Generative AI e batterie EV: perché il raffreddamento a liquido?
Tecnologie avanzate come l'intelligenza artificiale (AI) ad alte prestazioni e le batterie dei veicoli elettrici (EV) utilizzano più energia. Più energia genera più calore di scarto, tanto che gli innovatori generativi dell'IA e delle batterie EV stanno passando al raffreddamento a liquido. Esploreremo perché il raffreddamento a liquido è una parte fondamentale di questa conversazione.
Capacità termica dell'aria rispetto al liquido
Al livello più elementare, il raffreddamento a liquido ha una maggiore capacità (Cp) di assorbire calore rispetto al raffreddamento ad aria. La capacità termica misura quanta energia (Joule) ci vuole per aumentare una massa (grammi) a una temperatura specifica (Kelvin / Celsius). A temperatura ambiente:
L'acqua assorbe 4 volte più energia dell'aria per aumentare la stessa temperatura.
Cp aria = 1,0035 J/gK
Cp acqua = 4,1813 J/gK
Cp glicole etilenico = 2,36 J/gK
Cp glicole propilenico = 2,5 J/gK
Maggiore capacità termica = raffreddamento più efficiente e con maggiore capacità.
Densità dell'aria rispetto ai liquidi
I liquidi sono molto più densi dell'aria. Una densità più elevata significa che c'è più massa liquida in un volume definito di quella che ci sarebbe massa d'aria. Confrontando la densità (ρ) dell'aria rispetto all'acqua, la densità dell'acqua è superiore a quella dell'aria.
L'acqua ha 829 volte la massa d'aria nello stesso spazio! Un altro modo per guardarlo, avresti bisogno di 829 cm³ di aria per pesare lo stesso di 1 cm³ di acqua. È come un dado da gioco che pesa lo stesso di 9 lattine di alluminio da 12 once.
Densità aria = 0 g/cm³
Densità acqua = 1 g/cm³
Maggiore capacità termica e densità lavorano insieme
Il bordo del raffreddamento a liquido non deriva dalla sua elevata capacità termica o densità in modo indipendente. La combinazione di queste due proprietà rende il liquido una potente soluzione di raffreddamento.
La maggior parte delle applicazioni è limitata dalla quantità di spazio disponibile per il raffreddamento. Ecco un esempio:
Manterremo costante il volume per confrontare; Supponiamo di avere 100cm³ per semplicità.
- In 100cm³, possiamo avere 0,12 g di aria o 99,8 g di acqua.
- 0,12 g di aria possono assorbire 0,12 Joule di energia prima che aumenti di 1 gradi Celsius
- 99,8 g di acqua possono assorbire 417 Joule di energia prima che aumenti di 1 gradi Celsius
Questo è oltre 3000 volte più calore assorbito nello stesso volume.
Perché il raffreddamento a liquido non viene utilizzato per tutto?
Il raffreddamento a liquido può raffreddare di più e più velocemente dell'aria, ma presenta delle sue sfide. L'aria è facilmente disponibile. L'aria richiede solo ventole, soffianti, condotti o sconcertanti dell'aria per controllare il flusso. Il liquido non è prontamente e abbondantemente disponibile ovunque. Il raffreddamento a liquido richiede tubi, collettori, pompe e raccordi per far circolare il liquido. Il liquido presenta un rischio di perdite e danni causati dall'acqua che è prevenibile con sensori intelligenti, software e ridondanze di sistema, ma questo aumenta la complessità dell'infrastruttura. L'alta densità significa anche che il liquido è più difficile da spostare rispetto all'aria. I sistemi liquidi si muovono più lentamente o richiedono sistemi di pompaggio più potenti.
Gli innovatori nell'intelligenza artificiale generativa e nelle batterie EV si rivolgono al raffreddamento a liquido quando le richieste termiche superano ciò che è fattibile con il raffreddamento ad aria. La necessità di prestazioni più elevate supera le complessità aggiuntive del sistema e dell'infrastruttura di Liquid.
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