnte ein paar Leute dafür bezahlen, es aufzuräumen, und dann dort einen Tank für Regenwasser aufstellen. Einverstanden;) Eigentlich kann Regenwasser auch die Wasserrechnung erheblich reduzieren;)
TomTom
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Ich kann nicht alle Fragen beantworten, die Sie gestellt haben, aber es gibt einen Gastgeber, dessen Strategie größtenteils auf wasserbasierter Kühlung basiert, und das ist OVH . Alle Server sind wassergekühlt, so dass sie interessante Preise anbieten können. Wenn ich mich richtig an die Statistiken erinnere, sind sie das größte Hosting-Unternehmen in Europa und das fünfte der Welt. Also ja, es kann funktionieren.

Ist es einfach Nein. Sie stellen den größten Teil ihrer Wasserkühlung her, was hohe Vorlaufkosten verursacht. Dies führt jedoch zu einer hohen Energieeffizienz.

Können Sie das erhitzte Wasser wiederverwenden? Ich bin mir nicht so sicher, dass die Wassertemperatur nicht zu hoch werden soll, da dies die Effizienz beim Abkühlen Ihrer Server beeinträchtigt.

Antoine Benkemoun
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LRZ verfügt über einen großen, warmwassergekühlten HPC-Cluster, und diese Art der Abwärmerückgewinnung wird durchgeführt.

SuperMUC verwendet eine neue, revolutionäre Form der Warmwasserkühlung, die von IBM entwickelt wurde. Aktive Komponenten wie Prozessoren und Speicher werden direkt mit Wasser gekühlt, das eine Eintrittstemperatur von bis zu 40 Grad Celsius haben kann. Die "Hochtemperatur-Flüssigkeitskühlung" in Verbindung mit einer sehr innovativen Systemsoftware verspricht, den Energieverbrauch des Systems zu senken. Darüber hinaus werden alle LRZ-Gebäude mit dieser Energie beheizt.

Weitere Informationen unter http://www.lrz.de/services/compute/supermuc/systemdescription/

physicsgeekn
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