Danska Teknologisk Institut och Heatflow har utvecklat en 3D-printad energibesparande kyllösning för datacenter. På sikt är förhoppningen att kunna använda överskottsvärmen till fjärrvärme.
I det så kallade AM2PC-projektet har Teknologisk Institut och Heatflow tillsammans med två utländska partners utvecklat och testat en 3D-printad kylkomponent för datacenter och högpresterande datorer. Lösningen använder passiv tvåfas-kylning och resultaten av tester visar en kylkapacitet på 600 watt, 50 procent mer än det ursprungliga målet på 400 watt.
Bakgrunden är att datacenter står inför en växande utmaning med ökande energiförbrukning för kylning av servrar och GPU:er. I länder som Irland använder datacenter exempelvis en så stor andel av den totala energiförbrukningen att lagstadgade begränsningar har införts.
– Utöver själva IT-hårdvaran är den tillhörande kylinfrastrukturen en av de största energiförbrukarna i ett datacenter och har därmed den största potentialen för att förbättra den totala systemeffektiviteten, förklarar Simon Brudler, 3D-printspecialist och seniorkonsult på Teknologisk Institut i ett pressuttalande.
Samtidigt har GPU:ers effektförbrukning ökat från 100-200 watt för några år sedan till flera hundra watt eller till och med kilowatt idag, så det finns också ett ökande behov av mer effektiv kylning.
– Vi ser en utveckling där effekttätheten i servrar ökar snabbare än någonsin tidigare, och traditionell luftkylning är helt enkelt inte tillräcklig längre. Med vår tvåfaslösning kan vi avlägsna värmen passivt utan pumpar eller fläktar, vilket minskar energiförbrukningen för kylning avsevärt, säger Paw Mortensen, vd för Heatflow, som lett AM2PC-projektet.
Integrera flera delar i en
I ett pressmeddelande från Teknologisk Institut förklaras hur den nya lösningen skiljer sig från konventionell luftkylning. Det handlar framför allt om användningen av ett köldmedium som förångas på den varma ytan. Ångan stiger naturligt upp på grund av densitetsskillnaden, kondenserar på en annan plats där den avger värmen och återvänder som vätska med hjälp av gravitationen.
Den passiva tvåfas-processen med köldmediet, med så kallad termosifonprincip, kräver inga pumpar och förbrukar därför ingen energi för värmeborttagningen. Samtidigt är förångning betydligt effektivare än traditionell kylning med luft och vätska, vilket gör att mängden värme som avlägsnas från datachipet är mycket högre och chipet hålls svalare, vilket hjälper till att förlänga dess livslängd.
Nyckelkomponenten i systemet är en förångare, som Heatflow och Teknologisk Institut har utvecklat och tillverkat med hjälp av 3D-printing.
– Genom att 3D-printa komponenten kan vi integrera alla nödvändiga funktioner i en enhetlig del. Det eliminerar monteringspunkter, minskar risken för läckage och gör komponenten mer pålitlig. Samtidigt använder vi endast ett material, vilket gör den lättare att återvinna, säger Simon Brudler.
Återanvända värmen
Fokus för AM2PC har varit att utveckla och tillverka förångaren samt validera dess prestanda. Enligt parterna bakom projektet har detta lyckats över förväntan. En positiv sidoeffekt är att lösningen avlägsnar värme vid temperaturer mellan 60 och 80 grader Celsius. Det betyder att när värmen utvinns vid så höga temperaturer kan den användas direkt i fjärrvärmenätet utan ytterligare energitillskott. Det kan också användas vid andra industriella processer så om livsmedelsindustrin, textilindustrin, pappersindustrin eller i jordbruket för att värma upp växthus – om de är placerade nära värmeutvinningen.
Som jämförelse avlägsnar traditionell luftkylning av servrar vanligtvis värmen vid lägre temperaturer, vilket gör den mindre användbar för fjärrvärme och industriella processer. Fokus i projektet har dock inte varit på denna integration, men teamet har ändå visat att tekniken möjliggör detta.
Eftersom det rör sig om ett demonstrationsprojekt är det för tidigt att tala om definitiva miljövinster, men livscykelanalyser indikerar att lösningen kan minska de totala utsläppen med 25-30 procent per enhet.
Om AM2PC-projektet
Det europeiska forskningsprojektet AM2PC har fokuserat på att utveckla en 3D-printad komponent för tvåfas-kylning av datacenter. Projektet har fått stöd av M-ERA.NET, där det danska bidraget kom från Innovationsfonden. Den totala budgeten har varit på 10 miljoner danska kronor och projektperioden pågick från 2023 till 2025. Förutom Heatflow och Teknologisk Institut från Danmark deltog även Open Engineering från Belgien och Fraunhofer IWU från Tyskland.
