Помимо поддержки блокчейн-сетей, майнинговые фермы генерируют уйму тепла и превращают помещение в филиал Африки. Мало кто задумывается о том, что тепло можно использовать для отопления. К счастью, мы все придумали за вас и предлагаем готовое решение, позволяющее пересмотреть взгляды на майнинг.
Эффект от способности устройств испускать свечение в видимом диапазоне давно и успешно используют в быту. Самые простые примеры — чайники и утюги.
Однако не всегда выделяемое электроникой тепло используется с пользой. Гораздо чаще производители решают всего одну глобальную задачу — охлаждение наиболее горячих элементов оборудования. Тепло при этом рассеивается в воздухе. Это происходит потому, что в отношении компьютерной техники используются лишь вариации воздушного охлаждения, хотя еще в 1981 Сеймур Крей предложил поместить суперкомпьютер Cray-2 в инертную жидкость. Так было положено начало погружным системам иммерсионного охлаждения.
Виды охлаждения компьютерной техники
Майнеры и владельцы крупных вычислительных мощностей давно оценили всю «прелесть» наиболее популярных видов охлаждения. Обычно пользователи имеют дело с тремя видами:
— пассивное охлаждение с применением радиаторов не подходит для охлаждения видеокарт и майнингового оборудования, которые при вычислениях со 100%-ной нагрузкой и тем более в разгоне выходят на рабочие температуры до 90-100ºC. Пассивное охлаждение применяется для компонентов с относительно низким тепловыделением (чипсеты, модули оперативной памяти), при котором выделяемое тепло смешивается с воздухом в свободном режиме, чаще именуемом естественной конвекцией.
— активное охлаждение — единственный на сегодняшний день распространенный способ охлаждения майнингового оборудования, включая ASIC и GPU. Отличительной особенностью данного вида охлаждения является установка вентилятора для увеличения интенсивности воздушного потока между нагретым элементом и радиатором. В видеокартах кулер устанавливают над графическим процессором, а в ASIC два вентилятора обдувают платы с чипами со скоростью 6000-7000 об/мин. Тепло при этом также рассеивается в окружающую среду и «ловить» его довольно сложно. А перенаправлять куда-то еще сложнее, поскольку теплоноситель из воздуха откровенно слабый и по мере удаления от охлаждаемого объекта пропорционально теряет тепло.
— иммерсионное охлаждение — это сравнительно новый метод охлаждения оборудования, при котором оно погружается в жидкий теплоноситель. В процессе работы часть тепла от работающей электроники передается теплоносителю и его можно использовать двумя способами: прогнать через радиатор с вентилятором (градирню) и рассеять в воздухе либо направить на обогрев сопутствующей инфраструктуры. Иммерсионное охлаждение на сегодняшний день является наиболее эффективным способом, позволяющим перенаправлять тепловые потоки на другие нужды.
Куда можно направить тепло от оборудования
Избытки тепла от вычислительного оборудования могут быть использованы для следующих нужд:
- нагрев поступающего в помещение приточного воздуха или воды, являющихся частью системы отопления (включая систему «теплый пол») или горячего водоснабжения жилого здания;
- переход среды из одного фазового состояния в другое, парогенерации. Речь идет, например, о фазовом переходе рабочей смеси для обеспечения циклов тепловых двигателей или парокомпрессионных холодильных машин;
- обогрев сушильного агента;
- подогрев технологического сырья;
- пивоварение (кипячение сусла);
- сельское хозяйство (тепличные комплексы, выращивание теплолюбивых растений, разведение экзотических животных и т.д.).
Примеры утилизации тепла, генерируемого вычислительным оборудованием:
Промышленный цех. Производства данного типа чаще всего получают электроэнергию по дешевым тарифам для предприятий. Также имеются резервные трансформаторные станции, которые большую часть времени простаивают. Отопление помещений производится с помощью ископаемого топлива или электроэнергии.
Утилизация тепла в данном случае позволит эффективнее использовать резервную линию электропитания, а также сэкономить ресурсы предприятия на отоплении помещений за счет подключения к системе центрального отопления.
Склад, торговый центр, офисное здание. Данные типы помещений пользуются средним тарифом на электроэнергию, также имеют резерв мощности по электропитанию. Отопление помещений производится с помощью ископаемого топлива или электроэнергии.
Теплицы. В частных сельскохозяйственных компаниях используют дешевые тарифы либо электроэнергию от солнечных панелей. Отапливаются теплицы также преимущественно за счет электричества.
Электроэнергия, предназначенная для отопления, направляется на электроснабжение установки, которая выделяет необходимое для поддержания высокой температуры тепло.
Преимущества полезной утилизации тепла
Использование побочного продукта от работы майнингового и вычислительного оборудования является универсальным решением для большинства пользователей и вот почему:
- экономия на энергоресурсах и обеспечение энергетической автономности. Децентрализации и независимость от монопольных поставщиков тепловой энергии позволит сократить расходы, особенно в регионах с холодным климатом;
- не нужно заниматься организацией горячих и холодных коридоров, дополнительно устанавливать кондиционеры и другое вспомогательное оборудование;
- получение дополнительного дохода не только от майнинга, но и за счет предпринимательской деятельности с использованием получаемого тепла или от его продажи;
- встраивание в уже имеющуюся инфраструктуру;
- отсутствует негативное влияние на экологию в виде теплового загрязнения, появления тепловых островов, искусственной инверсии температур над источником тепла. Не происходит микроциркуляции атмосферы и усложнения механизма переноса загрязнений.
Механика полезного использования тепла
Сегодня существует комплексы на базе иммерсионного охлаждения с предусмотренной утилизацией тепла. Для этого в установках используются закрытые контуры, в одном из которых циркулирует теплоноситель, а в другом — охладитель. Насос перекачивает охладитель в теплообменник для охлаждения верхнего слоя нагретого теплоносителя. Забрав часть тепла у теплоносителя, охладитель отводит тепло в градирню, состоящую из радиатора и вентилятора. Через градирню тепло выбрасывается в окружающую среду. Описанный процесс является цикличным. Градирня в данном случае выступает внешним блоком системы охлаждения и устанавливается в том случае, если у потребителя отсутствует возможность полезного использования побочного продукта — тепла.
При полной утилизации тепла в качестве опции устанавливают промежуточный теплообменник, соединяющий закрытый контур с теплоносителем и внешний контур источника потребления избытков тепла. В этом случае все тепло стабильно и постоянно отводится для иных нужд через развязывающий теплообменник.
Перспективы использования тепла
Полезное использование выделяемого тепла со временем приведет к перестройке имеющейся инфраструктуры. Владельцы частных домов и небольших производств смогут отказаться от центральных магистралей, оставив их лишь в качестве резерва.
В настоящее время ведутся разработки по использованию тепловых аккумуляторов. Тепловые накопители могут сберечь энергию и обеспечить резерв в случае внезапного прекращения работы системы отопления. Основной целью аккумулирования энергии является преодоление, сглаживание несоответствий между подачей энергии потребителю и его реальными потребностями.
Тепличные хозяйства избавятся от громоздких систем и даже в самых холодных регионах можно будет выращивать свежие овощи и при этом заниматься круглосуточно поддержкой блокчейн-сетей.
Программно-аппаратные комплексы с вычислительным и майнинговым оборудованием перестанут выполнять сугубо утилитарные функции по добыче криптовалют, полезным вычислениям, рендерингу, обучению ИИ и т. д., но и помогут экономить на отоплении, а также станут незаменимыми помощниками в организации небольших теплиц, деревообрабатывающих производств и иных аналогичных видах бизнеса.
Частичное использование тепла представляет собой комбинацию двух вышеописанных приемов. Для этого предусмотрена возможность подключения к контуру системы потребления, с установкой дополнительного теплообменника, а также монтаж градирни (с радиатором и вентилятором) и пары кранов, управляемых байпасом. При перекрытом байпасе (когда есть потребность в тепле) теплоноситель направляется в теплообменник, в котором все тепло или его часть отдается в систему потребления. При частичном потреблении тепла теплоноситель доохлаждается и возвращается в рабочую емкость. Если же утилизация тепла не требуется, теплоноситель охлаждается при помощи градирни с работающими вентиляторами и после этого возвращается в рабочую емкость.
Автор: Барак Адама
