機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)在數(shù)據(jù)中心的冷卻技術(shù)應(yīng)用

隨著人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、高性能計(jì)算、數(shù)據(jù)分析等高功率密度應(yīng)用的增長(zhǎng)，也為現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心帶來(lái)了新的冷卻散熱需求，混合冷卻精密空調(diào)解決方案應(yīng)運(yùn)而生，并采用多種冷卻技術(shù)提供特定的機(jī)架級(jí)甚至芯片級(jí)冷卻。

提供順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)的冷卻解決方案

冷卻技術(shù)的應(yīng)用必須順應(yīng)當(dāng)前的數(shù)據(jù)中心發(fā)展趨勢(shì)。

1?一些數(shù)據(jù)中心的規(guī)模正日益龐大。如今電力容量10兆瓦以上的數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目并不罕見(jiàn)。冷卻技術(shù)必須實(shí)現(xiàn)大限度地延長(zhǎng)正常運(yùn)行時(shí)間、降低成本、提高效率，以及加快上市的目標(biāo)。

2?此外，還有一些數(shù)據(jù)中心的規(guī)模正在變小。邊緣數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用和數(shù)量呈爆炸式增長(zhǎng)，并且越來(lái)越重要，需要有效冷卻機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)解決方案確保可用性，同時(shí)還要提供主要數(shù)據(jù)中心的效率效益。由于邊緣數(shù)據(jù)中心設(shè)備通常是無(wú)人值守或是“熄燈”設(shè)施，因此遠(yuǎn)程熱監(jiān)測(cè)和控制是保障正常運(yùn)行時(shí)間和維護(hù)的關(guān)鍵因素。

3?數(shù)據(jù)中心的環(huán)境溫度正在升高?！禔SHRAE2016熱指南》將讓數(shù)據(jù)中心溫度范圍從18℃（64.4℉）升高到27℃（80.6℉）。這提供了更多的冷卻選擇，并有可能減少運(yùn)營(yíng)支出和資本支出。但是必須記住，數(shù)據(jù)中心的可靠性和可用性仍然是重要的指標(biāo)。

4?在某些城市和地區(qū)，擴(kuò)建數(shù)據(jù)中心不是向外橫向擴(kuò)展，而是向上擴(kuò)展建設(shè)多層建筑。例如，舊金山、倫敦、東京、新加坡和香港等高密度人口地區(qū)的房地產(chǎn)成本促使數(shù)據(jù)中心需要向上擴(kuò)展而不是橫向擴(kuò)展。數(shù)據(jù)中心建筑高度與特定的冷卻技術(shù)直接相關(guān)。冷凍水解決方案適用于多層建筑（三層或以上）。這意味著雖然水冷技術(shù)并不是數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商的方案，但由于當(dāng)前許多泵送制冷劑的冷卻解決方案受到高度限制，因此需要水冷技術(shù)。

如果條件允許，數(shù)據(jù)中心可以使用泵送制冷劑技術(shù)，采用這種冷卻技術(shù)可以提供1.05至1.2的能源使用效率（PUE），并且每MW的電力容量節(jié)省數(shù)百萬(wàn)加侖的水來(lái)增加價(jià)值。新的冷卻技術(shù)可以根據(jù)應(yīng)用情況將泵送制冷機(jī)組的節(jié)能率提高50%，并應(yīng)用在中低等環(huán)境條件中，根據(jù)室外溫度和負(fù)載量來(lái)節(jié)省更多的能源。此外，還可以通過(guò)添加制冷單元來(lái)增加容量，從而使其成為一個(gè)可擴(kuò)展的冷卻解決方案。

但是如果受到了建筑物的高度限制，采用水冷技術(shù)可以提供靈活的冷卻措施。但是，采用水冷解決方案會(huì)帶來(lái)額外的成本問(wèn)題，例如需要安裝管道系統(tǒng)、集中式冷水機(jī)組和冷卻塔，還有防止管道泄漏和腐蝕的維護(hù)成本。

其次，如果在水量相對(duì)稀少或成本高昂的地區(qū)，使用水冷技術(shù)將大量增加冷卻成本。隨著數(shù)據(jù)中心設(shè)施對(duì)于可持續(xù)性的承諾和時(shí)間的推移，每兆瓦數(shù)百萬(wàn)加侖水的使用量實(shí)際上也是一個(gè)難題。

5?靈活性是大型數(shù)據(jù)中心體冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵特性，通常采用非高架地板環(huán)境來(lái)降低成本。這種趨勢(shì)加快了數(shù)據(jù)中心的部署，但同時(shí)也消除了通過(guò)改造地板來(lái)改變氣流的能力。泵送的制冷劑、冷凍水或蒸發(fā)技術(shù)可以提供所需的冷卻，還有其他幾種靈活的方法可以達(dá)到制冷要求，其中包括：

（1）通過(guò)防止冷熱空氣混合以提高效率的通道封閉解決方案。

（2）安裝在機(jī)架后部的機(jī)架煙囪，用于收集加熱后的廢氣并將其輸送到天花板通風(fēng)室，然后返回機(jī)房空調(diào)單元進(jìn)行室內(nèi)再循環(huán)。其缺點(diǎn)是煙囪管道將機(jī)架固定在適當(dāng)?shù)奈恢?，這可能限制將來(lái)的靈活性。

6?中小型數(shù)據(jù)中心可采用行內(nèi)熱管理單元，這些單元位于設(shè)備機(jī)架旁邊，具有更小的占地面積，同時(shí)為機(jī)架提供冷空氣。

無(wú)論選擇哪種冷卻方式，數(shù)據(jù)中心都可以從中受益，這些冷卻系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)適應(yīng)數(shù)據(jù)中心中不斷變化的條件來(lái)提高整體系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性，可以提供全天候運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，允許授權(quán)人員使用智能手機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控并采取措施。

高功率密度需要?jiǎng)?chuàng)造力

金融、研究、學(xué)術(shù)界、托管和石化等運(yùn)營(yíng)和行業(yè)需要高密度計(jì)算來(lái)支持諸如面部識(shí)別、高級(jí)數(shù)據(jù)分析、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用。這需要采用機(jī)架和芯片級(jí)別的冷卻技術(shù)。

這些高性能計(jì)算部署涉及部署30kW至60kW的機(jī)架，這些機(jī)架可以容納超高性能的高功率服務(wù)器。這樣的機(jī)架通常放置在大型云計(jì)算設(shè)施和主機(jī)托管設(shè)施內(nèi)的吊艙環(huán)境中，并通過(guò)冷凍水、泵送制冷劑或蒸發(fā)技術(shù)進(jìn)行整體冷卻。采用的風(fēng)冷技術(shù)包括安全殼、行內(nèi)冷卻或后門(mén)熱交換器模塊，這些模塊可以使用輔助風(fēng)扇通過(guò)盤(pán)管吸入空氣。

有些數(shù)據(jù)中心不太可能需要機(jī)架或芯片級(jí)冷卻。但是在這些環(huán)境中，采用液體冷卻技術(shù)可能是適當(dāng)?shù)?，但需要?duì)數(shù)據(jù)中心設(shè)施進(jìn)行改造，并對(duì)周邊設(shè)備進(jìn)行調(diào)整。即使這樣，液體冷卻也只能將總熱負(fù)荷降低約50％。這意味著將需要其他冷卻源，例如采用后門(mén)冷卻系統(tǒng)提供全面的冷卻。

用于高功率密度冷卻的流體可以是冷水，這對(duì)于采用這種冷卻技術(shù)的數(shù)據(jù)中心設(shè)施來(lái)說(shuō)是一個(gè)考慮因素。但是其體冷卻液體也可以是介質(zhì)液體（在發(fā)生泄漏時(shí)不會(huì)使設(shè)備短路）或制冷劑，這樣每個(gè)機(jī)架的環(huán)境溫度可能會(huì)保持一致。

邊緣計(jì)算的應(yīng)用

隨著減少延遲和讓數(shù)據(jù)更接近終用戶(hù)的需要，圍繞著高質(zhì)量視頻內(nèi)容、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、電子商務(wù)以及即將到來(lái)的5G技術(shù)等因素，邊緣計(jì)算的應(yīng)用繼續(xù)增長(zhǎng)。邊緣計(jì)算是企業(yè)對(duì)企業(yè)，以及企業(yè)對(duì)消費(fèi)者數(shù)據(jù)中心應(yīng)用程序的收入驅(qū)動(dòng)力。因此，規(guī)模較小的數(shù)據(jù)中心和機(jī)房都變得越來(lái)越重要。對(duì)于當(dāng)今的邊緣環(huán)境，現(xiàn)有的機(jī)房空調(diào)已不再是一種很好的選擇。

這并不是說(shuō)制冷選項(xiàng)不能適用于建筑物管理系統(tǒng)（BMS）。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備應(yīng)用程序進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，采用冷卻技術(shù)將會(huì)更加理想。

還有多種機(jī)房專(zhuān)用空調(diào)冷卻系統(tǒng)，具體取決于需求和站點(diǎn)限制。這些包括壁掛式系統(tǒng)或安裝在吊頂上方的其他系統(tǒng)。邊緣計(jì)算冷卻選項(xiàng)包括機(jī)架式冷卻，并向天花板通風(fēng)室散熱，這節(jié)省了寶貴的占地空間，以便在空間充足時(shí)允許擴(kuò)展服務(wù)器。

一些邊緣應(yīng)用程序提供了使用智能獨(dú)立的模塊化數(shù)據(jù)中心的能力。這些交鑰匙解決方案消除了構(gòu)建數(shù)據(jù)中心空間的需求，可以提供多個(gè)機(jī)架、集成冷卻、不間斷電源（UPS）、配電設(shè)備、消防、監(jiān)控以及通風(fēng)等設(shè)備。

未來(lái)無(wú)論采用何種冷卻措施都是高效

隨著數(shù)據(jù)中心需求的持續(xù)增長(zhǎng)，需要各種冷卻選項(xiàng)來(lái)滿(mǎn)足不同IT環(huán)境的需求。對(duì)泵送制冷劑冷卻的需求仍在增長(zhǎng)，再次為水冷技術(shù)的應(yīng)用打開(kāi)了大門(mén)。隨著開(kāi)發(fā)新的制冷劑和冷卻技術(shù)以解決數(shù)據(jù)中心冷卻問(wèn)題，這種情況可能會(huì)改變。

邊緣計(jì)算的應(yīng)用將會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，以滿(mǎn)足消費(fèi)者和企業(yè)的需求和期望。隨著5G的推出和智慧城市等應(yīng)用日益成為現(xiàn)實(shí)，必須開(kāi)發(fā)可靠的IT基礎(chǔ)設(shè)施，并且必須采用可靠高效的散熱措施。

如今，數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商與冷卻技術(shù)專(zhuān)家開(kāi)展合作變得更加重要。而保持頭腦冷靜和數(shù)據(jù)中心冷卻是企業(yè)業(yè)務(wù)成功發(fā)展的關(guān)鍵。