對于任何數(shù)據(jù)中心來說，最重要的任務(wù)之一是環(huán)境監(jiān)測和管理。 高溫和高濕度會損壞 IT 設(shè)備，導(dǎo)致它們出現(xiàn)故障。 這可能會給在數(shù)據(jù)中心內(nèi)工作的任何人帶來不舒服的條件。

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)中心使用大量電力，這會轉(zhuǎn)化為熱量。 設(shè)施中安裝的設(shè)備越多，產(chǎn)生的熱量就越大。 數(shù)據(jù)中心冷卻一詞是指確保數(shù)據(jù)中心設(shè)施內(nèi)理想溫度和濕度水平的集體設(shè)備、工具、系統(tǒng)、技術(shù)和流程。

適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)中心冷卻可確保為整個設(shè)施提供足夠的冷卻、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)。

為什么數(shù)據(jù)中心冷卻很重要？

對于 IT 和電氣設(shè)備而言，高溫和高濕度是不理想的條件。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)致它們發(fā)生故障并停止工作。損壞的設(shè)備可能導(dǎo)致火災(zāi)和其他安全問題的風(fēng)險。由于必須更頻繁地維修或更換設(shè)備，這些風(fēng)險會增加運營成本。

由于大多數(shù)數(shù)據(jù)中心都運行 A1 和 A2 類設(shè)備，因此設(shè)施管理人員必須確保他們的冷卻系統(tǒng)能夠勝任任務(wù)。購買額外的或最新的設(shè)備來滿足冷卻需求解釋了為什么專家預(yù)測美國數(shù)據(jù)中心冷卻市場到 2025 年將達到 35 億美元以上。

數(shù)據(jù)中心冷卻如何工作？

數(shù)據(jù)中心冷卻的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完成：

將熱空氣排出室外，然后將室外空氣引入，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)計來最大限度地提高冷卻效率。  將熱空氣排放到室外，然后將預(yù)先冷卻的室外空氣吸入設(shè)施以使其冷卻。這種方法被稱為自然冷卻，它僅適用于位于較冷氣候的設(shè)施。  將設(shè)施冷卻或加熱到推薦的最高溫度，一旦出現(xiàn)故障，更換設(shè)備。使用這種所謂的熱冷卻或緊密耦合冷卻可能更便宜，因為其他冷卻方法的成本可能比設(shè)備更換成本高得多。

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兩種最流行的數(shù)據(jù)中心冷卻類型。

空氣冷卻

這種冷卻方法非常適合小型數(shù)據(jù)中心或?qū)⒒顒拥匕迮c冷熱通道設(shè)計相結(jié)合的舊數(shù)據(jù)中心。當(dāng)機房空調(diào) (CRAC) 單元或機房空氣處理器 (CRAH) 發(fā)出冷空氣時，活動地板下方的壓力增加并將冷空氣送入設(shè)備入口。冷空氣取代熱空氣，然后返回到 CRAC 或 CRAH，在那里它被冷卻和再循環(huán)。

冷熱空氣通道通過更有針對性地放置進氣口和排氣口，提高了基于空氣的冷卻系統(tǒng)的效率。這可以防止冷熱空氣混合，因此冷卻 CRAC 或 CRAH 可以更有效地工作。

此外，CRAH 比 CRAC 更有效，因為它吸入外部空氣并使用冷凍水而不是制冷劑對其進行冷卻。 CRAC 的功能類似于使用制冷劑來冷卻空氣的住宅空調(diào)裝置。 CRAC 單元更適合小型數(shù)據(jù)中心機柜，因為它們跟不上企業(yè)級數(shù)據(jù)中心。

冷熱通道布局

在這種布局中，服務(wù)器機柜和機架排成一排，每一排都與前面的那一排相反。

這種設(shè)備配置具有相互面對的冷進氣口和熱空氣通風(fēng)口，形成冷熱空氣交替通道。每個過道中的 CRAH 可以通風(fēng)或泵入空氣，從而使冷卻系統(tǒng)高效工作。熱空氣從熱通道排出，冷空氣通過冷通道泵送。

門和墻壁可以添加到布局中，以進一步引導(dǎo)氣流。機柜應(yīng)盡可能裝滿，以避免空余空間、間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，從而導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)超時工作。

此圖說明了冷熱空氣如何循環(huán)，以保持?jǐn)?shù)據(jù)中心的最佳溫度水平。

液體冷卻

相對較新的技術(shù)是液體冷卻。這是一種更高效、更具成本效益的冷卻系統(tǒng)，因為它可以安裝在最需要它的數(shù)據(jù)中心設(shè)備上。在將熱量從排放源轉(zhuǎn)移出去方面，液體比空氣更有效。它還可以支持更高的設(shè)備密度和產(chǎn)生高于平均熱量的項目，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：

1.液浸冷卻。該方法將整個電氣設(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)化為蒸汽并冷凝，幫助設(shè)備冷卻。

2.直接到芯片的液體冷卻。這種方法使用軟管將不易燃的介電流體直接帶到產(chǎn)生最多熱量的處理芯片或主板組件，例如 CPU 或 GPU。流體通過轉(zhuǎn)化為蒸汽吸收熱量，蒸汽通過同一根管子將熱量帶出設(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，但還有其他數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)即將出現(xiàn)，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

以下是數(shù)據(jù)中心可以利用大自然為其設(shè)施降溫的一些方法：

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。這是一個古老的想法，用于在幾個世紀(jì)前保持食物冷藏并適應(yīng)我們的現(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)，水或其他冷卻劑穿過地下垂直井，充滿傳熱液體。 Iron Mountain 的賓夕法尼亞州西部數(shù)據(jù)中心、冰島的 Verne Global 和挪威的 Green Mountain 為其數(shù)據(jù)中心使用地?zé)崂鋮s。  蒸發(fā)冷卻或沼澤冷卻利用了當(dāng)水暴露于移動空氣并開始蒸發(fā)并變成氣體時發(fā)生的溫度下降。風(fēng)扇將溫暖的數(shù)據(jù)中心空氣通過水或冷卻劑濕潤的墊子吸入，當(dāng)液體蒸發(fā)時，空氣被冷卻并被推回數(shù)據(jù)中心。它的成本僅為風(fēng)冷 HVAC 系統(tǒng)的一小部分，并且在低濕度氣候下效果最佳。  太陽能冷卻將來自太陽的熱量轉(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中的空氣溫度。這在陽光充足的區(qū)域或數(shù)據(jù)中心希望以更環(huán)保的方法補充其當(dāng)前冷卻的區(qū)域非常有用。  KyotoCooling 是對自然冷卻方法的改進，它使用熱輪控制數(shù)據(jù)中心的冷熱氣流。隨著車輪的轉(zhuǎn)動，內(nèi)部的熱空氣被排放到外面；然后，外部空氣冷卻車輪和被抽回設(shè)施的空氣。與其他 CRAH 系統(tǒng)相比，它的運行功耗降低了 75% 至 92%，減少了二氧化碳排放并消除了冷卻系統(tǒng)中對水的需求。該技術(shù)被美國聯(lián)合航空公司在芝加哥以外的數(shù)據(jù)中心和惠普在多倫多以外的數(shù)據(jù)中心使用。

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。該公司還使用其 DeepMind AI 產(chǎn)品在 18 個月內(nèi)將冷卻能源使用量減少了 40%。

數(shù)據(jù)中心冷卻機器人可以在設(shè)施內(nèi)移動，監(jiān)控特定服務(wù)器機柜中的溫度和濕度水平。手動監(jiān)測櫥柜溫度的一個挑戰(zhàn)是，一旦打開，情況就會發(fā)生變化。 OneNeck IT Solutions 等公司已開發(fā)出可裝入標(biāo)準(zhǔn)機柜的機器人傳感器探頭。機器人在機柜內(nèi)的皮帶驅(qū)動導(dǎo)軌上上下移動，以收集每個機架的溫度數(shù)據(jù)。然后它通過藍(lán)牙將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭B接的設(shè)備，以便數(shù)據(jù)中心專業(yè)人員可以創(chuàng)建機柜的完整熱圖。

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尋找更高效、更具成本效益的冷卻解決方案。無論是通過尋找對環(huán)境危害較小的選擇（例如地?zé)岷妥匀焕鋮s），還是通過投資新技術(shù)（例如用于高性能服務(wù)器的液浸式冷卻），每個人都能找到適合自己的東西。