در حالی که مدیریت گرمای تولید شده توسط سرورها یکی از بزرگترین چالش‌های زیرساختی در مراکز داده است، محققان دانشگاه لیهای (Lehigh University) با معرفی یک باتری حرارتی بتنی نوین، افق‌های تازه‌ای را برای تبدیل این «اتلاف انرژی» به «منبع انرژی» گشوده‌اند. این دستاورد فنی که در پاییز ۱۴۰۳ مورد توجه محافل مهندسی قرار گرفته، راهکاری پایدار برای ذخیره‌سازی حرارت تا دمای ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد ارائه می‌دهد.
معماری فنی باتری حرارتی مبتنی بر بتن
این سیستم نوآورانه از یک ساختار هیبریدی متشکل از مواد سیمانی مهندسی‌شده و لوله‌های انتقال حرارت «ترموسیفون» (Thermosiphons) تشکیل شده است. برخلاف باتری‌های شیمیایی متداول، این تکنولوژی بر پایه ذخیره‌سازی انرژی گرمایی (TES) بنا شده است. لوله‌های تعبیه‌شده درون بتن، وظیفه انتقال سریع و توزیع یکنواخت گرما را در محیط ذخیره‌ساز بر عهده دارند که باعث حفظ ثبات دمایی در چرخه‌های متناوب شارژ و دشارژ می‌شود. بتن در اینجا نه تنها به عنوان یک ماده ساختمانی ارزان‌قیمت، بلکه به عنوان یک واسط با ظرفیت گرمایی ویژه بالا عمل می‌کند که قادر است حرارت را برای مدت طولانی و با افت انرژی ناچیز حفظ نماید.
کاربرد در اکوسیستم مراکز داده و سرمایش جذبی
یکی از کلیدی‌ترین جنبه‌های این فناوری، قابلیت تبدیل گرمای اتلافی (Waste Heat) سرورها به انرژی حرارتی با دمای بین ۱۲۰ تا ۲۲۰ درجه سانتی‌گراد است. این بازه دمایی دقیقاً همان نقطه‌ای است که می‌توان از آن برای چرخه‌های سرمایش جذبی (Absorption Cooling) استفاده کرد. در این متد، برخلاف چیلرهای سنتی که مستقیماً به برق متکی هستند، از انرژی حرارتی ذخیره شده برای تولید شرایط برودتی استفاده می‌شود. این فرآیند باعث کاهش چشمگیر مصرف انرژی الکتریکی در سیستم‌های HVAC (تهویه مطبوع) مراکز داده و در نتیجه کاهش شاخص PUE (اثربخشی استفاده از انرژی) می‌شود.
مشخصات فنی و تحلیل عملکرد
- ظرفیت ذخیره‌سازی نمونه اولیه: ۱۵۰ کیلووات ساعت (kWh)
- آستانه تحمل دمایی: ۵۰۰ درجه سانتی‌گراد
- بازدهی سیکل کامل: فراتر از ۷۰ درصد در فرآیند شارژ و دشارژ
- مکانیزم انتقال حرارت: شبکه ترموسیفون داخلی
- قابلیت‌های عملیاتی: پشتیبانی از گرمایش الکتریکی و بازیابی گرمای اتلافی سرورها
انعطاف‌پذیری در مقیاس‌گذاری و مدیریت بار حرارتی
تکنولوژی مذکور به دلیل ساختار ماژولار، قابلیت مقیاس‌پذیری از سیستم‌های کوچک کیلوواتی تا تأسیسات بزرگ مگاواتی را داراست. با جداسازی زمان تولید گرما از زمان مصرف آن، اپراتورهای مراکز داده می‌توانند نوسانات بار کاری (Workload) را مدیریت کنند. این سیستم نه تنها به عنوان یک مخزن حرارتی برای سرمایش عمل می‌کند، بلکه می‌تواند از طریق چرخه‌های «رنکین» (Rankine Cycle) برای تولید برق یا تأمین حرارت سیستم‌های گرمایش ناحیه‌ای (District Heating) نیز مورد استفاده قرار گیرد. این انعطاف‌پذیری باعث می‌شود مرکز داده از یک مصرف‌کننده صرف انرژی، به یک هاب انرژی فعال در شبکه شهری تبدیل شود.
نتیجه‌گیری و آینده این فناوری
پروژه مذکور که با حمایت‌های فدرال توسعه یافته و اکنون برای تجاری‌سازی به بخش خصوصی واگذار شده است، نقطه عطفی در کاهش اثرات زیست‌محیطی مراکز داده محسوب می‌شود. با توجه به گزارش‌های منتشر شده، این سیستم می‌تواند نقش مؤثری در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و بهینه‌سازی زیرساخت‌های انرژی در مراکز داده مدرن ایفا کند. در آینده‌ای نزدیک، انتظار می‌رود که این راهکار بتنی به عنوان لایه‌ای جدایی‌ناپذیر در طراحی دیتاسنترهای نسل جدید برای مدیریت بهینه انرژی مطرح شود.
