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<P> </P> <P> 全世界包含規(guī)模較小的數(shù)據(jù)中心總量有大約850萬個,其中300萬個座落于美國,幾乎是每100個人就有一座數(shù)據(jù)中心,而它們占美國所有用電量的近2%。</P> <P> 這些數(shù)據(jù)中心所使用的IT硬設備,將所消耗的電力100%的轉(zhuǎn)化為熱能。因此,需要強大且高效的冷卻系統(tǒng),但通過傳統(tǒng)的冷卻方法冷卻也需要電力,冷卻系統(tǒng)的電力需求也占數(shù)據(jù)中心總電力的50%以上,整體能源的需求是如此龐大。</P> <P> 這使數(shù)據(jù)中心成為巨大的電加熱器,而現(xiàn)今趨勢不斷地建設更多數(shù)據(jù)中心,這有可能使企業(yè)甚至國家的永續(xù)性發(fā)展變得更加困難,幸運的是,傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的冷卻模式有更高效的替代方案。用于檢測數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)運行效率的測量標準,稱為能源使用效率或PUE。它是數(shù)據(jù)中心的總用電量與提供給IT設備的總用電量的效率比,PUE數(shù)值越低越好,標準的評級為2.0,1.4是好的,而1.0是您可以達到的最佳PUE評級。</P> <P> <STRONG>傳統(tǒng)的方式:高架地板冷卻</STRONG></P> <P> 在過去的半個世紀中,大多數(shù)據(jù)中心都是使用高架地板輸送加壓空氣來冷卻的方式。CRAC(機房精密空調(diào))或CRAH(機房空調(diào)處理裝置)由定速風扇送出冷氣來冷卻,當機柜密度較低時,這種類型的系統(tǒng)運行良好,而且效率并不被大家列為優(yōu)先重視項目。但隨著時間的推移,缺點就被凸顯出來,舉例來說,超過2.0的PUE在這里變得很常見。</P> <P> 這種冷卻方式的最大問題是從機架底部到頂部的溫度梯度,這被稱為溫度分層。靠近地板的服務器獲得最冷的空氣,機架頂部的服務器通常是吸入較熱溫度的空氣。如果增加氣流去緩解此問題,效率則會降低,因為冷空氣會溢流過服務器機架的表面并與熱回流空氣混合。因此,開發(fā)了諸如冷熱信道封閉配置的策略。這些配置還可減少再循環(huán),這種情況發(fā)生在服務器后方排出的熱空氣再被服務器前方吸入時,可能會產(chǎn)生危險的設備溫度。</P> <P> <STRONG>現(xiàn)代精密空調(diào)解決方案</STRONG></P> <P> 自從使用定速風扇將空氣吹入高架地板以來,冷卻技術已經(jīng)走過了漫長的道路,機柜密度的增加使這些進步成為必要。通過冷空氣封閉和熱空氣封閉設計,很大程度上克服了分層和旁路的局限性,機柜式空調(diào)可實現(xiàn)更高的效率。在這里,變速風扇安裝在冷卻系統(tǒng)里且整合在同排機柜中,使數(shù)據(jù)中心操作員能夠更精密的控制溫度和能耗,這些變速風扇消耗的能耗明顯低于使用定速風扇的系統(tǒng)。</P> <P> <STRONG> 節(jié)能空調(diào)的使用正在增加</STRONG></P> <P> 經(jīng)過數(shù)十年的數(shù)據(jù)中心建設,很難去想象冷卻系統(tǒng)還有很大的發(fā)展應用空間。物理學的基礎并沒有被改變,但應用的方式有很大的差異。部分原因可以解釋為全球地理位置的氣候差異,最有前景的數(shù)據(jù)中心冷卻節(jié)能方式之一被稱為自然冷卻或節(jié)能空調(diào)。在這種方法中,外部空氣被用于冷卻水塔或帶走冰水機的熱能,該方法當然取決于數(shù)據(jù)中心外的空氣溫度是否足夠低以提供必要的冷卻,較涼爽的氣候在這里具有決定性的優(yōu)勢。</P> <P><STRONG> 電力不是機房消耗的唯一資源</STRONG></P> <P> 使用冷卻水塔做為冷卻數(shù)據(jù)中心的解決方案會消耗大量的水。然而,許多數(shù)據(jù)中心位于世界干旱地區(qū)。即使不是,水也是一種寶貴的自然資源,我們必須努力保護它。從表面上看,這至少對于干式冷卻系統(tǒng)來說似乎是有利的,但從更全面的角度來看,我們還必須考慮石化燃料發(fā)電廠的蒸汽階段也消耗水,如此多的水,干式冷卻系統(tǒng)所需的額外能耗導致干式冷卻的耗水量高于現(xiàn)行冰水機。</P> <P> <STRONG>具有低PUE的外氣冷卻方式</STRONG></P> <P> 有一件事是確定的導入新的方法將是必要的!最有希望但也有問題的方法之一是使用新鮮的外部空氣來冷卻數(shù)據(jù)中心,有了外部空氣,PUE可以達到非常接近1.0,正如Yahoo用“雞舍”設計所證明的那樣。其實,為機房導入外部空氣涉及多個挑戰(zhàn),室外溫度需要足夠冷,以便為IT設備提供安全的溫度,否則必須使用備用冷卻系統(tǒng),但濕度和灰塵也是難以解決的問題。</P> <P> 如果機房的濕度太低,則靜電放電的風險會增加。然而,最近的研究低估了IT設備的ESD風險,特別是當服務器安裝在機柜中時,損壞的風險很低,當技術人員正在接觸機房設備時,最好先佩戴防靜電腕帶。</P> <P> 另一方面,過高的濕度可能會帶來更大的風險,外部空氣變得更加潮濕時,它會收集更多的灰塵顆粒聚集在IT設備上,隨著灰塵顆粒的聚集,它們使機房組件絕緣并使冷卻更加困難。鋅顆粒也會透過潮濕空氣沉積在電路上,最終導致短路。因此,太潮濕的空氣需要除濕,這反過來會消耗功率并使低PUE指數(shù)降低。</P> <P> 外氣冷卻的另一個重要問題是灰塵和煙霧,根據(jù)空氣中的懸浮微粒,外氣冷卻可能需要昂貴的空氣過濾器。即使有良好的過濾,現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心極其敏感的滅火系統(tǒng)也可能受到外氣冷卻帶來的空氣污染物的影響。</P> <P> <STRONG>液浸式冷卻</STRONG></P> <P> 電線桿變壓器使用比空氣冷卻能力還要高的冷卻方法,這是通過將電路浸沒在介電流體(通常是礦物油)中來達成的,由于油導熱但不導電,因此不會損壞部件。液浸式冷卻也可用于服務器,使用這種方法與外氣冷卻相比,將熱量從電子設備中移除的效率更高,現(xiàn)在已有供貨商為數(shù)據(jù)中心應用提供液浸式冷卻解決方案。</P> <P> IT設備根據(jù)美國采暖、制冷與空調(diào)工程師學會(ASHRAE)技術委員會定義的等級進行評級,這些評級類別(A1到A4)是ASHRAE開發(fā)的一套指南標準,用于確定機房硬件的最佳溫度和濕度水平,其中A1具有最小的允許溫度范圍。</P> <P> 但是現(xiàn)在許多IT硬件制造商生產(chǎn)A2級甚至A3級設備,這可以為數(shù)據(jù)中心冷卻方式提供更大的選擇靈活性,因此,仔細檢查設備的冷卻要求是明智的,而不是僅僅遵循A1-A4類標準的ASHRAE建議。當然,您的設備運行溫度越高,它的可靠性就越低,但是硬件故障的成本是可以計算的。通過預測隨溫度升高而增加的故障風險,可以計算出冷卻所帶來的節(jié)省量與增加故障率的成本之間的差異。許多公司在短短三年之后就更換了他們的IT設備,在這種情況下,較高溫度的對硬件影響可能不顯著。</P> <P> <STRONG> 實驗帶來更好的效率</STRONG></P> <P> 最有效的冷卻設計采用某種形式的自然冷卻或外氣冷卻,通常當戶外條件(炎熱,潮濕的夏季)無法提供足夠的冷卻以滿足數(shù)據(jù)中心的要求時,機房精密空調(diào)需要作為備援。然而,我們在一些開創(chuàng)性設計中看到的關鍵之一是,建筑結(jié)構(gòu)總是有著不可或缺的角色。規(guī)劃建筑工程的期間,如果要盡可能地將IT設備塞入空白區(qū)域中,就須考慮之后冷卻能力是否足夠,新的數(shù)據(jù)中心概念需要從一開始就考慮到冷卻系統(tǒng)。</P> <P> 例如,一家荷蘭公司已經(jīng)實施了一個系統(tǒng),該系統(tǒng)使用稱為京都圓盤的巨型旋轉(zhuǎn)鋁盤從建筑物中移除熱量。圓盤的一半在建筑物內(nèi),一半在外面,當圓盤旋轉(zhuǎn)時,它會在建筑物內(nèi)部變暖,并在返回時將其收集的熱量傳遞到室外空氣中。但是圓盤本身相當大,并且需要相當大的空間用于圓盤旋轉(zhuǎn)通過的內(nèi)部和外部區(qū)域,所以這是需要是先規(guī)劃的。</P> <P> 另一種選擇是,不是簡單地將廢熱傾倒到環(huán)境中,而是充分利用它。已經(jīng)有將數(shù)據(jù)中心與區(qū)域供熱和供冷系統(tǒng)整體結(jié)合在一起的案例,通過這種方式,來自機房的廢熱被用于提供家庭所需的熱能,這是個可持續(xù)性發(fā)展的例子,區(qū)域供冷系統(tǒng)也是一種非常有效的冷卻數(shù)據(jù)中心方法,通過實現(xiàn)高冷卻效率可以獲得巨大的競爭優(yōu)勢,但如何最好地實現(xiàn)這一目標仍然是個未決的問題。</P>
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