Geleneksel ve Modern Veri Merkezi Soğutma Sistemleri

Günümüzde sürekli artmakta olan bilgi işlem kapasiteleri sunucu standartlarını değiştirdiği gibi veri merkezi altyapı standartlarını da değiştirmektedir. Sürekli gelişen ve artan bilgi işleme kapasitesi CPU, GPU, DPU gibi önemli donanımların da değişmesine ve gelişmesine neden olmaktadır. Bu donanımların gelişmesindeki en önemli engel ise artan enerji ve ısıdır. Artan enerji ve ısı gereksinimi veri merkezleri içinde çok fazla soğutma kapasitesine ihtiyaç duymaktadır. Artan soğutma ihtiyacı çok fazla enerji ihtiyacı da gerektirmektedir. Bu döngü nedeniyle veri merkezi beyaz alan, operasyon ve tüketim maliyetleri git gide artmaktadır.

Maliyet dışında artan bu ısı etkili bir şekilde yönetilmezse veri merkezi içerisinde kesinti ve arızalara hatta veri kaybına bile neden olabilir. Bu nedenle modern veri merkezi soğutma sistemleri giderek daha fazla tercih edilmeye başlamıştır. Yeni veri merkezleri planlanırken modern veri merkezi soğutma sistemi altyapılarını da mutlaka analiz ve entegre etmek artan bu ısı yükünü karşılamak açısından oldukça faydalı olacaktır.

Modern soğutma sistemlerin başlıca gereksinim nedenleri;

• Yüksek Soğutma Verimliliği
  Sıvı, hava gibi soğutucu ortamlara göre ısıyı çok daha etkin bir şekilde taşıyabilir. Sıvı soğutma sistemleri, ısıyı doğrudan sunucu bileşenlerinden alarak, hava soğutmaya kıyasla daha hızlı ve daha etkin bir şekilde uzaklaştırabilir.
• Daha Fazla Yoğunlukta Bilgi İşlem Gücü
  Veri merkezleri, mekan kullanımını optimize etmek ve enerji verimliliğini artırmak amacıyla, giderek daha yoğun bilgi işlem gücüne ihtiyaç duymaktadır. Sıvı soğutma, daha yüksek yoğunluktaki bilgi işlem yüklerini destekleyerek, veri merkezlerinin mevcut alanlarından daha fazla faydalanmasına olanak tanır.
• Enerji Verimliliği ve Maliyet Tasarrufu
  Sıvı soğutma sistemleri, hava bazlı soğutma sistemlerine göre genellikle daha enerji verimlidir. Bu, daha düşük soğutma maliyetleri ve dolayısıyla daha düşük operasyonel maliyetler anlamına gelir. Enerji tüketimini azaltmak, özellikle büyük ölçekli veri merkezleri için önemli bir tasarruf sağlar.
• Çevresel Etkinin Azaltılması
  Enerji verimliliğindeki artış, karbon ayak izinin azaltılmasına katkıda bulunur. Sıvı soğutma sistemlerinin kullanımı, genel enerji tüketimini düşürerek veri merkezlerinin çevresel etkisini azaltmaya yardımcı olabilir.
• Isı Geri Kazanımı Potansiyeli
  Bazı sıvı soğutma sistemleri, soğutma sırasında toplanan ısıyı geri kazanabilir ve bu ısıyı binaları ısıtmak veya sıcak su sağlamak gibi diğer amaçlar için kullanabilir. Bu, enerji verimliliğini daha da artırır ve sürdürülebilir bir çözüm sunar.
• Ekipman Ömrünün Uzatılması
  Etkili soğutma, sunucu ve depolama bileşenlerinin aşırı ısınmasını önler, bu da donanımın ömrünü uzatır ve arıza oranlarını azaltır. Bu, uzun vadede maliyet tasarrufu sağlar ve sistem güvenilirliğini artırır.

Aşağıda güncel CPU ve GPU enerji gereksinimlerini ve sağladıkları bilgi işlem kapasitesini görebilirsiniz. Yüksek bilgi işlem gücünün bedeli artan enerji ve ısıdır.

Temel Farklılıklar

Geleneksel Veri Merkezi Soğutma
Hava Bazlı Soğutma: Çoğunlukla CRAC (Computer Room Air Conditioner) ve CRAH (Computer Room Air Handler) birimlerine dayanır. Bu sistemler, soğutulmuş havayı veri merkezi içinde dolaşıma sokar ve sıcak hava ile soğuk hava koridorları oluşturarak sıcaklığı kontrol altında tutar.

Yüksek Enerji Tüketimi: Geleneksel hava soğutma sistemleri genellikle enerji açısından verimsizdir çünkü büyük miktarlarda havayı soğutup dolaştırmak için önemli enerji gerektirir.

Düşük Çevresel Sürdürülebilirlik: Enerji tüketiminin yüksek olması karbon ayak izini artırır ve çevresel sürdürülebilirlikle ilgili endişelere yol açar.

Sıcaklık ve Nem Kontrolü: Geniş alanları soğutmak için tasarlanmıştır, ancak sunucu yoğunluğunun artmasıyla etkinlikleri azalabilir.

Modern Veri Merkezi Soğutma

Sıvı Soğutma Teknolojileri: Modern veri merkezleri, sıvı soğutma çözümlerine yönelmiştir, örneğin doğrudan sıvı soğutma (DLC), sıra içi ve sıra arası soğutma, ve daldırma soğutma teknolojileri. Bu teknikler, ısıyı daha doğrudan ve etkili bir şekilde uzaklaştırır.

Enerji Verimliliği: Modern soğutma çözümleri, enerji tüketimini önemli ölçüde azaltır ve daha yüksek enerji verimliliği sağlar. Bu, operasyonel maliyetlerin düşürülmesine ve çevresel etki azaltılmasına katkıda bulunur.

Çevre Dostu Soğutucu Akışkanlar: Hidrokarbonlar gibi düşük küresel ısınma potansiyeline (GWP) sahip soğutucu akışkanların kullanımı artmıştır, bu da çevresel sürdürülebilirliği artırır.

Ölçeklenebilirlik ve Modülerlik: Modern soğutma sistemleri, veri merkezinin büyümesi ve değişen ihtiyaçlarına uyum sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Bu sistemler, genellikle daha esnek ve ölçeklenebilir çözümler sunar.

Isı Geri Kazanımı: Bazı modern soğutma sistemleri, soğutma sırasında üretilen atık ısıyı geri kazanabilir ve başka amaçlar için kullanabilir, böylece enerji verimliliğini daha da artırabilir.

Geleneksel ve modern veri merkezi soğutma sistemleri nasıl çalışır.

Legacy Air-Cooling (CRACs/CRAHs) (Kabin başına maksimum 15 kW)

Legacy Air-Cooling sistemleri, genellikle Computer Room Air Conditioners (CRAC) ve Computer Room Air Handlers (CRAH) olarak adlandırılan, veri merkezlerinde ve bilgi işlem odalarında yaygın olarak kullanılan geleneksel hava soğutma teknolojileridir. Bu sistemler, soğutma ihtiyaçlarını karşılamak için odanın geneline yayılan soğuk hava akışı sağlayarak elektronik ekipmanları soğutur. CRAC ve CRAH birimlerinin çalışma prensipleri benzerdir, ancak soğutma mekanizmaları açısından bazı farklılıklar gösterirler.

CRAC (Computer Room Air Conditioner)
Soğutma Mekanizması: CRAC birimleri, bir kompresör kullanarak soğutucu akışkanı sıkıştırır ve genişletir. Bu işlem sırasında ısı emilir ve daha sonra soğutucu dışarıdaki bir kondansatör yardımıyla ısıyı atmosfere atar. Soğutma işlemi tamamlandıktan sonra, soğutulmuş hava odaya geri üflenir.
Kontrol ve Yönetim: CRAC birimleri genellikle oda sıcaklığını izlemek ve ayarlamak için termostatlarla donatılmıştır. Bu birimler, soğutucu akışkanın basınç ve sıcaklık değişimlerini yöneterek hava sıcaklığını kontrol eder.

CRAH (Computer Room Air Handler) Birimleri
Soğutma Mekanizması: CRAH birimleri, soğutma için dışarıdan gelen soğuk suyu kullanır. Bu su, bir ısı eşanjörü (bobin) içinden geçerken, odadan alınan sıcak havayı soğutur. Sonuç olarak, soğutulmuş hava bilgi işlem odasına geri üflenir.
Su Soğutma Döngüsü: Soğutma suyu, genellikle bir chiller tarafından soğutulur ve ardından CRAH birimlerine pompalanır. Bu sistemler, suyun soğutma kapasitesinden yararlanarak hava sıcaklığını düşürür.

Genel Çalışma Prensibi
Her iki tür sistem de, odadan sıcak hava çeker, bu havayı kendi soğutma mekanizmalarıyla soğutur ve ardından soğutulmuş havayı odaya geri üfler. Bu süreç, elektronik ekipmanın aşırı ısınmasını önlemeye yardımcı olur.
Soğuk hava genellikle zeminden yükseltilmiş döşemeler aracılığıyla dağıtılır, böylece soğuk hava doğrudan sunucu ve diğer ekipmanların ön yüzlerine yönlendirilir. Sıcak hava, ekipmanın arka tarafından çıkarak tavana yükselir ve tekrar soğutma sistemine geri döner.

Avantajları ve Dezavantajları
Avantajları: CRAC ve CRAH sistemleri, geniş çapta kullanılmakta olup, birçok veri merkezi ve bilgi işlem odasında kurulumu ve bakımı konusunda geniş bir bilgi birikimi mevcuttur.
Dezavantajları: Geleneksel hava soğutma sistemleri, enerji verimliliği açısından modern soğutma tekniklerine (örneğin, sıvı soğutma veya sıra içi hava soğutma sistemleri) göre daha az etkili olabilir. Ayrıca, sıcak ve soğuk hava akışlarının karışımını önlemek için dikkatli bir düzenleme gerektirir.

In-Row Air-Cooling (Kabin başına maksimum 25 kW)

In-Row Air-Cooling (Sıra İçi Hava Soğutma) sistemi, veri merkezlerindeki sıcaklık kontrolü için tasarlanmış bir soğutma metodudur. Bu sistem, dolapların (rack) arasına, genellikle sıcak hava koridorlarına yakın bir konumda yerleştirilen soğutma ünitelerinden oluşur. In-Row Soğutma, veri merkezlerindeki ekipman tarafından üretilen ısıyı daha verimli bir şekilde yönetmeyi amaçlar ve geleneksel merkezi soğutma sistemlerine kıyasla enerji tüketimini azaltmaya yardımcı olur.

• Yerleşim ve Tasarım
  Soğutma üniteleri, sıcak hava ve soğuk hava koridorlarını optimize edecek şekilde, sunucu dolaplarının hemen yanına yerleştirilir. Bu tasarım, soğutma kapasitesinin doğrudan ısı kaynaklarına yakın olmasını sağlayarak ısıyı daha etkin bir şekilde yakalar ve yönetir.
• Sıcak Hava Yakalama
  Sıra içi soğutma üniteleri, sunucu dolaplarının arka tarafından yayılan sıcak havayı doğrudan yakalar. Bu yaklaşım, sıcak hava ile soğuk hava arasında karışıklığı minimize eder ve soğutma verimliliğini artırır.
• Hava Soğutma ve Dolaşımı
  Yakalanan sıcak hava, soğutma üniteleri içerisindeki soğutucu bobinler aracılığıyla geçirilir. Bu bobinler, genellikle su veya soğutucu gaz ile soğutulur. Hava soğutulduktan sonra, soğuk hava koridoruna yönlendirilir, böylece sunucu dolaplarının ön tarafından tekrar emilir. Bu süreç, verimli bir soğuk hava dolaşımını sağlar.
• Isı Değişimi
  Sıra içi soğutma üniteleri, soğutma için gerekli olan ısı değişimini yerinde gerçekleştirir. Bu, ısıyı direkt olarak ve hızlı bir şekilde uzaklaştırmak için idealdir. Soğutma medyası (su veya soğutucu gaz), merkezi bir soğutma sistemi veya dış bir soğutma kulesi aracılığıyla yeniden soğutulabilir.
• Modülerlik ve Ölçeklenebilirlik
  In-Row soğutma sistemleri, genellikle modüler ve ölçeklenebilir yapıdadır. Bu, veri merkezinin büyümesi veya soğutma ihtiyaçlarının değişmesi durumunda, ek soğutma kapasitesinin kolayca eklenebilmesi anlamına gelir.

Avantajları
Enerji Verimliliği: Soğutma kapasitesini doğrudan ısı kaynaklarının yanına yerleştirerek, enerji tüketimini azaltır.

Azaltılmış Hava Karışıklığı: Sıcak ve soğuk hava arasında karışıklığı minimize eder, böylece soğutma etkinliği artar.

Esneklik ve Ölçeklenebilirlik: Veri merkezinin mevcut ve gelecekteki soğutma ihtiyaçlarına uyum sağlar.

Rear Door Heat Exchanger Cooling (RDHx) (Kabin başına maksimum 55 kW)

Rear Door Heat Exchanger (RDHx) soğutma sistemi, veri merkezlerindeki kabinlerin (rakların) arkasına monte edilen bir soğutma çözümüdür. Bu sistem, kabin içindeki ekipman tarafından üretilen ısıyı etkili bir şekilde uzaklaştırmak için suyun soğutma kapasitesinden yararlanır. RDHx üniteleri, yüksek yoğunluklu sunucu ve ağ ekipmanlarının soğutulmasında enerji verimliliğini artırmayı ve hava soğutmalı sistemlere kıyasla daha iyi termal yönetim sağlamayı amaçlar.

• Isı Emisyonu
  Veri merkezi kabinlerindeki sunucu ve ağ ekipmanları çalışırken ısı üretir. Bu ısı, kabin içindeki hava aracılığıyla yayılır.
• Soğutma Kapısının Rolü
  RDHx sistemi, kabinin arkasına monte edilen bir soğutma kapısıdır. Bu kapı, bir veya birden fazla ısı eşanjörü (radyatör) içerir. Kabinin arka tarafından çıkan sıcak hava, bu ısı eşanjörleri üzerinden geçerken soğutulur.
• Su Döngüsü
  Soğutma kapısındaki ısı eşanjörlerine suyun dolaştığı kapalı bir devre bulunur. Bu su, genellikle veri merkezinin dışında bulunan bir soğutma kulesi veya diğer bir soğutma sistemi aracılığıyla soğutulur. Sistemde dolaşan soğuk su, ısı eşanjörleri üzerinden geçerken kabin içinden gelen sıcak havayı soğutur ve bu şekilde ısıyı emer.
• Isının Uzaklaştırılması
  Sıcak hava ile soğuk su arasındaki bu termal etkileşim sırasında, su ısıyı absorbe eder ve ısınır. Isıyı taşıyan su, daha sonra yeniden soğutulmak üzere soğutma kulesine veya merkezi soğutma sistemine geri döner.
• Enerji Verimliliği
  RDHx sistemleri, geleneksel hava soğutmalı sistemlere kıyasla daha enerji verimlidir, çünkü doğrudan kabinin arkasındaki sıcak havayı hedef alır ve soğutma için dışarıdan ek hava akışı gerektirmez. Bu, veri merkezinin genel soğutma ihtiyaçlarını azaltır ve enerji tüketimini düşürür.

Avantajları
Düşük Enerji Tüketimi: RDHx, soğutma için gereken enerjiyi azaltır ve veri merkezinin enerji verimliliğini artırır.

Alan Tasarrufu: Kabinin arkasına monte edildiğinden, ek alan gerektirmez ve veri merkezinin mevcut düzenine kolayca entegre edilebilir.

Esneklik: Farklı kabin boyutlarına ve yapılandırmalarına uyum sağlayabilir, böylece çeşitli soğutma gereksinimlerine cevap verebilir.

Liquid-to-Chip (Kabin başına maksimum 75 kW)

Liquid-to-Chip (Sıvıdan-Çipe) sunucu soğutma sistemleri, doğrudan sunucu bileşenlerinin üzerine yerleştirilen soğutma blokları aracılığıyla ısıyı verimli bir şekilde yönetmek için sıvı soğutma teknolojisini kullanır. Bu sistemler, genellikle yüksek performanslı bilgisayarlar (HPC), veri merkezleri ve diğer enerji yoğun bilişim altyapılarında kullanılan, gelişmiş bir soğutma çözümüdür.

• Soğutma Bloklarının Montajı
  Her bir işlemci veya yüksek ısı üreten bileşen üzerine, termal iletken bir malzeme (genellikle termal macun) kullanılarak soğutma blokları monte edilir. Bu bloklar, ısıyı bileşenden alıp soğutma sıvısına aktaracak şekilde tasarlanmıştır.
• Soğutma Sıvısının Dolaşımı
  Bir pompa, soğutma sisteminde dolaşacak soğutma sıvısını harekete geçirir. Bu sıvı, genellikle su veya elektrik iletkenliği olmayan özel bir sıvıdır. Sıvı, ısıyı soğutma bloklarından alarak sistem içinde taşınır.
• Isının Soğutma Sıvısına Transferi
  Soğutma sıvısı, soğutma blokları üzerinden akarken, işlemci veya diğer bileşenler tarafından üretilen ısıyı emer. Bu sıvı, doğrudan bileşenlerin yüzeyine temas ederek ısıyı çok daha verimli bir şekilde soğur.
• Isının Uzaklaştırılması
  Isıya doymuş soğutma sıvısı, sistemden uzaklaştırılmak üzere bir ısı eşanjörüne (radyatöre) yönlendirilir. Burada, sıvı tarafından taşınan ısı, radyatörün yüzeyi boyunca hava akışı aracılığıyla veya su soğutma sistemiyle çevreye dağıtılır.
• Soğutma Sıvısının Yeniden Dolaşımı
  Soğutulmuş sıvı, sisteme geri döndürülür ve bu döngü sürekli olarak tekrarlanır. Böylece, bileşenler sürekli olarak etkili bir şekilde soğutulmuş olur.

Avantajları
Yüksek Soğutma Verimliliği: Sıvı, hava soğutmaya göre ısıyı çok daha verimli bir şekilde taşır ve dağıtır.

Sessiz Çalışma: Sıvı soğutma sistemleri, hava soğutmalı sistemlere göre daha sessiz çalışır.

Isı Yönetiminde İyileştirme: Sıcak noktaların azaltılması ve genel sistem sıcaklığının daha iyi kontrol edilmesi sağlanır.

Immersion Cooling

Single-Phase Immersion Cooling (Kabin başına maksimum 184 kW)

Single-Phase Immersion Cooling (Tek Fazlı Daldırma Soğutma), elektronik bileşenleri veya tam sunucuları elektriksel olarak iletken olmayan bir sıvı içinde daldırarak soğutma yöntemidir. Bu soğutma yöntemi, özellikle yüksek performanslı bilgisayarlar (HPC), veri merkezleri ve blockchain madenciliği gibi enerji yoğun teknolojilerde kullanılmaktadır.

Temel Özellikler ve Çalışma Prensibi
Elektronik Bileşenlerin Sıvıya Daldırılması: Bu sistemde, ısı üreten elektronik bileşenler (CPU’lar, GPU’lar, bellek modülleri vb.) doğrudan bir soğutma sıvısı içine daldırılır. Bu sıvı, iletken olmayan özel bir sıvıdır, yani elektrik akımını taşımaz ve elektronik bileşenlere zarar vermez.

Isı Transferi: Elektronik bileşenlerden sıvıya doğrudan ısı transferi gerçekleşir. Bileşenler çalışırken ürettikleri ısıyı sıvıya aktarır, sıvı bu ısıyı emer ve sistem içindeki sıcaklığı dengeler.

Tek Fazlı Süreç: Adından da anlaşılacağı gibi, tek fazlı daldırma soğutma sürecinde, soğutma sıvısı buharlaşmaz veya gaz fazına geçmez. Sıvı, daima sıvı halde kalır ve ısınan sıvı, soğutma sistemi içinde dolaşarak bir ısı eşanjörü aracılığıyla soğutulur.

Enerji Verimliliği ve Etkinlik: Bu yöntem, geleneksel hava soğutma sistemlerine göre çok daha yüksek bir soğutma etkinliğine sahiptir. Soğutma sıvısı, bileşenlerin yüzeyindeki ısıyı doğrudan ve hızlı bir şekilde emerek ısının etkili bir şekilde uzaklaştırılmasını sağlar.

Avantajları
Yüksek Soğutma Kapasitesi: Tek fazlı daldırma soğutma, yoğun ısı yüklerini etkili bir şekilde yönetebilir ve yüksek performanslı sistemlerde aşırı ısınmayı önler.

Enerji Verimliliği: Bu soğutma yöntemi, enerji verimliliğini artırır çünkü soğutma için gereken enerji miktarı, geleneksel hava soğutma sistemlerine göre daha azdır.

Azaltılmış Gürültü Seviyesi: Fanlar veya diğer hareketli parçalar olmadığı için, tek fazlı daldırma soğutma sistemleri çok daha sessiz çalışır.
Uzun Ömürlü Bileşenler: Soğutma sıvısı, bileşenleri toz ve oksidasyondan koruyarak donanımın ömrünü uzatır.

Isı Geri Kazanımı Potansiyeli: Soğutma sırasında toplanan atık ısı, başka sistemlerde ısı kaynağı olarak kullanılabilir, bu da enerji verimliliğini daha da artırır.

Two-Phase Immersion Cooling (Kabin başına maksimum 250 kW)

Two-Phase Immersion Cooling (İki Fazlı Daldırma Soğutma) sistemi, elektronik bileşenleri veya komple sunucuları, buharlaşma ve yoğuşma süreçlerini kullanarak soğutan bir soğutma teknolojisidir. Bu yöntem, özellikle yüksek yoğunluklu bilgi işlem uygulamaları için tasarlanmıştır, bu da onu veri merkezleri, yüksek performanslı bilgisayarlar (HPC) ve blok zinciri madenciliği gibi enerji yoğun teknolojiler için ideal bir soğutma çözümüdür.

Temel Özellikler ve Çalışma Prensibi
Direkt Sıvı Teması: Bu sistemde, elektronik bileşenler doğrudan elektriksel olarak iletken olmayan bir sıvı içine daldırılır. Bu sıvı, bileşenlerin ürettiği ısıyı absorbe etmek üzere özel olarak seçilmiştir.

Isı Transferi Yoluyla Faz Değişimi: Bileşenlerden sıvıya aktarılan ısı, sıvının buharlaşmasına neden olur. Bu buharlaşma süreci sırasında, büyük miktarda ısı emilir, bu da etkili bir şekilde ısıyı elektronik bileşenlerden uzaklaştırır.

Yoğuşma ve Isı Dağılımı: Buharlaşan sıvı, soğutma sisteminin bir parçası olan bir yoğunlaştırıcıya taşınır. Yoğunlaştırıcıda, buhar tekrar sıvı hale döner (yoğuşur), bu süreç sırasında ısı atılır. Daha sonra soğutulmuş sıvı, sistem içinde dolaşıma devam etmek üzere tekrar elektronik bileşenlere dönüştürülür.

Enerji Verimliliği ve Soğutma Performansı: İki fazlı daldırma soğutma, ısıyı doğrudan ve çok etkili bir şekilde bileşenlerden uzaklaştırabilen yüksek bir enerji verimliliği ve soğutma kapasitesine sahiptir.

Avantajları
Yüksek Soğutma Kapasitesi: Faz değişimi, yüksek ısı yayma kapasitesine sahip olduğundan, bu sistem çok yoğun ısı yüklerini yönetebilir.

Düşük Enerji Tüketimi: Aktif soğutma bileşenleri (örneğin, fanlar) gerektirmeyen pasif bir soğutma yöntemidir, bu da operasyonel enerji tüketimini önemli ölçüde azaltır.

Uzun Ömürlü Ekipman: Sıvının elektronik bileşenleri toz, oksidasyon ve diğer çevresel zararlardan koruması, donanımın ömrünü uzatabilir.

Sessiz Çalışma: Aktif hava soğutma sistemlerine kıyasla, iki fazlı daldırma soğutma sistemleri neredeyse sessiz çalışır, bu da gürültü kirliliğini azaltır.

Isı Geri Kazanımı Potansiyeli: Sistemden atılan ısı, ısı geri kazanımı yoluyla başka amaçlar için kullanılabilir, enerji verimliliğini daha da artırabilir.

Temel Farklar
Enerji Verimliliği: İki fazlı daldırma soğutma, tek fazlı daldırma soğutmadan genellikle daha enerji verimlidir çünkü faz değişimi sırasında daha fazla ısı emer.

Soğutma Kapasitesi: İki fazlı sistemler, yoğun ısı yüklerini daha etkili bir şekilde yönetebilir.

Kompleks ve Maliyet: İki fazlı daldırma soğutma sistemleri, faz değişimini yönetmek için daha karmaşık ve pahalı donanımlar gerektirir.

Soğutma Sıvısının Özellikleri: İki sistem de farklı özelliklere sahip soğutma sıvıları kullanır; iki fazlı sistemler genellikle daha düşük kaynama noktasına sahip sıvıları tercih eder.

Hidrokarbon Sıvı (Single-Phase) ve Florokarbon Sıvı (Two-Phase) Farklılıkları

Kimyasal Yapı

Hidrokarbonlar, yalnızca karbon ve hidrojen atomlarından oluşan organik bileşiklerdir. Soğutma sıvısı olarak kullanılan hidrokarbonlar arasında propan (R290), izobütan (R600a) ve etan bulunur.

Florokarbonlar, karbon, flor ve bazen hidrojen içeren organik bileşiklerdir. Bu bileşikler genellikle CFC’ler (Kloroflorokarbonlar), HCFC’ler (Hidrokloroflorokarbonlar), HFC’ler (Hidroflorokarbonlar) ve HFO’lar (Hidrofloroolefinler) gibi sınıflara ayrılır.

Çevresel Etkiler

Hidrokarbonlar, çok düşük GWP değerlerine sahiptir ve ozon tabakasına zarar vermezler, bu yüzden çevre üzerindeki etkileri açısından florokarbonlara kıyasla daha avantajlıdır.

Florokarbonlar, özellikle CFC’ler ve HCFC’ler, ozon tabakasına zarar verme potansiyeline sahiptir ve küresel ısınmaya katkıda bulunan yüksek küresel ısınma potansiyeline (GWP) sahiptir. HFC’ler ozon tabakasına zarar vermez, ancak hala yüksek GWP değerlerine sahiptir. HFO’lar ise hem düşük GWP değerlerine sahip olmaları hem de ozon tabakasına zarar vermemeleri açısından daha çevreci bir alternatif olarak görülmektedir.

Yanıcılık ve Güvenlik

Hidrokarbonlar, yüksek derecede yanıcıdırlar, bu da kullanımlarını sınırlar ve ek güvenlik önlemleri gerektirir. Ancak, doğru şekilde yönetildiğinde, özellikle küçük ölçekli ve ev aletleri soğutma sistemlerinde etkili ve güvenli bir şekilde kullanılabilirler.

Florokarbonlar, genellikle yanıcı olmayan veya düşük yanıcılığa sahip olan güvenli soğutma sıvılarıdır. Bu, özellikle büyük ölçekli soğutma sistemlerinde güvenlik avantajı sağlar.

Performans ve Enerji Verimliliği

Hidrokarbonlar, mükemmel termal iletkenlik ve yüksek enerji verimliliği özellikleri sunarlar. Bu, özellikle enerji maliyetlerinin önemli olduğu uygulamalar için onları cazip kılar.

Florokarbonlar, geniş bir sıcaklık aralığında stabil soğutma performansı sunarlar. Ancak, bazı modern HFO bileşikleri ve HFC’ler yüksek enerji verimliliği sağlayarak öne çıkmaktadır.

Uygulama Alanları

Hidrokarbonlar, küçük ölçekli soğutma sistemleri, ev tipi buzdolapları ve hava durumu sistemlerinde, özellikle enerji verimliliği ve çevresel etkiler konusunda daha sıkı düzenlemelerin olduğu bölgelerde tercih edilir.

Florokarbonlar, ticari ve endüstriyel soğutma, iklimlendirme sistemleri ve bazı özel soğutma uygulamalarında yaygın olarak kullanılır.

Two-Phase Immersion Cooling soğutma Single-Phase soğutmaya göre dezavantajları nelerdir?

Daha Yüksek Başlangıç Maliyetleri
İki fazlı daldırma soğutma sistemleri, genellikle daha karmaşık ve maliyetli altyapı gerektirir. Bu sistemler, sıvının buharlaşması ve yoğuşması için gereken ek donanımlara (örneğin, yoğunlaştırıcılar) ihtiyaç duyar. Buna karşılık, tek fazlı sistemler genellikle daha basit ve daha düşük maliyetlidir.

Karmaşık Sistem Tasarımı ve Bakımı
İki fazlı sistemlerin tasarımı ve bakımı daha karmaşıktır çünkü buharlaşma ve yoğuşma süreçlerini yönetmek, sıvının dolaşımını sağlamak ve sıcaklık kontrolünü optimize etmek gereklidir. Tek fazlı sistemlerde, sıvı sürekli sıvı fazda kalır, bu da sistemi daha basit ve bakımı daha kolay hale getirir.

Soğutma Sıvısının Seçimi ve Yönetimi
İki fazlı daldırma soğutma sistemleri, özel soğutma sıvıları gerektirir ki bu sıvılar genellikle yüksek buharlaşma ısılarına sahip olmalıdır. Bu sıvıların maliyeti yüksek olabilir ve sıvının yönetimi (örneğin, doldurma, değiştirme, atık yönetimi) daha karmaşık olabilir.

Sızıntı ve Güvenlik Endişeleri
Her ne kadar her iki sistem de sızıntı riskine karşı önlemler alsa da, iki fazlı daldırma soğutma sistemlerinde sıvının buharlaşması ve yoğuşması süreçleri ek güvenlik ve sızıntı önleme tedbirleri gerektirir. Sızıntılar, elektronik bileşenlere zarar verebilir ve çalışma ortamında güvenlik riskleri oluşturabilir.

Enerji Yönetimi ve Isı Geri Kazanımı
İki fazlı daldırma soğutma sistemlerinde, yoğuşma süreci sırasında atılan ısıyı etkili bir şekilde yönetmek ve geri kazanmak için daha fazla düşünce ve ekipmana ihtiyaç duyulabilir. Bu, sistemin genel enerji verimliliği üzerinde bir etkiye sahip olabilir.

Immersion Cooling Soğutmanın Genel Dezavantajları Nelerdir?

• Yüksek Başlangıç Maliyetleri
  Immersion cooling sistemlerinin kurulumu, özel tasarım ve malzeme gerektirir. Bu sistemler için yatırım maliyeti, geleneksel hava soğutma veya sıvı soğutma sistemlerine kıyasla daha yüksek olabilir.
• Soğutma Sıvısının Maliyeti
  Soğutma için kullanılan özel sıvılar genellikle pahalıdır ve düzenli olarak değiştirilmesi veya bakımı gerekir. Ayrıca, bu sıvıların depolanması ve işlenmesi de ek maliyetler ve lojistik zorluklar yaratabilir.
• Bakım ve Onarım Zorlukları
  Sistemde bir sorun oluştuğunda, bileşenlerin sıvıdan çıkarılması, temizlenmesi ve tekrar monte edilmesi gerekebilir. Bu işlemler, bakım ve onarım süreçlerini karmaşık ve zaman alıcı hale getirebilir.
• Uyumluluk Sorunları
  Tüm donanım bileşenleri ve malzemeleri immersion cooling için uygun olmayabilir. Örneğin, bazı bileşenlerin sıvıya daldırılmasına izin veren özel kaplamalara veya tasarımlara ihtiyaç duyulabilir.
• Sızıntı ve Dökülme Riski
  Soğutma sıvısının sızıntı yapması veya dökülmesi ciddi bir endişe kaynağıdır. Bu durumlar, hem donanıma zarar verebilir hem de çalışma ortamında güvenlik riskleri oluşturabilir.
• Çevresel ve Sağlık Güvenliği Hususları
  Kullanılan soğutma sıvılarının insan sağlığına ve çevreye potansiyel etkileri dikkatle incelenmelidir. Sıvıların atılması ve geri dönüşümü de çevresel düzenlemelere uygun şekilde yönetilmelidir.

Immersion Cooling Örnekleri

Liquid Cooling ve Immersion Cooling soğutma sistemleri arasındaki farklar nelerdir?

Liquid Cooling (Sıvı Soğutma)

Doğrudan Soğutma: Liquid cooling, soğutma sıvısını, ısıyı emmek üzere doğrudan ısı kaynaklarına (örneğin, işlemcilere ve grafik kartlarına) yakın bir konuma getiren borular ve radyatörler aracılığıyla dolaştırır. Bu sistemde, soğutma sıvısı, soğutma blokları aracılığıyla bileşenlerin üzerinden geçer, ısıyı emer ve daha sonra ısıyı dağıtmak üzere bir radyatöre taşınır.

Kapalı Döngü ve Açık Döngü Sistemler: Liquid cooling sistemleri, hem kapalı döngü (bakım gerektirmeyen, önceden monte edilmiş sistemler) hem de açık döngü (özelleştirilebilir ve genişletilebilir sistemler) olarak bulunabilir.

Yüksek Enerji Verimliliği: Isıyı doğrudan bileşenlerden alarak etkili bir şekilde uzaklaştırır, bu da genellikle hava soğutmaya göre daha iyi performans sağlar.

Immersion Cooling (Daldırma Soğutma)

Tam Daldırma: Immersion cooling, elektronik bileşenleri veya tam sunucuları, ısıyı emmek üzere elektriksel olarak iletken olmayan bir sıvıya tamamen daldırır. Bu sıvı, bileşenlerin ürettiği ısıyı doğrudan absorbe eder ve buharlaşabilir veya bir ısı eşanjörü aracılığıyla soğutulabilir.

İki Fazlı ve Tek Fazlı Sistemler: İki fazlı daldırma soğutma sistemleri, sıvının bileşenlerin ısısıyla buharlaşmasını ve daha sonra bu buharın yoğunlaşarak sıvı hale geri dönmesini içerir. Tek fazlı sistemlerde ise, sıvı daima sıvı halde kalır ve ısıyı emmek için dolaşım pompaları kullanılır.

Üstün Soğutma Kapasitesi: Isıyı bileşenlerin tüm yüzey alanından eşit bir şekilde emebilme yeteneği, özellikle yüksek ısıl yoğunluğa sahip uygulamalarda immersion cooling’i son derece etkili kılar.

Ana Farklar

Uygulama Yöntemi: Liquid cooling, belirli bileşenleri hedef alırken, immersion cooling tüm elektronik bileşenleri veya cihazları sıvıya daldırır.

Soğutma Etkinliği ve Kapasitesi: Immersion cooling, genellikle liquid cooling’e göre daha yüksek soğutma kapasitesine ve ısı yayma etkinliğine sahiptir, çünkü doğrudan bileşenlerin üzerindeki ısıyı emebilir ve ısıyı daha uniform bir şekilde dağıtabilir.

Kurulum ve Bakım: Liquid cooling sistemleri genellikle daha geleneksel ve tanıdıkken, immersion cooling sistemleri daha yeni, potansiyel olarak daha yüksek başlangıç maliyetleri ve özel bakım gereksinimleri ile birlikte gelir.

Immersion Cooling için üreticilerine hangi soruları sormalısınız?

Fiber optik kullanabilir miyim?

• Bağlantı ve sinyal kararlığı için optik kablo ve modüllerin uygunluğu mutlaka sorulmalıdır.

Tüm BT sistemleri için kullanılabilir mi?

• Sunucu, depolama ve ağ donanımı üreticisi uygunluk verdiği takdirde sorun olmayacaktır.

Donanım garantisi ne olacak?

• Sunucu ve donanım üreticisi Immersion Cooling sistemler için mutlaka uygunluk vermelidir.

Donanımlara servis ve teknik müdahale kolay mı?

• Air Cooling ve Liquid Cooling kadar kolay olmasa da EVET.

Her veri merkezinde çalıştırabilir misiniz?

• Evet, Uygun altyapı hazırlandıktan sonra neden olmasın.

Zemin gereksinimi nasıl olacak?

• Hem yükseltilmiş zemin hem de beton plakalar üzerinde montajını yaptırabilirsiniz. Yapısal olarak Immersion Cooling yükseltilmiş zemine ihtiyaç duymaz. Ama kullanmanız durumunda ağırlığın mutlaka dengeli olarak dağıtılması gerekmektedir.

Çeşitli sertifikalara uymak zorunda mısınız?

• Immersion Cooling sistemleri yaygın veri merkezi sertifikasyonları uyumludur. Ama yine de bu sisteme dahil edilecek olan donanımlar için üreticilere danışmak doğru olacaktır.

Air Cooling ve Immersion Cooling sisteminin temsili bir karşılaştırması

Son olarak modern soğutma sistemleri ilerleyen zamanda belirli iş yükleri için bir zorunluk haline gelecek. Liquid Cooling uyumlu üreticiler şu an oldukça fazla hemen hemen bütün sunucu üreticileri Liquid Cooling uyumlu sistemleri destekliyor ve uygun donanımları üretiyor. Immersion Cooling ise henüz biraz yeni sunucu ve donanım üreticilerin tamamın bu sisteme entegre olması biraz uzun sürebilir. Kullanılan iş yüküne göre planlama baştan oldukça çok önemli.

Görüşmek üzere.