對于任何數據中心來說，最重要的任務之一是環境監測和管理。 高溫和高濕度會損壞 IT 設備，導致它們出現故障。 這可能會給在數據中心內工作的任何人帶來不舒服的條件。
幸運的是，有許多系統和技術可以幫助監控和管理數據中心冷卻，以將溫度和濕度水平保持在最佳范圍內。
什么是數據中心冷卻？
數據中心使用大量電力，這會轉化為熱量。 設施中安裝的設備越多，產生的熱量就越大。 數據中心冷卻一詞是指確保數據中心設施內理想溫度和濕度水平的集體設備、工具、系統、技術和流程。
適當的數據中心冷卻可確保為整個設施提供足夠的冷卻、通風和濕度控制，以使所有設備保持在所需的溫度范圍內。
為什么數據中心冷卻很重要？
對于 IT 和電氣設備而言，高溫和高濕度是不理想的條件。大多數 IT 設備和設備都會產生熱量，需要快速散熱，以免影響其性能。過熱和過濕會損壞設備和設備，導致它們發生故障并停止工作。損壞的設備可能導致火災和其他安全問題的風險。由于必須更頻繁地維修或更換設備，這些風險會增加運營成本。
由于大多數數據中心都運行 A1 和 A2 類設備，因此設施管理人員必須確保他們的冷卻系統能夠勝任任務。購買額外的或最新的設備來滿足冷卻需求解釋了為什么專家預測美國數據中心冷卻市場到 2025 年將達到 35 億美元以上。
數據中心冷卻如何工作？
數據中心冷卻的工作原理是去除空氣中的多余熱量并用較冷的空氣代替。這通常通過以下幾種方式之一完成：
將熱空氣排出室外，然后將室外空氣引入，冷卻并在設施內循環。
通過冷卻來回收內部空氣，通常通過冷熱通道設計來最大限度地提高冷卻效率。
將熱空氣排放到室外，然后將預先冷卻的室外空氣吸入設施以使其冷卻。這種方法被稱為自然冷卻，它僅適用于位于較冷氣候的設施。
將設施冷卻或加熱到推薦的最高溫度，一旦出現故障，更換設備。使用這種所謂的熱冷卻或緊密耦合冷卻可能更便宜，因為其他冷卻方法的成本可能比設備更換成本高得多。
當前的數據中心冷卻系統和技術
空氣冷卻和液體冷卻是兩種最流行的數據中心冷卻類型。
空氣冷卻
這種冷卻方法非常適合小型數據中心或將活動地板與冷熱通道設計相結合的舊數據中心。當機房空調 (CRAC) 單元或機房空氣處理器 (CRAH) 發出冷空氣時，活動地板下方的壓力增加并將冷空氣送入設備入口。冷空氣取代熱空氣，然后返回到 CRAC 或 CRAH，在那里它被冷卻和再循環。
冷熱空氣通道通過更有針對性地放置進氣口和排氣口，提高了基于空氣的冷卻系統的效率。這可以防止冷熱空氣混合，因此冷卻 CRAC 或 CRAH 可以更有效地工作。
此外，CRAH 比 CRAC 更有效，因為它吸入外部空氣并使用冷凍水而不是制冷劑對其進行冷卻。 CRAC 的功能類似于使用制冷劑來冷卻空氣的住宅空調裝置。 CRAC 單元更適合小型數據中心機柜，因為它們跟不上企業級數據中心。
冷熱通道布局
在這種布局中，服務器機柜和機架排成一排，每一排都與前面的那一排相反。
這種設備配置具有相互面對的冷進氣口和熱空氣通風口，形成冷熱空氣交替通道。每個過道中的 CRAH 可以通風或泵入空氣，從而使冷卻系統高效工作。熱空氣從熱通道排出，冷空氣通過冷通道泵送。
門和墻壁可以添加到布局中，以進一步引導氣流。機柜應盡可能裝滿，以避免空余空間、間隙和電纜開口可能會將熱空氣或冷空氣泄漏到對面的過道中，從而導致冷卻系統超時工作。
數據中心冷卻系統和技術及其工作原理
此圖說明了冷熱空氣如何循環，以保持數據中心的最佳溫度水平。
液體冷卻
相對較新的技術是液體冷卻。這是一種更高效、更具成本效益的冷卻系統，因為它可以安裝在最需要它的數據中心設備上。在將熱量從排放源轉移出去方面，液體比空氣更有效。它還可以支持更高的設備密度和產生高于平均熱量的項目，例如高密度和邊緣計算數據中心。
液體冷卻主要有兩種類型：
1.液浸冷卻。該方法將整個電氣設備置于封閉系統中的介電流體中。流體吸收設備發出的熱量，將其轉化為蒸汽并冷凝，幫助設備冷卻。
2.直接到芯片的液體冷卻。這種方法使用軟管將不易燃的介電流體直接帶到產生最多熱量的處理芯片或主板組件，例如 CPU 或 GPU。流體通過轉化為蒸汽吸收熱量，蒸汽通過同一根管子將熱量帶出設備。
未來的數據中心冷卻系統和技術
盡管液體冷卻仍然相對較新，但還有其他數據中心冷卻技術即將出現，例如地熱冷卻方法、使用人工智能和機器學習來更好地監控和管理冷卻的智能技術以及蒸發冷卻。
利用自然冷卻數據中心
以下是數據中心可以利用大自然為其設施降溫的一些方法：
地熱冷卻利用地表以下近乎恒定的地球溫度來提供冷卻。這是一個古老的想法，用于在幾個世紀前保持食物冷藏并適應我們的現代時代。在數據中心，地熱冷卻使用閉環管道系統，水或其他冷卻劑穿過地下垂直井，充滿傳熱液體。 Iron Mountain 的賓夕法尼亞州西部數據中心、冰島的 Verne Global 和挪威的 Green Mountain 為其數據中心使用地熱冷卻。
蒸發冷卻或沼澤冷卻利用了當水暴露于移動空氣并開始蒸發并變成氣體時發生的溫度下降。風扇將溫暖的數據中心空氣通過水或冷卻劑濕潤的墊子吸入，當液體蒸發時，空氣被冷卻并被推回數據中心。它的成本僅為風冷 HVAC 系統的一小部分，并且在低濕度氣候下效果最佳。
太陽能冷卻將來自太陽的熱量轉化為可用于數據中心空氣冷卻系統的冷卻。該系統收集太陽能并使用熱驅動冷卻過程來降低建筑物中的空氣溫度。這在陽光充足的區域或數據中心希望以更環保的方法補充其當前冷卻的區域非常有用。
KyotoCooling是對自然冷卻方法的改進，它使用熱輪控制數據中心的冷熱氣流。隨著車輪的轉動，內部的熱空氣被排放到外面；然后，外部空氣冷卻車輪和被抽回設施的空氣。與其他 CRAH 系統相比，它的運行功耗降低了 75% 至 92%，減少了二氧化碳排放并消除了冷卻系統中對水的需求。該技術被美國聯合航空公司在芝加哥以外的數據中心和惠普在多倫多以外的數據中心使用。
使用智能技術進行數據中心冷卻
由于許多較新的數據中心冷卻技術需要設施所有者進行大量投資，因此智能技術已成為一種流行的選擇。數據中心智能助手、人工智能和機器學習技術可以更有效地監控設施并實時調整以確保最佳溫度和濕度水平。例如，谷歌使用智能溫度控制來減少熱量輸出和冷卻使用。該公司還使用其 DeepMind AI 產品在 18 個月內將冷卻能源使用量減少了 40%。
數據中心冷卻機器人可以在設施內移動，監控特定服務器機柜中的溫度和濕度水平。手動監測櫥柜溫度的一個挑戰是，一旦打開，情況就會發生變化。 OneNeck IT Solutions 等公司已開發出可裝入標準機柜的機器人傳感器探頭。機器人在機柜內的皮帶驅動導軌上上下移動，以收集每個機架的溫度數據。然后它通過藍牙將數據傳輸到連接的設備，以便數據中心專業人員可以創建機柜的完整熱圖。
數據中心的需求只會增加，因此設施所有者及其客戶必須尋找更高效、更具成本效益的冷卻解決方案。無論是通過尋找對環境危害較小的選擇（例如地熱和自然冷卻），還是通過投資新技術（例如用于高性能服務器的液浸式冷卻），每個人都能找到適合自己的東西。
