数据中心降能耗的未来--自然冷却

互易中国IDC

实际上数据中心里真正承载业务的服务器、网络、存储等所有设备消耗的电能累加起来也才和制冷空调系统消耗的电能差不多，如何将电能更多的用于服务器等业务设备上，而不是浪费在对制冷设备的非必要设备上，是数据中心急需解决的难题。最近关于建设绿色数据中心的呼声此起彼伏，大家都开始关注数据中心的能耗问题，而在不减少服务器、网络、存储等数据中心必需设备的投入时，更多的矛头指向了能耗大户——制冷系统。

为了确保数据中心设备的稳定运行，需要保持数据中心内部365天恒温恒湿，通过空调系统将数据中心的温度、湿度、空气洁净度等环境参数满足设备制造商的设计规范。在这样的情况下，再去考虑减少数据中心制冷系统的能源消耗。聪明的人类自然想出了不少的方法。比如：提升数据中心运行温度，数据中心内部运行温度过低屡次被人所提及；减少数据中心设备的散热；采用效率更好的空调系统；采用自然冷却的技术；还有不少其它的降耗技术，其中属自然冷却技术最受热捧。自然冷却技术是充分利用自然资源，通过数据中心外部自然环境和数据中心内部环境温差，来达到降低数据中心内部温度的目的。这是一个过程，在这个过程中，制冷系统或者完全旁路，或者部分用自然可用空气或水冷却数据中心，不要认为这个过程是免费的，自然冷却是可以有效降低数据中心制冷系统的能源消耗，但不是全部。为了保持数据中心内部的恒温恒湿，当外界环境温度高于数据中心内部温度时，依然要采用空调系统机械制冷，当外界环境温度较低，则无需空调系统工作，外部的冷源可以通过直接或间接的方式引入室内，从而减少空调系统的使用时间，达到节能的目的。

自然冷却技术的应用有不少的限制条件，当数据中心外界温度高于内部温度时，这种技术就无法应用。在地球赤道附近的国家，这些地方常年温度在30℃左右，而数据中心的设计温度一般要求在24℃~26℃，这些地方的数据中心就无法应用自然冷却技术。有些地方温度变化比较频繁，四季分明，早晚温差大，自然冷却技术的效果就会比较有限，甚至每天空调系统都要要忙于开启或关闭，反复的调整对空调的寿命影响也比较大。所以采用自然冷却技术的数据中心，应该选择建设在哪些温度凉爽，温差变化不大的区域，在这些地方往往可以取得很好的节能效果。我们看到不少的巨头公司将数据中心建在了冰岛，建在了海边或海上，目的都是想充分利用自然冷却的技术，为数据中心降能耗。这些地方常年温度较低，数据中心内外常年存在温差，有利于数据中心散热。

选择了一个温度符合的区域还远远不够，数据中心对湿度，空气质量都有着严格的要求。所以自然空气的湿度过高，空气污染严重的都需要空调系统做二次处理。比如在海上，空气湿度大，如果任由自然空气灌入数据中心，湿气往往给电子设备带来腐蚀，加速设备老化，不利于数据中心的稳定运行，这时就要增加一些干燥设备，有些空调也支持调整湿度的功能，这样空调系统还是保持运转，丝毫没有节省电能。而对于空气污染，空调系统只能无能为力了，大量的带有硫化物，酸性物质的空气，含有雾霾的空气涌入数据中心，将腐蚀电子设备，甚至带来设备短路。对于这些低质量的空气，数据中心还要增加一套空气净化系统，这样虽然减少了空调系统的能源消耗，却又增加了空气净化系统的能源消耗，没能从根本上解决能耗的问题。

自然却冷是将外部的冷空气输送入数据中心，不像空调系统那样还要通过制冷环节（制冷是空调系统中最大消耗电能的环节，其它部分基本可以忽略不计），将制冷后的空气送入数据中心，带走热量，这就要求自然冷却的出入通风口要设计合理。让冷空气能够经过散热的设备，并将热量送向出风口。由于进入的冷空气温度时高时低，避免温度的变化对运行的设备造成影响，空调系统还是要做调节，进行辅助调温，空调系统可以处于半工作状态，也能达到部分节能，让数据中心内部的温度在2℃以内波动，这样对数据中心设备的影响最小。空调系统时时启到数据中心内部环境的监控作用。

在采用自然冷却技术的数据中心制冷系统中，数据中心内部和外部各有独立的换热盘管，用管路将两者连接成封闭环路，环路内有环保媒工作流体，借助媒体泵的作用流体在环路内循环。当外部温度较低时，直接将外部低温空气送至数据中心内部，为内部降温。当外部温度高，不足以带走内部热量时，开启空调制冷系统。空调系统也可以根据温差来调节制冷的大小，从而动态调节，部分制冷，减少电能的消耗。这种利用自然空气降温的技术已经达到了商用级别，在实现上并不存在技术难度。现在自然冷却早已经成为一种比较成熟的技术，并在先进的数据中心开始应用。对于老旧的数据中心更换这样一套空调制冷系统，成本较高。建议新建的数据中心优先考虑自然冷却的制冷技术，这将为数据中心节能一笔不小的开支。在如今能源短缺越来越紧张，电能消耗越来越大，商业用电价格不菲。不难预见，未来的数据中心将越来越多会采用自然冷却技术。

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