نقش تصفیه آب صنعتی در خنک سازی دیتاسنتر هوش مصنوعی؛ تحلیل آبین

با گسترش هوش مصنوعی و افزایش توان پردازشی سرورها، خنک‌سازی دیتاسنترها به یکی از چالش‌های مهم زیرساخت‌های دیجیتال تبدیل شده است. تراکم بالای پردازنده‌ها گرمای زیادی تولید می‌کند و مدیریت این حرارت به سیستم‌های سرمایشی کارآمدی نیاز دارد. در این بین، تصفیه آب صنعتی نقش مهمی در کنترل رسوب، خوردگی و مصرف آب دارد.

از نگاه متخصصان آبین، تصفیه آب صنعتی یکی از بخش‌های مهم طراحی زیرساخت خنک‌سازی دیتاسنترهاست؛ چون با کنترل سختی، املاح محلول، ذرات معلق و ترکیباتی با احتمال رسوب‌گذاری یا خوردگی، به حفظ راندمان تجهیزات و مدیریت مصرف آب کمک می‌کند.

دیتاسنترهای هوش مصنوعی با استفاده از سیستم‌های هواخنک، آب‌خنک یا خنک‌سازی مستقیم با مایع، گرمای تولید شده توسط سرورها و پردازنده‌ها را دفع می‌کنند. تفاوت این روش‌ها در نحوه انتقال گرما و تجهیزات مورد نیاز آنهاست و انتخاب روش مناسب به تراکم توان پردازشی، طراحی مرکز داده، شرایط اقلیمی و محدودیت‌های مصرف آب و انرژی بستگی دارد.

با افزایش توان پردازشی سرورها، مدیریت گرمای تولید شده هم اهمیت بیشتری پیدا می‌کند و خنک‌سازی مایع یکی از راهکارهای مهم دفع این گرماست. در این سیستم‌ها، مایع نزدیک به پردازنده‌ها گرما را جذب می‌کند و آن را از طریق مبدل حرارتی به مدار دیگری انتقال می‌دهد. بنابراین، آب خنک‌کننده لزوما به صورت مستقیم با قطعات سرورها در تماس نیست و کیفیت آب مورد نیاز و روش تصفیه آب صنعتی به بخشی از سیستم خنک‌کننده که آب در آن جریان می‌یابد، بستگی دارد.

تصفیه آب صنعتی تجمع املاح، تشکیل رسوب و خوردگی در تجهیزات خنک کننده را کنترل می‌کند. بیشترین اهمیت این موضوع خود را در برج‌های خنک‌کننده نشان می‌دهد چون با تبخیر آب، غلظت املاح باقی‌مانده افزایش می‌یابد و در صورت کنترل نامناسب، احتمال رسوب‌گذاری و آسیب به تجهیزات بیشتر می‌شود.

برای انتخاب روش مناسب تصفیه آب، باید کیفیت آب ورودی و شرایط بهره‌برداری به شکل دقیق بررسی شود. مهم‌ترین پارامترهایی که طراحان سیستم تصفیه آب صنعتی آبین در این خصوص ارزیابی می‌کنند، عبارتند از:

• سختی آب: کلسیم و منیزیم می‌توانند در شرایط نامناسب باعث تشکیل رسوب شوند.
• سیلیس و املاح محلول: غلظت بالای این ترکیبات ممکن است محدودیت‌هایی در چرخه تغلیظ برج خنک‌کننده ایجاد کند.
• ذرات معلق: این ذرات می‌توانند باعث گرفتگی فیلترها، نازل‌ها و مسیرهای گردش آب شوند.
• ترکیبات خورنده و آلودگی میکروبی: کنترل شیمی آب و رشد میکروارگانیسم‌ها برای حفاظت از تجهیزات ضروری است.

بنابراین، استفاده از فناوری اسمز معکوس (Reverse Osmosis)، سختی‌گیر، فیلتراسیون یا بهره‌گیری از مواد شیمیایی مناسب باید بر اساس آنالیز آب و نیاز واقعی سیستم انجام شود. همه دیتاسنترها به تجهیزات یکسانی نیاز ندارند و گاهی ترکیب چند روش طبق نظر کارشناس، راهکار مناسب‌تری برای کنترل کیفیت آب است.

تصفیه آب صنعتی با کنترل رسوب‌گذاری، خوردگی و گرفتگی، احتمال افت عملکرد تجهیزات سرمایشی را کاهش می‌دهد. اگر کیفیت آب به‌درستی مدیریت نشود، رسوبات انتقال حرارت را مختل می‌کنند و خوردگی نیز به لوله‌ها، مبدل‌ها و سایر اجزای سیستم آسیب می‌رساند. سه اقدام اصلی در این زمینه برای محافظت از تجهیزات عبارتند از:

1. کنترل رسوب: استفاده از سختی‌گیر یا مواد ضد رسوب متناسب با کیفیت آب، باعث کاهش تشکیل رسوبات معدنی می‌شود.
2. مدیریت خوردگی: تنظیم شیمی آب و استفاده اصولی از بازدارنده‌های خوردگی، از اجزای فلزی سیستم محافظت می‌کند.
3. کنترل آلودگی میکروبی: پایش و گندزدایی متناسب با شرایط مدار، به جلوگیری از تشکیل بیوفیلم و اختلال در گردش آب کمک می‌کند (در برج های خنک‌کننده، کنترل میکروبی شامل مدیریت ریسک لژیونلا هم هست).

نکته مهم این است که کیفیت آب مورد نیاز برج خنک‌کننده با سیال مورد استفاده در مدار مستقیم خنک‌سازی پردازنده‌ها تفاوت دارد. به همین دلیل، آب تصفیه‌شده باید مطابق مشخصات فنی و الزامات سازنده تجهیزات وارد هر مدار شود.

سرمایه‌گذاری در خرید سیستم تصفیه آب صنعتی مناسب می‌تواند با کاهش مصرف آب جبرانی، کنترل تخلیه آب برج و جلوگیری از افت راندمان تجهیزات، هزینه‌های بهره‌برداری دیتاسنتر را کاهش دهد. میزان صرفه‌جویی به کیفیت آب ورودی، طراحی سیستم سرمایش و هزینه‌های انرژی، مواد شیمیایی و دفع پساب بستگی دارد.

یکی از راهکارهای مهمی که در مجموعه آبین به مشتریان خود توصیه می‌کنیم، کنترل چرخه تغلیظ آب برج خنک‌کننده است. با افزایش کنترل‌شده این شاخص، می‌توان حجم آب تخلیه‌شده یا بلودان (Blowdown) را کاهش داد (البته این کار باید با توجه به محدودیت‌های رسوب‌گذاری و خوردگی انجام شود).

بر اساس موازنه جرمی برج خنک‌کننده، افزایش چرخه تغلیظ از ۳ به ۶ در حالت ایده‌آل (بدون احتساب افت ناشی از دریفت) مصرف آب جبرانی را حدود ۲۰ درصد و حجم بلودان را حدود ۶۰ درصد کاهش می‌دهد. در عمل، این مقدار به کیفیت آب جبرانی، شیمی تصفیه آب و محدودیت‌های رسوب‌گذاری و خوردگی بستگی دارد و برای همه دیتاسنترها یکسان نیست.

نکته: استفاده از آب بازیافتی هم راهکار مناسب دیگری برای کاهش وابستگی به منابع آب شیرین است. آب حاصل از تصفیه فاضلاب شهری یا برخی جریان‌های صنعتی را در صورت برخورداری از کیفیت مناسب و انجام تصفیه تکمیلی می‌توان برای تامین بخشی از آب جبرانی برج خنک‌کننده استفاده کرد.

راهکار موثر برای این که تجهیزات زیرساختی هوش مصنوعی در محدوده دمایی مجاز خود فعالیت کنند، طراحی هماهنگ زیرساخت سرمایشی و سیستم تصفیه آب صنعتی از ابتدای بهره‌برداری از دیتاسنتر است. این رویکرد در مجموعه آبین با انتخاب تجهیزات تصفیه آب بر اساس نیاز عملی سیستم محقق می‌شود. واحد پیش‌تصفیه، سختی‌گیر، فیلترهای ممبران و تجهیزات تزریق مواد شیمیایی هر کدام در بخش مشخصی از فرایند نقش دارند اما ترکیب نهایی آن‌ها باید با توجه به آنالیز آب و طراحی مدار خنک‌کننده تعیین شود.

انتخاب درست تجهیزات و پایش مستمر کیفیت آب می‌تواند به افزایش قابلیت اطمینان سیستم سرمایش، مدیریت هزینه‌ها و استفاده پایدارتر از منابع آب در دیتاسنترهای هوش مصنوعی کمک کند.