數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)和技術(shù)及其工作原理

　　對于任何數(shù)據(jù)中心來說，最重要的任務(wù)之一就是環(huán)境監(jiān)控和管理。高溫和高濕度會損壞IT設(shè)備，導(dǎo)致其發(fā)生故障。這可能會給數(shù)據(jù)中心內(nèi)的任何工作人員帶來不舒適的環(huán)境。

　　幸運的是，有許多系統(tǒng)和技術(shù)可以幫助監(jiān)控和管理數(shù)據(jù)中心冷卻，以將溫度和濕度水平保持在最佳范圍內(nèi)。

　　什么是數(shù)據(jù)中心冷卻?

　　數(shù)據(jù)中心消耗大量電力，這些電力會轉(zhuǎn)化為熱量。設(shè)施內(nèi)安裝的設(shè)備越多，產(chǎn)生的熱量就越大。數(shù)據(jù)中心冷卻是指確保數(shù)據(jù)中心設(shè)施內(nèi)溫度和濕度達到理想水平的設(shè)備、工具、系統(tǒng)、技術(shù)和流程的集合。

　　適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)中心冷卻可確保整個設(shè)施獲得足夠的冷卻、通風(fēng)和濕度控制，以使所有設(shè)備保持在所需的溫度范圍內(nèi)。

　　數(shù)據(jù)中心冷卻為何如此重要?

　　高溫和高濕是IT和電氣設(shè)備所不希望出現(xiàn)的環(huán)境條件。大多數(shù)IT設(shè)備和設(shè)備都會產(chǎn)生熱量，需要快速散熱，以免影響其性能。過熱和過濕會損壞設(shè)備和設(shè)備，導(dǎo)致其發(fā)生故障并停止工作。設(shè)備損壞可能會導(dǎo)致火災(zāi)和其他安全問題。這些風(fēng)險會增加運營成本，因為必須更頻繁地維修或更換設(shè)備。

　　由于大多數(shù)數(shù)據(jù)中心都運行A1和A2級設(shè)備，設(shè)施管理人員必須確保其冷卻系統(tǒng)能夠勝任這項任務(wù)。購買額外或最新的設(shè)備以滿足冷卻需求，這解釋了為什么專家預(yù)測到2025年美國數(shù)據(jù)中心冷卻市場將達到35億美元以上。

　　數(shù)據(jù)中心冷卻如何工作?

　　數(shù)據(jù)中心的冷卻工作原理是去除空氣中的多余熱量，并用較冷的空氣代替。這通常通過以下幾種方式之一實現(xiàn)：

　　● 將熱空氣排到室外，然后將室外空氣帶入室內(nèi)，進行冷卻并在設(shè)施內(nèi)循環(huán)。

　　● 通過冷卻來回收內(nèi)部空氣，通常通過冷熱通道設(shè)計來最大限度提高冷卻效率。

　　● 將熱空氣排到室外，然后將預(yù)冷的室外空氣吸入設(shè)施內(nèi)以冷卻。這種方法稱為自由冷卻，僅適用于氣候較冷的設(shè)施。

　　● 將設(shè)施冷卻或加熱至最高推薦溫度，一旦設(shè)備發(fā)生故障，則更換設(shè)備。使用這種所謂的熱冷卻或緊耦合冷卻可能更便宜，因為其他冷卻方法的成本可能遠高于設(shè)備更換成本。

　　當(dāng)前的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)和技術(shù)

　　空氣冷卻和液體冷卻是數(shù)據(jù)中心最流行的兩種冷卻類型。

　　空氣冷卻

　　這種冷卻方法非常適合小型數(shù)據(jù)中心或?qū)⒓芸盏匕迮c冷熱通道設(shè)計相結(jié)合的較老數(shù)據(jù)中心。當(dāng)計算機房空調(diào)(CRAC)單元或計算機房空氣處理器(CRAH)發(fā)出冷空氣時，架空地板下方的壓力會增加，并將冷空氣送入設(shè)備入口。冷空氣取代熱空氣，然后熱空氣返回CRAC或CRAH，在那里冷卻并再循環(huán)。

　　熱氣通道和冷氣通道可提高空氣冷卻系統(tǒng)的效率，因為這樣可以更有針對性地布置進氣口和排氣口。這樣可以防止熱氣和冷氣混合，從而使冷卻CRAC或CRAH能夠更有效地工作。

　　此外，CRAH比CRAC更高效，因為它吸入外部空氣并使用冷凍水而不是制冷劑來冷卻空氣。CRAC的功能類似于使用制冷劑來冷卻空氣的家用空調(diào)。CRAC設(shè)備更適合小型數(shù)據(jù)中心機柜，因為它們無法跟上企業(yè)級數(shù)據(jù)中心的步伐。

　　冷熱通道布局

　　在這種布局中，服務(wù)器機柜和機架按行排列，每行朝向與其前面的方向相反。

　　這種設(shè)備配置的冷進氣口和熱空氣口彼此面對，形成交替的冷熱空氣通道。每個通道中的CRAH可排出或泵入空氣，因此冷卻系統(tǒng)可高效工作。熱空氣從熱通道排出，冷空氣則通過冷通道泵入。

　　可以在布局中添加門和墻壁，以進一步引導(dǎo)氣流。機柜應(yīng)盡可能裝滿，以避免空隙、縫隙和電纜開口，因為這些空隙、縫隙和電纜開口可能會將熱空氣或冷空氣泄漏到對面的過道中，導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)超負荷工作。

　　液體冷卻

　　相對較新的技術(shù)是液體冷卻。它是一種更高效、更經(jīng)濟的冷卻系統(tǒng)，因為它可以安裝在最需要它的數(shù)據(jù)中心設(shè)備上。液體比空氣更有效地將熱量從發(fā)熱量源轉(zhuǎn)移出去。它還可以支持更高的設(shè)備密度和產(chǎn)生高于平均水平的熱量的物品，例如高密度和邊緣計算數(shù)據(jù)中心。

　　液體冷卻主要有兩種類型：

　　液浸冷卻：這種方法將整個電氣設(shè)備置于封閉系統(tǒng)中的介電流體中。流體吸收設(shè)備發(fā)出的熱量，將其轉(zhuǎn)化為蒸汽并凝結(jié)，幫助設(shè)備冷卻。

　　直接芯片液體冷卻：這種方法使用柔性管將不可燃介電流體直接輸送到產(chǎn)生最多熱量的處理芯片或主板組件，例如CPU或GPU。流體吸收熱量并變成蒸汽，然后通過同一根管道將熱量帶出設(shè)備。

　　未來的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)和技術(shù)

　　盡管液體冷卻仍然相對較新，但其他數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)即將問世，例如地?zé)崂鋮s方法、使用人工智能和機器學(xué)習(xí)來更好地監(jiān)控和管理冷卻的智能技術(shù)以及蒸發(fā)冷卻。

　　利用自然冷卻數(shù)據(jù)中心

　　數(shù)據(jù)中心可以利用自然資源來冷卻其設(shè)施的一些方法如下：

　　地?zé)崂鋮s利用地表以下近乎恒定的地球溫度來提供冷卻。這是幾個世紀(jì)前用來保持食物低溫的古老方法，并適應(yīng)了現(xiàn)代時代。在數(shù)據(jù)中心，地?zé)崂鋮s使用閉環(huán)管道系統(tǒng)，其中的水或其他冷卻劑通過地下的垂直井流動，并充滿傳熱液體。

　　蒸發(fā)冷卻或沼澤冷卻利用了水在流動的空氣中蒸發(fā)并變成氣體時的溫度下降。風(fēng)扇通過水或冷卻劑濕潤的墊子吸入溫暖的數(shù)據(jù)中心空氣，隨著液體蒸發(fā)，空氣變冷并被推回數(shù)據(jù)中心。它的成本只是風(fēng)冷HVAC系統(tǒng)的一小部分，并且在低濕度氣候下效果最佳。

　　太陽能冷卻將太陽的熱量轉(zhuǎn)化為可用于數(shù)據(jù)中心空氣冷卻系統(tǒng)的冷卻。該系統(tǒng)收集太陽能并使用熱驅(qū)動冷卻過程來降低建筑物內(nèi)的空氣溫度。這在陽光充足的地區(qū)或希望以更環(huán)保的方式補充現(xiàn)有冷卻的數(shù)據(jù)中心非常有用。

　　使用智能技術(shù)進行數(shù)據(jù)中心冷卻

　　由于許多較新的數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)需要設(shè)施所有者進行大量投資，因此智能技術(shù)已成為一種流行的選擇。數(shù)據(jù)中心智能助手、人工智能和機器學(xué)習(xí)技術(shù)可以更有效地監(jiān)控設(shè)施并實時進行調(diào)整以確保最佳溫度和濕度水平。例如，谷歌使用智能溫度控制來減少熱量輸出和冷卻使用量。

　　數(shù)據(jù)中心冷卻機器人可以在設(shè)施內(nèi)移動，監(jiān)測特定服務(wù)器機柜的溫度和濕度水平。手動監(jiān)測機柜溫度的一個挑戰(zhàn)是，機柜打開后，情況會立即發(fā)生變化。

　　數(shù)據(jù)中心的需求只會增加，因此設(shè)施所有者及其客戶必須考慮更高效、更經(jīng)濟的冷卻解決方案。無論是考慮對環(huán)境危害較小的選擇，例如地?zé)岷兔赓M冷卻，還是投資新技術(shù)，例如用于高功率服務(wù)器的液浸冷卻，每個人都能找到適合自己的方案。

　　來源：千家網(wǎng)