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絕熱技術提高數據中心冷卻效能
來源: 互聯(lián)網 作者:佚名 發(fā)布時間:2018/9/6 10:10:48
目前,市場對于高級計算能力的需求逐年上升,系統(tǒng)設備性能越強大,產生的熱量也就隨之越多。隨著對數據中心的需求日益增長,對冷卻設備的要求也就越來越高。
將功率大的設備盡可能集中的放在一起,占地空間小,利用率高,這才是降低設備成本與規(guī)模的關鍵。在這樣做的過程中,數據中心增加這些系統(tǒng)的功率密度,導致這些系統(tǒng)擁有更高的功率,產生更多的單位的熱量。
數據中心除了增加電力成本之外,業(yè)主們還擔心數據中心對于環(huán)境的影響,包括碳排放以及其對當地發(fā)電廠、用水的影響。 雖然電力成本和用水情況可能因地區(qū)而異,但業(yè)主都考慮如何降低運營費用,并在尋找比起十年前能夠更少的利用電力與水的節(jié)能方式,以及替代電力更高效的傳輸數據的方式。
為了確保這些系統(tǒng)設備運行處于最佳狀態(tài),不導致它們過熱,冷卻系統(tǒng)的發(fā)展必須與時俱進。為了保持業(yè)務的盈利,數據中心必須平衡先進的、強大的技術與運行這種計算系統(tǒng)的成本的優(yōu)勢。很明顯,這個行業(yè)已經不再像過去幾十年那樣繼續(xù)發(fā)展下去了——隨著需求的增長,不斷地建立越來越大的數據中心。他們必須找到有效地消除熱量的方法,而不需要顯著地增加運行數據中心的成本。
一、高效絕熱冷卻:
所有的冷卻設備都必須拒絕熱量進入大氣,大多數設計師使用的是蒸發(fā)或空氣冷卻設備。使用蒸發(fā)冷凝器(冷卻塔)的設備比空氣冷卻更節(jié)能,但它們在使用期間,需要用到大量的水,需要昂貴的維護費用和化學處理。數據中心每年可以輕易地使用掉數百萬加侖的水。
備注:蒸發(fā)冷凝器(冷卻塔):是制冷系統(tǒng)中的主要換熱設備,它的作用原理是:制冷系統(tǒng)中壓縮機排出的過熱高壓制冷劑氣體,經過蒸發(fā)式冷凝器中的冷凝排管,使高溫氣態(tài)的制冷劑與排管外的噴淋水和空氣進行熱交換。即氣態(tài)制冷劑由上口進入排管后,自上而下逐漸被冷凝為液態(tài)制冷劑。配套引風機的超強風力使噴淋水完全均勻地覆蓋在盤管表面,水借風勢,極大的提高了換熱效果。溫度升高的噴淋水由部分變?yōu)闅鈶B(tài),利用水的汽化潛熱由風勢帶走大量的熱量,熱氣中的水滴被高效脫水器截住,與其余吸收了熱量的水,散落到PVC淋水片熱交換層中,被流過的空氣冷卻,溫度降低,進入水箱,再經循環(huán)水泵繼續(xù)循環(huán)。蒸發(fā)到空氣中的水分由水位調節(jié)器自動補充。
換熱管采用多種形式,常用的有碳鋼熱浸鋅管(又分圓管和橢圓管)、鋁合金管、不銹鋼管(又分314/316圓管、波接管 );其中碳鋼熱浸鋅型蒸發(fā)式冷凝器為最早開始使用的產品且占有國內大部分的用戶,主要用于高壓氣體冷凝、冷卻,適用壓力范圍在0~30MPa;鋁合金型蒸發(fā)式冷凝器為新型節(jié)能型新一代產品適用于冰機制冷劑冷凝,適用壓力范圍在0~5MPa;不銹鋼管蒸發(fā)式冷凝器主要用在一些化工廠的腐蝕性氣體冷卻及冷凝工藝中。
制冷蒸發(fā)式冷凝器的外殼一般用鍍鋅板噴塑,后因不耐腐蝕,逐漸采用了鍍鋁鋅板噴塑,市場上最新使用的是鍍鋁鎂鋅板,這種板材有不銹鋼的特點,不生銹,外觀好看,易加工。
當室外溫度很低時,空氣冷卻設備運轉良好,但是在高溫季節(jié),它們能吸收更多的能量。這種更高的能源需求需要一個更大、更昂貴的基礎設施來支持它。例如,備用發(fā)電機,備用發(fā)電機的功率要盡可能的大,以此滿足冷卻系統(tǒng)的需要。
最近,新技術已經使用了第三種選擇——絕熱冷卻,它將蒸發(fā)和空氣冷卻結合到一個系統(tǒng)中。絕熱冷卻系統(tǒng)利用水的蒸發(fā)來冷卻周圍的空氣,使其在濕球的溫度范圍內達到幾度,這樣就可以進行更冷、更有效的操作。
與傳統(tǒng)的不斷使用水的冷卻塔不同的是,絕熱系統(tǒng)僅在一年中最熱的月份使用蒸發(fā)冷卻?諝饫鋮s只會在的環(huán)境溫度非常高的情況效率有所損失,所以這是唯一真正需要蒸發(fā)冷卻的時間。在其余時間內,該系統(tǒng)不需要使用任何水就可以滿足設備的冷卻負荷,作為簡單的空氣冷卻系統(tǒng)運行。
在大多數氣候條件下,這些系統(tǒng)可以在一年的時間里干燥多達85%,每年的用水量比其它系統(tǒng)少90%。當周圍的空氣足夠熱,需要蒸發(fā)冷卻時,系統(tǒng)就會切換,有效地處理全年的制冷需求。
當室外溫度不再高時,不再需要蒸發(fā),系統(tǒng)可以在沒有水的情況下過渡到干燥空氣冷卻。以這種方式建立的系統(tǒng)使數據中心能夠有效地處理冷卻,同時比傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)使用更少的水。
蒸發(fā)被限制在絕熱部分,所以傳熱盤管保持完全干燥,防止不希望的結垢積聚,并減少對昂貴的化學處理系統(tǒng)的依賴。
絕熱系統(tǒng)比空氣冷卻系統(tǒng)消耗更少的能量。這些較小的功率系統(tǒng)反過來可以降低備用發(fā)電機的規(guī)模。基礎設施成本的大大降低了建設設施的成本,同時也降低了電力和水電費。此外,它還節(jié)省了空間,可以放置數據中心其它電子設備。
二、經濟解決方案:
數據中心面臨的最大的挑戰(zhàn)是要用更少的錢去做更多的事情,數據中心正在尋找創(chuàng)新的方法來保持運營成本盡可能的低,但計算機技術卻在每三個月就會發(fā)生一次變化。面對未來電子設備更密集、更強大的功率時,數據中心的冷卻技術必須跟上電子設備技術發(fā)展的步伐。
絕熱技術已經被用于空氣處理的數據中心工業(yè)很多年了,但是直到最近,它還沒有被應用到機械設備中。在機械設備上的新產品,包括包裝的絕熱冷卻技術,幫助數據中心的所有者應對不斷上升的公用事業(yè)成本和環(huán)境問題帶來的挑戰(zhàn)。絕熱冷卻把最常用的冷卻系統(tǒng)的最好方面結合在一起。