大功率密度数据中心的冷却系统

文章来源：机房360

       自2002年以来，数据中心业界的人们一直在谈论高功率密度数据中心将取代低功率密度数据中心。理论上，较高的密度将提高效率，同时减少能源消耗的费用，但是，数据中心在实现这些好处的同时，也将面临冷却故障的风险。今天，每台机柜消耗超过10 kW的数据中心都被认为是高功率密度。密度也可以通过每平方英尺所消耗的能量来测量，这就是为什么许多高功率密度数据中心都是新建的，而不是增建的原因所在了。随着机架密度的不断增长，数据中心制造商和设计人员不得不提出更高效的冷却解决方案来抵消能源的消耗。

        传统的数据中心设计无法冷却这些更高密度的数据中心，从而导致了CRAC等冷却解决方案的发展；机柜采用水冷、 背门式 （Rear-door） 冷却装置；和通道密封遏制结构。但不幸的是，通常只是扩展基础设施并添加CRAC单元（大型计算机房空调）是不够的。

      现代可变速CRAC单元在以减小的负载运行时会增加能量开销。不断运行的CRAC设备是周围最有效的和传统的冷却系统之一。不幸的是，运行一台CRAC单元来保持数据中心的冷却，更不用说是多台CRAC单元，并不是成本有效的，并且还会大大增加能源费用账单。 背门式冷却单元以及热通道和冷通道封闭空间结构是当下最为流行和高效的冷却解决方案，且不会消耗过多能量。

       有效的气流管理是一种成功的解决方案，可以有效的帮助防止数据中心过热，并且还具有成本效益。一款背门式冷却单元采用液体冷却技术来为热空气交换冷空气。背门在闭环系统中容纳冷水，抵消由较高密度机架产生的热量。通过在可能的最低温度下使用冷冻或冷藏水，可以大大提高这种方法的效率。这样做保证了整个运营时间感觉冷却，并且抵消了任何意外的除湿。设计没有高架地板、架空机械和结构电气服务的数据中心被认为是背门式冷却系统的最佳实践方案。

      通道密封遏制结构是一种预制系统，其将通道密封遏制设计的所有部件结合在独立单元中。包括一款基础的单元框架，其是一款通道遏制平台，并且用于机柜锚定。热通道和冷通道密封遏制均有助于提高数据中心的传统冷却系统的效率，因为一个通道遏制结构有利于允许更高的数据中心操作环境温度。较高温度的数据中心由于较低的风扇速度，冷却水中的温度升高和自然冷却的使用而得以能够节省更多的能量。与为热空气交换冷空气的背门式冷却单元不同，热通道和冷通道密封遏制结构最小化了混合在一起的热空气和冷空气的量。该功能特征反过来又可以进一步增加冷却基础设施的容量和效率。

      自然空气冷却是用于高功率密度数据中心的另一种系统。一处具有86华氏度操作环境温度的数据中心可以由外部空气冷却，如果外部环境空气持续保持在77华氏度以下，则数据中心无需花费额外的机械冷却。这种冷却方法的一大缺点是外部空气可能携带灰尘杂质进入数据中心。京都涡轮能够作为一款过滤器来改善这一问题。其由通过两部分空间旋转的金属轮组成。数据中心的热空气流过一个空间，而冷空气则通过另一个空间进入。当热空气流过一个空间时，热量传递到涡轮的金属中，然后空气流回数据中心，而外部的冷空气将吸收来自金属的热量。

      冷通道密封遏制的目的是在包含冷空气的同时排出热空气。这包括安装通道天花板，在任一端或顶部垂直墙壁系统安装机架行门，这允许冷空气重定向到服务器进气口并防止热空气再循环。冷通道密封遏制也是节能的。冷通道密封遏制结构保证了将IT设备冷却到制造商的规格。冷通道密封遏制结构通过产生去除热点的不变气流来保证更高的操作效率。因此，整个数据中心都有了更多的可用空间。

        热通道密封遏制围绕数据服务器转储其加热排气的机架行。与冷通道密封遏制一样，其作用是防止冷空气和热空气的混合；然而，热通道面对空调管道，送出热空气再循环被回收到冷空气。这样做需要具有一条用于热空气到达AC进入点的单独路径。在一些情况下，热空气达到AC线圈的最高温度可以使冷却吨数加倍。热通道密封遏制可以使CRAC单元的冷却能力加倍，从而降低成本，并提高效率。

随着市场对数据处理需求的不断增长，数据中心产业还将继续呈现爆炸似发展，高功率密度的数据中心也将继续增长。数据中心的运营经理们现在需要负责降低功耗，并提高效率。拥有高功率密度数据中心可以提高性能和产出，但拥有高效的冷却系统，则有助于大大降低企业数据中心的能源成本费用。