Rozwiązania chłodzenia ciekłego dla urządzeń elektronicznych

Wraz z ciągłym wzrostem zużycia energii przez urządzenia elektroniczne tradycyjne chłodzenie powietrza stopniowo staje się trudne do spełnienia wymogów rozpraszania ciepła w scenariuszach zastosowań, takich jak wysokowydajne obliczenia, centra danych, pojazdy elektryczne i stacje bazowe 5G. Technologia chłodzenia ciekłego stała się ważnym środkiem rozwiązania problemu rozpraszania ciepła urządzeń elektronicznych ze względu na jego wydajne właściwości przewodzenia ciepła. W tym artykule omówiono podstawowe zasady technologii chłodzenia ciekłym i jej zastosowanie w takich dziedzinach jak centra danych, pojazdy elektryczne i stacje bazowe 5G.

Technologia chłodzenia ciekłego wykorzystuje płyn chłodzący (taki jak woda dejonizowana, olej chłodzący lub ciecz fluorowany) jako środek przenoszenia ciepła, aby szybko usuwać ciepło generowane przez urządzenie dzięki wysokiej wydajności cieplnej i wysokiej przewodności cieplnej cieczy. System chłodzenia ciekłego zazwyczaj obejmuje pompę cyrkulacji ciepła chłodzącego, wymiennik ciepła, rurociąg ciepła chłodzącego i składnik rozpraszający ciepło, który może osiągnąć wydajną i stabilną kontrolę temperatury.

W porównaniu do chłodzenia powietrznego chłodzenie ciekłe ma następujące zalety:

Wyższa wydajność chłodzenia: Przewodność cieplna cieczy znacznie przekracza przewodność powietrza, co może bardziej skutecznie zmniejszyć temperaturę roboczą sprzętu elektronicznego.

Zmniejszone zużycie energii: Chłodzenie ciekłe może zmniejszyć zapotrzebowanie na wentylatory, zmniejszyć zużycie energii systemu chłodzenia powietrza i poprawić współczynnik wydajności energetycznej (PUE).

Lepsze wykorzystanie przestrzeni: Bez potrzeby projektowania dużych kanałów powietrza, system chłodzenia ciekłym może ułożyć sprzęt bardziej kompaktowo i poprawić wykorzystanie przestrzeni szaf lub pomieszczeń komputerowych.

Zmniejszenie hałasu: zmniejszenie potrzeby pracy wentylatora, dzięki czemu sprzęt elektroniczny działa cichiej.

Zastosowanie chłodzenia ciekłego w centrach danych

1. Chłodzenie ciekłe na poziomie stojaki

Ciepło generowane przez serwery centrów danych jest niezwykle wysokie, a tradycyjne metody chłodzenia powietrzem nie mogą efektywnie rozpraszać ciepła. Technologia chłodzenia ciekłego na poziomie racku osiąga rozpraszanie ciepła na poziomie układu serwerowego za pomocą płyt chłodzenia ciekłego, chłodzenia mikrokanałowego i chłodzenia bezpośredniego zanurzenia. PUE centrów danych chłodzonych ciekłym może być zazwyczaj zmniejszona do poniżej 1,1, co znacznie poprawia efektywność energetyczną.

2. Chłodzenie ciekłe bezpośredniego zanurzenia

Technologia chłodzenia ciekłego zanurzenia bezpośrednio zanurza serwery lub moduły obliczeniowe w izolującym płynie chłodniczym, a płyn chłodniczy usuwa ciepło poprzez naturalną konwekcję lub cyrkulację przymusową. Metoda ta może zmniejszyć przestrzeń zajmowaną przez układ chłodzenia powietrza i przedłużyć żywotność sprzętu. Jest szeroko stosowany w wysokowydajnych centrach obliczeniowych (HPC) i superkomputerowych.

3. Korzyści z oszczędności energii centrów danych

Technologia chłodzenia ciekłego nie tylko zmniejsza zużycie energii rozpraszającej ciepło, ale także zmniejsza obciążenie klimatyzacji, co znacznie zmniejsza emisję węgla z centrów danych. Jednocześnie system odzyskiwania ciepła odpadowego może przenosić ciepło do innych zastosowań, takich jak ogrzewanie budynków, w celu poprawy efektywności ponownego wykorzystania energii.

Zastosowanie chłodzenia ciekłego w pojazdach elektrycznych

1. System chłodzenia ciekłego baterii

Bateria jest podstawowym składnikiem pojazdów elektrycznych, a jego regulacja temperatury bezpośrednio wpływa na wytrzymałość i żywotność. System akumulatorów chłodzonych cieczom wykorzystuje płyn chłodzący do cyrkulacji między modułami akumulatorów, aby zapewnić równowagę temperaturową komórek akumulatorów i zapobiec przegrzaniu powodującemu degradację wydajności.

2. Chłodzenie ciekłe silników i układów sterowania

Podstawowe komponenty, takie jak silniki i inwertery pojazdów elektrycznych, generują dużo ciepła podczas jazdy przy dużych prędkościach. System chłodzenia ciekłym skutecznie zmniejsza temperaturę silnika i poprawia stabilność i wydajność napędu elektrycznego dzięki połączeniu płynu chłodzącego i grzejnika.

3. Zalety bezpieczeństwa chłodzenia ciekłego

W porównaniu z chłodzeniem powietrznym chłodzenie ciekłe może zmniejszyć ryzyko ucieczki cieplnej spowodowanej przegrzaniem baterii i poprawić ogólne bezpieczeństwo pojazdów elektrycznych. Ponadto rozwiązanie chłodzenia ciekłego może dostosować się do szerszego zakresu warunków klimatycznych, aby zapewnić, że bateria nadal może zachować wydajną pracę w ekstremalnych środowiskach.

Zastosowanie chłodzenia ciekłego w stacjach bazowych 5G

1. Wyzwanie zużycia energii stacji bazowych 5G

Ze względu na zastosowanie technologii MIMO wysokiej częstotliwości i na dużą skalę zużycie energii stacji bazowych 5G jest znacznie wyższe niż w stacjach bazowych 4G, co prowadzi do szybkiego wzrostu temperatury wewnętrznej sprzętu stacji bazowych. Tradycyjne systemy chłodzenia powietrza trudno zaspokoić potrzeby długoterminowej stabilnej pracy sprzętu 5G.

2. Roztwór chłodzenia ciekłego na poziomie szafy

Technologia chłodzenia ciekłego może być stosowana w szafach stacji bazowych. Płyty chłodzące ciecz lub rury chłodzące służą do bezpośredniego kontaktu z układami rdzeniowymi i urządzeniami wzmacniaczami mocy, aby skutecznie poprawić wydajność rozpraszania ciepła, dzięki czemu stacje bazowe mogą nadal działać stabilnie w środowiskach o wysokiej temperaturze.

3. Optymalizacja zużycia energii stacji bazowej

Zużycie energii eksploatacyjnej stacji bazowych 5G jest stosunkowo wysokie. Zastosowanie technologii chłodzenia ciekłego może znacznie zmniejszyć zapotrzebowanie na klimatyzację stacji bazowej, zmniejszyć ogólne zużycie energii i poprawić efektywność energetyczną stacji bazowej.

Technologia chłodzenia ciekłego, dzięki doskonałym zdolnościom rozpraszania ciepła, wykazała duży potencjał rozwoju w obszarach zastosowań o wysokiej mocy, takich jak centra danych, pojazdy elektryczne i stacje bazowe 5G. Wraz z ciągłym postępem nauki i technologii technologia chłodzenia ciekłym odegra w przyszłości ważniejszą rolę, pomagając sprzętowi elektronicznemu rozwijać się w bardziej wydajnym i przyjaznym dla środowiska kierunku.