數(shù)據(jù)中心是數(shù)字經(jīng)濟的關鍵,但也是能源的主要消耗者。據(jù)估計,全球數(shù)據(jù)中心消耗的電能占全球能源消耗量的2%,其每平方米消耗的電能是普通辦公室的10倍,而這一能源過度消耗的主要原因是部署了冷卻系統(tǒng)。
以數(shù)據(jù)和信息通信技術聞名的專業(yè)廠商AURECON公司總裁彼得•格里夫斯表示,“更令人關注的事實是,目前的預測表明,全球信息通信技術的要求仍然需要冷卻技術,隨著使用智能手機的人越來越多,以及高速網(wǎng)絡的增長,這種擴張遠遠超過了能源效率的提高。”他撰寫的“冷卻ICT關鍵環(huán)境將何去何從?”論文在澳大利亞墨爾本召開的“2015HVAC的未來會議”上發(fā)布。AURECON公司高級機械工程師羅斯•麥卡錫則回顧了傳統(tǒng)和最佳實踐的冷卻技術。他強調,雖然其中一些范例有潛在的邊際改善,但減少冷卻相關的能源消耗是必需的。
在這次圓桌會議上,羅斯和彼得討論冷卻技術的最新發(fā)展趨勢。是什么讓機房冷卻的需求不斷升級?其根本原因是什么?彼得認為數(shù)據(jù)中心需要過程冷卻系統(tǒng),以去除機房設備的多余熱量,例如中央處理單元。這通過是使用機械空冷技術來實現(xiàn)的。因此冷卻技術是非常關鍵的,無效的氣流或高溫會導致過熱和昂貴的失敗。
十年前,數(shù)據(jù)中心的平均電力負荷設計為每平方米500瓦。隨著技術的進步,以及信息技術的需求和智能手機的增加,這一負荷不斷升級,如今數(shù)據(jù)中心的平均電力負荷為每平方米1200瓦。
人們面臨具有較高的污染和碳負荷的行業(yè)困境,當整體有真正的可持續(xù)發(fā)展的承諾時,這意味著冷卻效率是一個嚴重的問題。
那么行業(yè)內能源利用的現(xiàn)狀如何?彼得表示,常見能源利用的度量用于評估數(shù)據(jù)中心的能量效率,也就是能源使用效率(PUE),這是IT設備的效率有關,而數(shù)據(jù)中心具有較高的PUE值時,表明其效率較低。
羅斯表示,現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心有了相當大的變化,其效率取決于所采用的技術。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心可以使用1kW冷卻能力冷卻每1千瓦負荷的設備,導致其PUE值為1.8~~2。而采用自然空氣冷卻技術,如間接蒸發(fā)冷卻技術,可以實現(xiàn)其PUE值達到1.15~1.28。目前良好的做法是在溫帶氣候條件下采用自然空氣冷卻技術,使數(shù)據(jù)中心的PUE值達到1.2。
冷卻技術是不涉及控制溫度的過程:在濕度高的情況下,控制濕度對防止冷凝,而在濕度低的情況下,防止產(chǎn)生靜電的問題也很重要。
一個非常重要的發(fā)展,卻沒有被很多ICT從業(yè)人員充分認識,這是由美國采暖,制冷與空調工程師學會(ASHRE)廣泛研究的結果,該工作定義了四個類別的數(shù)據(jù)中心設備,并啟用了更寬的允許范圍內的溫度和濕度。這開辟了自然冷卻技術的更大潛力。
“自然冷卻”的潛力是什么?
彼得認為,采用自然冷卻的機會在許多地點是可能的,尤其是那些所提供的空氣溫度達到ASHRE準則(18°C~27°C)。當供應空氣溫度為27°C時,需要在25°C或以下的空氣溫度,以獲得自然冷卻顯著的好處。數(shù)據(jù)中心管理者需要決定是否要使用直接或間接的自由冷卻技術。彼得傾向于采用間接通過熱輪或熱交換器技術,這樣,外界空氣污染物或濕度水平不會限制使用自然冷卻。這種類型的間接自由冷卻技術特別適用于南非地區(qū),該地區(qū)的溫度低于19°C和相對濕度為60%的時間,每年都會超過2500小時。
羅斯認為,浸泡冷卻是數(shù)據(jù)中心冷卻技術的重要的一部分。他簡要概述一下浸泡冷卻技術的背景和潛力。他指出,采用浸泡冷卻技術不是一個新的概念:從20世紀70年代開始,軍用高密度的計算機應用已經(jīng)證明,在提供高品位的廢熱的同時,液冷技術可以提高數(shù)據(jù)中心的能源效率。IT設備中,比如CPU,顯卡,內存等都完全沉浸在非導電介質的液體中,進行直接冷卻。
這種技術可以高熱量、高密度IT設備的能源效率,類似于水冷卻系統(tǒng)。浸泡冷卻在超算中心得到普及應用,其部分原因是由于采用這種類型冷卻技術的高密度計算的成本更低。
如果浸沒式冷卻系統(tǒng)變得更為接受,那么數(shù)據(jù)中心就可以顯著地降低制冷能耗。事實上,數(shù)據(jù)中心得到1.05的超低PUE值可能是結合獨特的氣候才實現(xiàn)的。
如何才能找出冷卻技術的前進方向?羅斯表示,他相信采用令人興奮的浸沒式冷卻技術這一解決方案可以實現(xiàn)。之所以這樣說,是因為在全球范圍內,在顯著降低能源消耗和碳排放方面,目前還沒有更好的實踐和新興技術。如今,人們轉而采用更高密度的,效率更高的浸沒冷卻技術。在通常情況下,這會讓業(yè)界人士越來越多地使用液體冷卻技術。目前,人們在使用各種不同的冷卻系統(tǒng),但直接接觸的冷卻是最有效的。
羅斯表示,關注冷卻技術人們將會發(fā)現(xiàn),采用高密度服務器浸沒式冷卻系統(tǒng)成為一個未來數(shù)據(jù)中心發(fā)展技術趨勢。
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