對于數(shù)據(jù)中心而言，空調(diào)系統(tǒng)是為降低服務(wù)器CPU溫度的必配系統(tǒng)，若空調(diào)系統(tǒng)供冷中斷，則數(shù)據(jù)機房送風(fēng)溫度降急劇升高，造成服務(wù)器高溫宕機，影響業(yè)務(wù)安全。除此之外，根據(jù)Uptime報告指出，全球大型數(shù)據(jù)中心年均PUE為1.59，暖通能耗占比為30%。因此，空調(diào)系統(tǒng)能耗是制約數(shù)據(jù)中心PUE值的關(guān)鍵因素。而據(jù)中國信通院統(tǒng)計各國家和地區(qū)相繼公布碳中和的目標(biāo)和承諾，美國政府通過DCO數(shù)據(jù)中心優(yōu)化倡議、FDCCI美國聯(lián)邦數(shù)據(jù)中心整合計劃、FITARA聯(lián)邦政府信息技術(shù)采購改革法案等一系列舉措整合和關(guān)閉數(shù)據(jù)中心，已經(jīng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心數(shù)量減少7000個，占比約50%。數(shù)據(jù)中心平均PUE從2.0降低到近一半大型數(shù)據(jù)中心達到1.5甚至1.4以下。2020年歐盟數(shù)據(jù)中心能源效率行為準則的最佳實踐指南和歐洲數(shù)據(jù)中心能源效率現(xiàn)狀白皮書：規(guī)范了PUE、SUE、DCIE等指標(biāo)。歐洲數(shù)字戰(zhàn)略和塑造歐洲的數(shù)字末來中表示歐洲需要在數(shù)據(jù)中心和整個電信行業(yè)都提高能源效率并使用更多可再生能源，ICT基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)中心應(yīng)確保在2030年之前達到氣候中性 (climate neutral)。2050年成為世界第一個實現(xiàn)氣候中性的大陸。這些國際上數(shù)據(jù)中心的目標(biāo)和節(jié)能減排實例已經(jīng)向數(shù)據(jù)中心行業(yè)的發(fā)展和未來提出更加嚴苛的要求和期望，綠色、低碳、節(jié)能將是數(shù)據(jù)中心未來發(fā)展恒久的主題。

回顧數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)的發(fā)展

一、風(fēng)冷冷卻技術(shù)

? ? 常見的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器CPU冷卻形式為風(fēng)冷，風(fēng)冷的優(yōu)點是散熱器與基板（CPU）的裝配具有標(biāo)準化特征，雖然散熱器的種類形式各異，但在組裝方法上基本可以做到標(biāo)準化或規(guī)范化，有利于大規(guī)模生產(chǎn)。而常見的風(fēng)冷末端空調(diào)的布置形式主要有：房間級地板下送風(fēng)、行列間冷/熱通道封閉、熱管背板等。

? ? 在IT設(shè)備中，服務(wù)器有內(nèi)部的風(fēng)扇通風(fēng)功能，將設(shè)備散發(fā)的熱量進行導(dǎo)流而不具備制冷能力，除此外我們需要部署機房冷卻系統(tǒng)，也就是精密空調(diào)，以保障服務(wù)器良好運行。而就數(shù)據(jù)中心未來綠色節(jié)能的發(fā)展趨勢來說，在保障服務(wù)器良好運行的基礎(chǔ)上，努力做到更低的PUE才是大勢所趨。降低PUE意味著降低數(shù)據(jù)中心的能耗，從制冷技術(shù)層面來說數(shù)據(jù)中心要想做到這一點，無論哪一種制冷技術(shù)都是為了讓冷卻介質(zhì)在末端盡可能的貼近設(shè)備，減少換熱次數(shù)，以便于介質(zhì)更加高效的與設(shè)備進行熱交換，從而提高換熱效率、降低冷損失。

? ? 1、房間級空調(diào)采用的彌漫式送風(fēng)，可謂是“大水漫灌”。從氣流組織管理的角度來說，在機房中安裝的集中空調(diào)由于沒有合理導(dǎo)向?qū)⒗錃饩珳实妮斉涞桨l(fā)熱設(shè)備，只有部分冷介質(zhì)與IT設(shè)備產(chǎn)生的熱量進行熱交換，這樣的氣流組織形式只能浪費其余的大部分冷量。這樣的房級空調(diào)對數(shù)據(jù)中心能耗損失較大，進而影響的PUE值只能在2.0～2.5之間徘徊，也就是說這樣的數(shù)據(jù)中心2度的電能最多只有1度用于IT負載。

? ? 2、老舊的數(shù)據(jù)機房以及通信間一般使用房間級地板下送風(fēng)空調(diào)，房間級地板下送風(fēng)空調(diào)一般集中布置在空調(diào)間內(nèi)，通過架空地板形成靜壓箱，冷空氣通過架空地板上吹后，經(jīng)過服務(wù)器將CPU降溫后回到空調(diào)回風(fēng)口。房間級下送風(fēng)空調(diào)因輸送距離較長，且在輸送風(fēng)路上個點靜壓不同，呈先小后大再小的形勢，以此容易造成機房局部熱點的產(chǎn)生。以此，在使用過程中常將房間級空調(diào)的風(fēng)機轉(zhuǎn)速調(diào)大，溫度調(diào)低，減少局部熱點的產(chǎn)生，因此往往造成能枆浪費。

? ? 3、新建的數(shù)據(jù)機房大多采用行列間空調(diào)冷通道封閉的形式，近年也有不少工聯(lián)網(wǎng)企業(yè)提出行列間熱通道封閉的形式。與房間級下送風(fēng)空調(diào)相比，采用行列間空調(diào)冷/熱通道封閉的形式可以獲得較高的能效比，使冷量可以更加集中，氣流組織更加均勻。對于行列間空調(diào)，機柜的布局方式對氣流組織有較大影響，近年也有很多專家通過CFD模擬對機柜的布置形式對氣流組織的影響做了研究。圖中所展示的，合理的機柜布置可以讓氣流組織更加均勻 ，冷氣更容易進行熱交換。圖示中左側(cè)為對立布置服務(wù)器的機柜的氣流組織CFD模型 ，右側(cè)為交叉布置服務(wù)器的機柜氣流CFD模型，不難看出對立布置服務(wù)器的機柜氣流組織較為均勻。前面我們提到服務(wù)器內(nèi)部是有內(nèi)置的風(fēng)扇來輔助服務(wù)器進行散熱，而內(nèi)置風(fēng)扇對氣流的調(diào)節(jié)都是線性的，一般風(fēng)扇會根據(jù)環(huán)境溫度和溫差進行啟停維持服務(wù)器內(nèi)部溫度在合適范圍。之所以不能忽略服務(wù)器內(nèi)部的風(fēng)機對氣流組織的影響，是因為服務(wù)器運行過程中風(fēng)機產(chǎn)生的能耗也算IT負載能耗，降低PUE值不能只關(guān)注分子，而忽略分母，降低整體能耗的同時也要想辦法降低IT能耗。??

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二、液冷冷卻技術(shù)?

? ? 任何一項技術(shù)的迭代和更新優(yōu)化都是權(quán)衡技術(shù)本身優(yōu)點和效益而產(chǎn)生的，而液冷發(fā)展的三個核心原因正是風(fēng)冷冷卻無法做到且對于數(shù)據(jù)中心未來發(fā)展更高期望的具體表現(xiàn)：

1、芯片熱功率已經(jīng)達到風(fēng)冷極限350w-400w。

2、國家對數(shù)據(jù)中心PUE提出了更高的要求，數(shù)據(jù)中心是能耗大戶，2015年我國數(shù)據(jù)中心能耗高達1000億千瓦時，降低PUE對節(jié)能減排大有裨益。

3、液體比空氣散熱的優(yōu)勢明顯；同體積液體帶走熱量是空氣的3000倍、液體導(dǎo)熱能力是空氣的25倍、同等散熱水平時，液體系統(tǒng)噪音的比風(fēng)冷降低10～15db、液冷系統(tǒng)約比風(fēng)冷系統(tǒng)節(jié)點30%。?

? ? 而液冷冷卻技術(shù)是如何做到這些的呢，還是那句話無論哪一種制冷技術(shù)都是為了讓冷卻介質(zhì)在末端盡可能的貼近設(shè)備。

? ? 現(xiàn)有的液冷技術(shù)主要有緊耦合式(間接接觸）液冷技術(shù)及浸泡式（直接接觸）液冷技術(shù)。緊耩合式液冷技術(shù)就是用管道將冷凍液輸送到機柜內(nèi)部的發(fā)熱元器件附近甚至緊貼發(fā)熱元器件的散熱片。浸泡式液冷技術(shù)就是將服務(wù)器浸泡于一種特殊的礦物油或氟利品中進行降溫，此系統(tǒng)對礦物油及氟利昂化學(xué)成分、密閉和凈化條件要求非常高。一般單機架功率超12KW建議采用液冷方式，相對于風(fēng)冷而言，液冷可以效率更高。但液冷服務(wù)器均需定制，初始投資高，對建筑物稱承重有一定要求，且后期維保投入大。如華為可拔插型的水冷板液冷服務(wù)器，均需要華為專配的蒸餾水。其實這也就體現(xiàn)出液冷技術(shù)的一些弊端，比起常規(guī)的風(fēng)冷服務(wù)器而言，特殊液冷的服務(wù)器會對日常的機房運維工作帶來一定困難。

? ? 冷板式液冷是一種緊耦合式(間接接觸）的液冷技術(shù)主要通過3種核心部件來實現(xiàn)末端更加貼近設(shè)備，它們分別是cold plate（冷板）、manifold（分歧管）、CDU（冷卻分配裝置）。冷板相當(dāng)于冷卻系統(tǒng)中的“皮膚”，對于高密散熱的服務(wù)器而言，服務(wù)器內(nèi)部的散熱空間是極其狹小的，這就意味著需要更加貼近服務(wù)器內(nèi)部發(fā)熱元器件的冷板貼合進行高效的換熱。而分歧管則負責(zé)輸送冷卻介質(zhì)分布在服務(wù)器兩端同時連接冷板，相當(dāng)于人體中連接心臟和人體組織的“血管”，那么冷卻分配裝置就相當(dāng)于冷卻系統(tǒng)中的“心臟”，保證冷卻介質(zhì)在冷卻系統(tǒng)中的循環(huán)效率。理想狀態(tài)下的液冷冷卻技術(shù)在精準化的制冷過程中產(chǎn)生PUE可達到1.01～1.2,可大幅降低數(shù)據(jù)中心的能耗。目前業(yè)界比較廣泛的采用液冷技術(shù)大多是間接液冷（板式），也有在使用直接液冷模式，如阿里就是采用的單向浸沒式的液冷制冷技術(shù)。由此可見液冷技術(shù)對于數(shù)據(jù)中心來說，在可預(yù)見的未來液冷技術(shù)將極具規(guī)模的占據(jù)制冷系統(tǒng)的一席之地。

三、間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)

? ? 其實提到綠色節(jié)能的制冷技術(shù)，在大學(xué)課程及行業(yè)應(yīng)用中都會涉及和應(yīng)用到間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)，它是一項利用水蒸發(fā)吸熱制冷的冷卻技術(shù)。簡單的說，原理是將室外新風(fēng)與循環(huán)水直接接觸后等焓降溫后間接的通過換熱器帶走機房熱空氣中的熱量，從而對機房進行降溫。間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)相對于水冷空調(diào)而言，減少了冷水機組、水泵、冷卻塔等設(shè)備能枆，在低溫環(huán)境下可以高效的提供自然冷源給機房供冷，因此，在北方寒冷區(qū)域使用，可以有效降低空調(diào)能耗。但南方高溫高濕地區(qū)則不適用。這種制冷技術(shù)存在的弊端就是有著比較強的地域性，也就是和當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件關(guān)聯(lián)性比較緊密。業(yè)內(nèi)應(yīng)用并不廣泛，但是不影響這項技術(shù)在未來建設(shè)更多綠色節(jié)能的數(shù)據(jù)中心時成為甲方和工程師們考慮的方案之一。目前這項冷卻技術(shù)有著較大的地域氣候壁壘，但是不妨礙行業(yè)建環(huán)暖通專業(yè)工程師和行業(yè)建設(shè)方對它的技術(shù)突破和嘗試。間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)在南方地區(qū)也有使用的案例，目前也有數(shù)據(jù)機房在嘗試使用液冷加間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)。如儀征的騰訊機房，以及已經(jīng)在建設(shè)的南京佳力圖機房。但江蘇地區(qū)夏季不屬于高溫高濕地區(qū)，它的自然冷源利用時長 一般僅2～3個月，因此，在非自然冷源期間需利用電能制冷進行冷量供給，因此在南方地區(qū)單純的利用間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)未必可以實現(xiàn)節(jié)能。液冷技術(shù)的出液溫度一般50℃，而南京地區(qū)最高濕球溫度28.5℃，因此完全可以利用蒸發(fā)冷卻技術(shù)與液冷技術(shù)相互結(jié)合，減少電能制冷的使用，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能。

? ? 技術(shù)革新永遠沒有盡頭只會愈加精益求精，數(shù)據(jù)中心行業(yè)的發(fā)展應(yīng)該與時代同頻共振。自2020年開啟的雙碳時代已經(jīng)走過快兩個年頭，綠色、節(jié)能、低碳的時代發(fā)展主題無論對于哪一個行業(yè)都是不可抗拒的，數(shù)據(jù)中心更應(yīng)該走在綠色行業(yè)的前排，加快降低碳排放步伐，引導(dǎo)好綠色技術(shù)創(chuàng)新，提高產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟的競爭力，做好綠色、節(jié)能、低碳生產(chǎn)的排頭兵。