省水的冷卻系統

New cooling method for supercomputers to save millions of gallons of water
August 31, 2016
Sandia National Laboratories

在不同的國家內，人們討論灰水(gray water)回收或雨水蒐集來減少抽取以百萬加侖計的地下水用來冷卻大規模的數據中心。但是根據 Sandia National Laboratories 研究員 David J. Martinez，液態冷卻劑是在任何氣候下都很有用的。

基於那個原則下，David J. Martinez 正在幫忙研發和控制冷卻系統，如果成功安裝在明年位於新墨西哥的 Sandia 計算機中心，則每年可以省下 400-500 萬加侖的水，如果廣用於全國的話，則可省下幾十億加侖的水。Johnson Control 生產的系統 Thermosyphon Cooler Hybrid System 可以冷卻如冰箱卻又不會化那麼多錢和省下壓縮機的能源需求。

現今，許多數據中心使用水去去除伺服器的廢熱。然後那些廢熱水被引到冷卻塔內，那些水藉由變成小水滴或水蒸氣冷卻自己。就像流汗蒸發一樣，這個過程把熱從水中移走，然後冷卻後的水又回到原處去冷卻其他東西。但是我們需要大規模的補水來補足蒸發掉的失去，從而繼續該程序。因此，由於數據中心數目的成長，及使用者上傳越來越多資料到數據中心，將會需要更多水。

David J. Martinez 說道，我的工作就是要把冷卻塔踢出去。十年前，我講述那時候很新穎的方法－用水去冷卻超級電腦，一開始有 30 個人，最後只剩 10 個人，他們說用水去冷卻超級電腦沒有用，要用空氣。但是現在一堆人都用水去冷卻，我仍然像未來看齊，我也發現在德州西北部半數的數據中心用冷卻劑冷卻，乃是氣候使然。


這原型概念是用冷卻劑帶走水的熱而不是水自行蒸發。大概是如此，水先帶走機器的廢熱，然後被帶到一個被冷卻劑系統包圍的密閉系統，冷卻劑將水的熱帶走，讓水有辦法繼續去冷卻，同時，冷卻器蒸發並跟大氣交換熱量，冷卻劑凝結冷卻後又可以幫水降溫，就這樣循環下去。

David J. Martinez 說道，這樣的循環裡沒有水蒸發掉的損失，我們也不用加殺菌劑之類的東西，也不用壓縮機，這是使用相(phase)變換的冷卻劑，只要外面天氣夠冷去吸收熱能就好了。

在新墨西哥，這可以應付春天、秋天和冬天，省下數以百萬加侖計的水資源。在夏天，周圍的空氣夠熱可以加速水分的蒸發會其他的蒸發冷卻法。但是更有效率的電腦結構可以提高伺服器適合溫度的臨界值，可以大幅降低冷卻塔的使用頻率。David J. Martinez 說道，如果不用冷卻數據中心到 7℃ 而是到 18-26℃ 那麼外面接近臨界值的暖空氣(~25℃)就可以直接應付了。 

對於不是直接用氣體冷卻的，需要更優秀的設計，冷卻到有效的地方，使得運作溫度可以升高且使得冷卻劑在一年循環多次。在 Sandia，以前他們習慣在 7℃ 運作機器，現在則是到 18-26℃。我們使得空氣有辦法流暢的流動而不會有渦流(whorl)。他們從超級電腦的結構和冷卻系統的結構著手使得氣流可以順暢。而且他們也安裝對室內溫度敏感的風扇，得以在電腦快速運轉時調快，反之則減慢。這可以使數據中心的空氣循環更加有效。不緊急但對電腦負荷重的工作可以在夜晚比較涼爽時工作。David J. Martinez 說道，提高個別系統的效率可以提高全部的效率，使用省水冷卻系統也可以省更多水資源。