數據中心空調制冷系統狀態及發展趨勢
admin
2013-12-18 00:00:00
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空調制冷系統是數據中心的一個重要組成部分，也是數據中心正常運行的重要環境保證 系統。當代數據中心面臨的三個問題：業務連續性和災難恢復性的 挑戰；功率密度和熱量管理方面的挑戰；能耗和昂貴運營費用方面的挑戰。這些都與空調 制冷系統有直接的關系。特別是功率密度和熱量管理方面的挑戰，是數據中心空調制冷 系統正在發生重大技術變革的直接驅動因素。至于能耗和昂貴運營費用方面的挑戰，空 調制冷系統則扮演著最重要的角色，數據中心基礎設施節能降耗的70%將來自空調制冷 系統的技術進步。
當前困擾數據中心的散熱問題是IT技術進步和需求擴展的必然結果。從長期發展趨勢 來看，伴隨著IT需求的發展，供電和散熱問題對數據中心發展的制約將越來越嚴重，解決 這一問題的難度和復雜性也將越來越高，這就是建設新一代數據中心無論如何也避不開解決 供電和散熱問題的根本原因。
數據中心空調制冷系統從設計理念、技術的革新到新產品的應用，都發生了革命性的變 化。本章將從傳統制冷系統存在的問題入手，全面介紹當代數據中心對制冷系統的要求、新 的制冷設計理念、新的制冷技術，以及先進的設計應用案例。
傳統數據中心制冷系統狀態及發展趨勢
在當代數據中心建設中，為了容納急劇增加的IT設備、提高空間利用率，必須縮小設 備體積、提高計算密度，從而推動了以刀片式服務器為代表的高密度計算的發展。這不僅要 求更高的供電密度，也大大增加了散熱的難度。應該說，功率密度問題是推動數據中心空調 制冷技術進步的最主要的決定性因素。
當代數據中心空調制冷系統負載的特點
制冷系統負載是指機房的熱量，具體來說就是熱源，包括產生和傳導熱量的設備、物理 結構和在機房工作的人員等。
功率輸人、熱量輸出是復合熱力學定律的基本事實。在數據中心機房中，產生熱量的主 體是設備，特別是IT設備。要規劃設計好空調制冷系統，首先要了解制冷負載的特點，特 別是IT設備熱量產生和存在的特點，以及對散熱的要求。
當代數據中心IT設備熱量產生和散熱要求主要有以下四個特點。
功率密度不斷提高
IT設備和數據中心機架功率密度的提高來自兩個方面：一方面是計算機設備的更新換 代以及高密度計算機設備的廣泛應用；另一方面是企業的業務發展對數據中心資源的要求致 使服務器和存儲設備的數量大幅度增長。
基于超大規模集成電路（VLIS)的芯片是現代IT設備最基本的架構，當前VLIS芯片 正根據摩爾定律揭示的規律更新換代，密度每18〜24個月增加一倍。微處理器的密度和主 頻越來越高，導致發熱量越來越大。2002年，35〜40W是高端CPU的典型功耗。而現在, 高端CPU的功耗通常是85〜95W，一些高性能處理器的功耗達到130W。近10年來服務器 功耗增加了 15倍，機架的供電密度也提高了 10倍。值得注意的是，應用的增長速度已遠遠 超過了服務器效率和性能的增長速度。因此，近5年來數據中心的功耗和密度還會急劇 提高。
2.機架化的配置，使熱量進一步集中
機架化配置就是把設備羅列起來，使可以分散的熱源集中到一點。本書第1章中圖1.3 就顯示了這種趨勢。實際上刀片服務器也是機架式的，截至目前，機架式配置已經占據了機 房IT設備的絕大部分。每個機架安裝的服務器數量1996年平均7個，到2010年就增加到 20個。在一個一般的數據中心中，單機柜設備平均功耗為1〜1.5kW，但在一個機架中配置 了高密度服務器后，最高機柜設備功率密度卻可達到20kW左右。統計數據是：數據中心的 功率密度平均每年增加15%。在一個高密度的數據中心，每個機架的平均功耗在1980〜 1990年是1〜2kW; 1990〜2010年是2〜3kW; 2010年以后，機架功率密度將以更高的 速度進一步提高。
