數(shù)據(jù)中心制冷的再思考

近年來(lái)，全球數(shù)據(jù)使用量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)中心對(duì)人們生活和工作的重要性越來(lái)越高。無(wú)論是在線游戲、遠(yuǎn)程教育、虛擬會(huì)議還是購(gòu)物，每天都有數(shù)十億人訪問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)。研究機(jī)構(gòu)估計(jì)，到2020年，全球互聯(lián)網(wǎng)覆蓋了全球人口的59%。

所有這些應(yīng)用都需要占用大量的數(shù)據(jù)中心容量，大量服務(wù)器全天候運(yùn)行以路由互聯(lián)網(wǎng)流量并處理無(wú)數(shù)事務(wù)。近年來(lái)，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)、服務(wù)器技術(shù)和軟件開發(fā)方面的進(jìn)步都為提高能源效率做出了貢獻(xiàn)，有人認(rèn)為全球能源使用量的增長(zhǎng)速度要比三四年前的預(yù)期要慢得多。但是全球的數(shù)據(jù)中心仍然消耗著大量的能源，因此需要采用更節(jié)能的方法來(lái)運(yùn)營(yíng)未來(lái)的數(shù)據(jù)中心。

尋找新的冷卻方式

多年來(lái)，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)采用了許多有效消除熱量的方法。隨著服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展，使用直接膨脹制冷的傳統(tǒng)機(jī)房空調(diào)(CRAC)演變?yōu)楦?jié)能的制冷方法，其中包括直接或間接地使用室外空氣來(lái)冷卻數(shù)據(jù)中心的冷卻方法。

這些解決方案都使用大量資源，盡管蒸發(fā)冷卻可以顯著提高節(jié)能效率，但由于世界許多地區(qū)的水資源日益短缺，用水已成為各行業(yè)面臨的主要問(wèn)題。許多科技公司(例如微軟公司)已經(jīng)開始采取廣泛的舉措來(lái)實(shí)現(xiàn)“水中和”，以降低包括數(shù)據(jù)中心在內(nèi)的所有設(shè)施的總體用水量。

使用室外冷空氣和水等自然資源可以提高能源效率，但這些資源也給數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了一些挑戰(zhàn)。因此，數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)人員一直在重新考慮其制冷策略，通常默認(rèn)使用風(fēng)冷式制冷機(jī)等更傳統(tǒng)的方法。冷卻技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展可以節(jié)省能源，但是這些方法是否有效?安裝這些冷卻設(shè)備的成本是否更高?也許，可以利用物理學(xué)找到更有效的方法來(lái)自然排除數(shù)據(jù)中心的熱量，而無(wú)需用水或?qū)⑹彝饪諝庖霐?shù)據(jù)中心。

為數(shù)據(jù)中心降溫完全是為了傳熱，服務(wù)器等IT設(shè)備產(chǎn)生熱量，這些熱量必須通過(guò)流體(空氣或液體)從服務(wù)器中排出，以使服務(wù)器正常運(yùn)行。這可以通過(guò)幾種制冷方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是否可以簡(jiǎn)單地使用自然資源來(lái)實(shí)現(xiàn)呢?例如，熱傳輸介質(zhì)是否可以在不使用耗電設(shè)備的情況下流向在外部安裝的散熱裝置?

采用熱虹吸管

可以通過(guò)相變和重力作為驅(qū)動(dòng)力，這種技術(shù)名稱為熱虹吸管。自然對(duì)流是一種傳熱，其中流體的運(yùn)動(dòng)不是由外部源產(chǎn)生的，而是由流體的某些部分比其他部分重而產(chǎn)生的。在大多數(shù)情況下，這會(huì)導(dǎo)致自然循環(huán)，或制冷系統(tǒng)中的流體在從蒸汽變?yōu)橐后w的流體相變和重力的推動(dòng)下連續(xù)循環(huán)散熱的能力。

熱虹吸管提供了一種基于自然對(duì)流的被動(dòng)熱交換方法，該方法可以使流體循環(huán)而無(wú)需機(jī)械水泵。換句話說(shuō)，萬(wàn)有引力起到重要作用。熱虹吸管并不是冷卻的新概念。作為一種制冷方式，太陽(yáng)能熱水器和制冷機(jī)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

那么，為什么不在數(shù)據(jù)中心中使用熱虹吸管呢?

利用熱虹吸管

事實(shí)證明，在過(guò)去的幾年中，一些機(jī)構(gòu)針對(duì)數(shù)據(jù)中心開展了熱虹吸冷卻實(shí)驗(yàn)，其中最著名的是美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)。該實(shí)驗(yàn)室在2020年2月發(fā)布的一份報(bào)告表明，通過(guò)在科羅拉多州Golden的數(shù)據(jù)中心使用熱虹吸冷卻技術(shù)，一年節(jié)省了115萬(wàn)加侖的水。但是直到現(xiàn)在，數(shù)據(jù)中心冷卻解決方案提供商并沒(méi)有利用熱虹吸管帶來(lái)的好處。

2018年，Munters公司首次將熱虹吸管技術(shù)引入數(shù)據(jù)中心冷卻的成套空氣處理系統(tǒng)SyCool。從那時(shí)起，Munters通過(guò)數(shù)千小時(shí)的測(cè)試，在一個(gè)用于部署到數(shù)據(jù)中心的分體式系統(tǒng)中進(jìn)一步開發(fā)了這項(xiàng)技術(shù)。與傳統(tǒng)的機(jī)械冷卻系統(tǒng)相比，Munters SyCool提供了同類好的節(jié)能效果，證明了熱虹吸管可以有效地用于減少在不使用水的情況下消除數(shù)據(jù)中心熱量所需的電能。

未來(lái)將如何發(fā)展?

隨著數(shù)據(jù)中心日益成為世界關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，數(shù)據(jù)中心行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者將努力尋找提高數(shù)據(jù)中心運(yùn)行效率的方法。隨著服務(wù)器技術(shù)的發(fā)展，功率密度將會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)，并且冷卻方法可能會(huì)更多地轉(zhuǎn)向液體冷卻而不是空氣冷卻。隨著液體冷卻在工業(yè)中變得越來(lái)越普遍，熱虹吸管技術(shù)可以作為一種實(shí)現(xiàn)高效散熱的方法。這可以通過(guò)制冷劑-液體熱交換器將液體冷卻系統(tǒng)與熱虹吸系統(tǒng)耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)。

有時(shí)候答案很簡(jiǎn)單，通過(guò)運(yùn)用基本的技術(shù)和原理，可以創(chuàng)造出新的創(chuàng)新來(lái)解決最主要的挑戰(zhàn)。在冷卻數(shù)據(jù)中心時(shí)，熱虹吸管提供了驅(qū)動(dòng)力，以開啟數(shù)據(jù)中心可持續(xù)發(fā)展的新篇章。

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