Хабрахабр

Нагреет ли дата-центр Microsoft море вокруг

В рамках проекта Natic Microsoft опустила на дно Северного моря свой дата-центр. Некоторые экологи выражают опасения, что размещение источника тепла может нанести вред экологии. Бен Катлер из «Майкрософт» утверждает, что «в худшем случае температура может повыситься на тысячные доли градуса». Я решил посчитать и выяснить, кто прав.

Многолетний интенсивный промысел сельди, камбалы, пикши, привел к сокращению их запасов, к снижению восстановительной способности этих видов.
Основная промысловая рыба в Северном море — сельдь. Сейчас экологическую обстановку в Северном море оценивают как предкризисную. Кроме того, с начала 60-х море стало одним из крупных мировых центров добычи нефти из подводных недр, что отрицательно сказалось на его биологических условиях, и прежде всего на рыбных ресурсах. Попробуем посчитать, что станет с температурой, если дата-центр будет работать на полную мощность, и не станет ли сельди вокруг еще грустнее.

Дата-центр затопили возле Оркнейских островов (Шотландия).

Судя по карте климатических значений на поверхности мирового океана, данная зона попадает в распределение от 5 до 10 градусов.

Тут нам на помощь приходит познавательная статья про Северное море, из которой следует, что температура на поверхности воды и на глубине если и отличается, то незначительно. Но это на поверхности воды, а что же на глубине в 37,5 метров, куда «уронили» этот дата-центр? Гомотермия — это когда температура одинакова в большом объеме воды и равна 4°С. Но в районах с глубиной до 50 метров существует гомотермия или близкое к ней состояние. Это соотносится с картой распределения, так что примем за факт, что температура воды вокруг дата-центра равна этим самым 4 градусам.

Так что для расчетов пренебрегаем тем, что температура может колебаться. Течений в зоне Оркнейских островов, судя по картам, особо не наблюдается. Крупные теплые или холодные потоки через острова не проходят, поэтому ситуация там стабильная.

Чтобы посчитать, как же будет влиять огромная греющаяся капсула на температуру в море, нам для начала нужно вычислить массу моря. Таким образом, у нас есть условный огромный бассейн с соленой водой, в который опустили дата-центр. Переводим это в систему СИ и получаем 49 000 000 000 000 кубометров или (49 000 000 000 000 000 литров). Объем моря известен — это 49 тысяч кубических километров. Но у нас-то вода соленая, так что просто взять 1000 мы не можем. Плотность воды — 1000 кг/м3. Зная этот показатель и температуру в 4 градуса, можно рассчитать плотность воды в нашем условном бассейне. Соленость воды в разное время года и в зависимости от течений меняется, но средний показатель — это 32‰. Она составила 1025 кг/м3, это значение и будем использовать в дальнейшем.

Для простоты расчета мы принимаем, что наш бассейн однородный, плотность у него везде одинаковая, температура тоже. Итак, у нас есть объем нашего моря и его плотность. Грубо говоря, это вода, заключенная в герметичный сосуд (да-да, объемом 49 триллионов литров), который находится в вакууме. Более того, чтобы получить относительно простой результат, придется принять за данность еще одну вещь: у моря не испаряется вода и нет теплообмена с дном.

Тут все очень просто. Возвращаемся к массе моря. Умножаем объем на плотность и получаем:

49 000 000 000 000 * 1025 = 50 225 000 000 000 000 кг = 50 225 000 000 000 000 000 г.

Не то, чтобы это все было нужно для заботы об экологии, но раз начал рассчитывать странные вещи, то иди в своем увлечении до конца. У нас была масса Северного моря, температура на глубине 37,5 метров, плотность соленой воды, капсула длиной 12 метров, незначительные подводные течения, испарение воды, теплообмен с дном, конвекция, неизвестный металл дата-центра и серверные стойки с потреблением 250 кВт. В мире нет ничего более непредсказуемого и хаотического, чем конвекция воды на глубине 37,5 метров. Единственное, что меня беспокоило — это конвекция. Но я понимал, что довольно скоро мы в это окунемся.


Кадр из фильма Страх и ненависть в Лас-Вегасе

Т.к. Примерно на этом моменте своих рассчетов я понял, что недостаточно допущения, что море — это бассейн в сосуде в вакууме. летом и зимой море ведет себя по-разному. чтобы посчитать все максимально точно, нужно учитывать теплообмен, конвекцию, а затем уже брать разные временные сегменты, т.к. Например, мы не знаем, из чего именно сделана капсула с дата-центром. А еще где-то нужно достать много исходных данных, которых нет. А значит, надо хотя бы дойти до исходной цели — понять, как повлияет выделение тепла серверов на море (наше условное море в вакууме, конечно). Но раз уж у нас все равно бассейн с водой в вакууме, должной точности мы все равно не получим.

У нас есть данные, что ее длина 12 метров, диаметр — 2,8 метра (с внешними компонентами — до 3,18 м), а внутри она вся заполнена осушенным азотом. Перейдем на время к капсуле. Зато в пресс-релизе на сайте удалось найти полезный показатель, что при максимальной нагрузке дата-центр потребляет 240 кВт. Но в открытом доступе нет сведений о материале стенок и других параметров, чтобы корректно рассчитать теплопроводность. Допустим (да, много допущений, но без них никак), что капсула очень крутая и теплопроводности стенок достаточно, чтобы отводить все, что сервера потребляют. Вот это мы и будем использовать. И что вся энергия, поступившая в капсулу, преобразуется в тепло и нет никаких потерь.


Crap Taxidermy by Kat Su, Автор: Yang Maoyuan, источник.

Т.к. Что ж, достаточно теперь просто перевести мощность в количество теплоты, то есть, ватты в джоули. Будем считать за год, т.к. Вт — это Дж/с, просто умножим 240 000 Вт на количество секунд в году. на мелких отрезках получим слишком нерепрезентативные значения (цифры с огромным количеством нолей после запятой)

240 кВт * 365 дней = 240 000 Вт * 365 дней * 24 часа * 60 минут * 60 секунд =
240000*365*24*60*60 = 7 568 640 000 000 Дж.

Формула тут тоже относительно простая: Q=c*m*t, где где Q — количество теплоты, m — масса тела, t — разность между начальной и конечной температурами тела (в нашем случае — 1 градус), c — удельная теплоемкость вещества. Получили количество теплоты, которое вырабатывает наша вундервафля за один год.
Теперь посмотрим, сколько теплоты нужно, чтобы нагреть море на 1 градус.

Удельную теплоемкость возьмем из справочника, она составляет 3,898 Дж/(г·°C). Масса моря у нас есть. Тут очень важно не запутаться в размерностях, массу берем именно в граммах.

* 3,898 Дж/(г·°C) * 1 = 195 777 050 000 000 000 000 Дж. 50 225 000 000 000 000 000 г.

Вот такое количество теплоты нужно, чтобы нагреть Северное море на 1 градус, если не учитывать, что оно вообще-то часть океана.

Найдем отношение количества теплоты от сервера к тому, которое нужно для нагрева моря на 1 градус.

7 568 640 000 000 / 195 777 050 000 000 000 000 = 0,000000038

А если теперь вспомнить, что в море есть конвекция, течения, теплообмен с дном, потери при преобразовании энергии, непостоянную нагрузку на дата-центр, то, что это море на самом деле часть океана, и прочие, и прочие… Получается, что никакого значимого эффекта на температуру воды дата-центр не окажет. Таким образом, за 1 год дата-центр Microsoft нагреет наше вакуумное море даже не на 1 градус, а на 0,000000038 градуса. Спасибо, что дочитали. Так что решение опустить сервер в море для пассивного охлаждения — верное, а сельдь может спокойно плавать.

S.: Если вы нашли какие-то неточности в расчётах или знаете, как правильно прикинуть конвекцию и распределение теплоты от дата-центра на разных расстояниях на глубине 37,5 метров, пишите в комментариях. P.

P. P. S.: Поговорил со знакомым океанологом, он подтвердил, что никаких последствий для экологии с одной такой капсулой не будет, всё слишком ничтожно.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть