數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)狀態(tài)及發(fā)展趨勢
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2013-12-18 00:00:00
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空調(diào)制冷系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的一個重要組成部分，也是數(shù)據(jù)中心正常運行的重要環(huán)境保證 系統(tǒng)。當(dāng)代數(shù)據(jù)中心面臨的三個問題：業(yè)務(wù)連續(xù)性和災(zāi)難恢復(fù)性的 挑戰(zhàn)；功率密度和熱量管理方面的挑戰(zhàn)；能耗和昂貴運營費用方面的挑戰(zhàn)。這些都與空調(diào) 制冷系統(tǒng)有直接的關(guān)系。特別是功率密度和熱量管理方面的挑戰(zhàn)，是數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷 系統(tǒng)正在發(fā)生重大技術(shù)變革的直接驅(qū)動因素。至于能耗和昂貴運營費用方面的挑戰(zhàn)，空 調(diào)制冷系統(tǒng)則扮演著最重要的角色，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施節(jié)能降耗的70%將來自空調(diào)制冷 系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步。
當(dāng)前困擾數(shù)據(jù)中心的散熱問題是IT技術(shù)進(jìn)步和需求擴(kuò)展的必然結(jié)果。從長期發(fā)展趨勢 來看，伴隨著IT需求的發(fā)展，供電和散熱問題對數(shù)據(jù)中心發(fā)展的制約將越來越嚴(yán)重，解決 這一問題的難度和復(fù)雜性也將越來越高，這就是建設(shè)新一代數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)從設(shè)計理念、技術(shù)的革新到新產(chǎn)品的應(yīng)用，都發(fā)生了革命性的變 化。本章將從傳統(tǒng)制冷系統(tǒng)存在的問題入手，全面介紹當(dāng)代數(shù)據(jù)中心對制冷系統(tǒng)的要求、新 的制冷設(shè)計理念、新的制冷技術(shù)，以及先進(jìn)的設(shè)計應(yīng)用案例。
傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)狀態(tài)及發(fā)展趨勢
在當(dāng)代數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，為了容納急劇增加的IT設(shè)備、提高空間利用率，必須縮小設(shè) 備體積、提高計算密度，從而推動了以刀片式服務(wù)器為代表的高密度計算的發(fā)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(yīng)該說，功率密度問題是推動數(shù)據(jù)中心空調(diào) 制冷技術(shù)進(jìn)步的最主要的決定性因素。
當(dāng)代數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)負(fù)載的特點
制冷系統(tǒng)負(fù)載是指機房的熱量，具體來說就是熱源，包括產(chǎn)生和傳導(dǎo)熱量的設(shè)備、物理 結(jié)構(gòu)和在機房工作的人員等。
功率輸人、熱量輸出是復(fù)合熱力學(xué)定律的基本事實。在數(shù)據(jù)中心機房中，產(chǎn)生熱量的主 體是設(shè)備，特別是IT設(shè)備。要規(guī)劃設(shè)計好空調(diào)制冷系統(tǒng)，首先要了解制冷負(fù)載的特點，特 別是IT設(shè)備熱量產(chǎn)生和存在的特點，以及對散熱的要求。
當(dāng)代數(shù)據(jù)中心IT設(shè)備熱量產(chǎn)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(shè)備和數(shù)據(jù)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(shè)備的更新?lián)Q 代以及高密度計算機設(shè)備的廣泛應(yīng)用；另一方面是企業(yè)的業(yè)務(wù)發(fā)展對數(shù)據(jù)中心資源的要求致 使服務(wù)器和存儲設(shè)備的數(shù)量大幅度增長。
基于超大規(guī)模集成電路（VLIS)的芯片是現(xiàn)代IT設(shè)備最基本的架構(gòu)，當(dāng)前VLIS芯片 正根據(jù)摩爾定律揭示的規(guī)律更新?lián)Q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(dǎo)致發(fā)熱量越來越大。2002年，35〜40W是高端CPU的典型功耗。而現(xiàn)在, 高端CPU的功耗通常是85〜95W，一些高性能處理器的功耗達(dá)到130W。近10年來服務(wù)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(yīng)用的增長速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超過了服務(wù)器效率和性能的增長速度。因此，近5年來數(shù)據(jù)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(jìn)一步集中
機架化配置就是把設(shè)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(wù)器也是機架式的，截至目前，機架式配置已經(jīng)占據(jù)了機 房IT設(shè)備的絕大部分。每個機架安裝的服務(wù)器數(shù)量1996年平均7個，到2010年就增加到 20個。在一個一般的數(shù)據(jù)中心中，單機柜設(shè)備平均功耗為1〜1.5kW，但在一個機架中配置 了高密度服務(wù)器后，最高機柜設(shè)備功率密度卻可達(dá)到20kW左右。統(tǒng)計數(shù)據(jù)是：數(shù)據(jù)中心的 功率密度平均每年增加15%。在一個高密度的數(shù)據(jù)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(jìn)一步提高。
