對於任何數據中心來說，最重要的任務之一就是環境監控和管理。高溫和高溼度會損壞IT設備，導致其發生故障。這可能會給數據中心內的任何工作人員帶來不舒適的環境。

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，以將溫度和溼度水平保持在最佳範圍內。

什么是數據中心冷卻？

數據中心消耗大量電力，這些電力會轉化爲熱量。設施內安裝的設備越多，產生的熱量就越大。數據中心冷卻是指確保數據中心設施內溫度和溼度達到理想水平的設備、工具、系統、技術和流程的集合。

適當的數據中心冷卻可確保整個設施獲得足夠的冷卻、通風和溼度控制，以使所有設備保持在所需的溫度範圍內。

數據中心冷卻爲何如此重要？

高溫和高溼是IT和電氣設備所不希望出現的環境條件。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。過熱和過溼會損壞設備和設備，導致其發生故障並停止工作。設備損壞可能會導致火災和其他安全問題。這些風險會增加運營成本，因爲必須更頻繁地維修或更換設備。

由於大多數數據中心都運行A1和A2級設備，設施管理人員必須確保其冷卻系統能夠勝任這項任務。購买額外或最新的設備以滿足冷卻需求，這解釋了爲什么專家預測到2025年美國數據中心冷卻市場將達到35億美元以上。

數據中心冷卻如何工作？

數據中心的冷卻工作原理是去除空氣中的多余熱量，並用較冷的空氣代替。這通常通過以下幾種方式之一實現：

● 將熱空氣排到室外，然後將室外空氣帶入室內，進行冷卻並在設施內循環。

● 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提高冷卻效率。

● 將熱空氣排到室外，然後將預冷的室外空氣吸入設施內以冷卻。這種方法稱爲自由冷卻，僅適用於氣候較冷的設施。

● 將設施冷卻或加熱至最高推薦溫度，一旦設備發生故障，則更換設備。使用這種所謂的熱冷卻或緊耦合冷卻可能更便宜，因爲其他冷卻方法的成本可能遠高於設備更換成本。

當前的數據中心冷卻系統和技術

空氣冷卻和液體冷卻是數據中心最流行的兩種冷卻類型。

空氣冷卻

這種冷卻方法非常適合小型數據中心或將架空地板與冷熱通道設計相結合的較老數據中心。當計算機房空調(CRAC)單元或計算機房空氣處理器(CRAH)發出冷空氣時，架空地板下方的壓力會增加，並將冷空氣送入設備入口。冷空氣取代熱空氣，然後熱空氣返回CRAC或CRAH，在那裏冷卻並再循環。

熱氣通道和冷氣通道可提高空氣冷卻系統的效率，因爲這樣可以更有針對性地布置進氣口和排氣口。這樣可以防止熱氣和冷氣混合，從而使冷卻CRAC或CRAH能夠更有效地工作。

此外，CRAH比CRAC更高效，因爲它吸入外部空氣並使用冷凍水而不是制冷劑來冷卻空氣。CRAC的功能類似於使用制冷劑來冷卻空氣的家用空調。CRAC設備更適合小型數據中心機櫃，因爲它們無法跟上企業級數據中心的步伐。

冷熱通道布局

在這種布局中，服務器機櫃和機架按行排列，每行朝向與其前面的方向相反。

這種設備配置的冷進氣口和熱空氣口彼此面對，形成交替的冷熱空氣通道。每個通道中的CRAH可排出或泵入空氣，因此冷卻系統可高效工作。熱空氣從熱通道排出，冷空氣則通過冷通道泵入。

可以在布局中添加門和牆壁，以進一步引導氣流。機櫃應盡可能裝滿，以避免空隙、縫隙和電纜开口，因爲這些空隙、縫隙和電纜开口可能會將熱空氣或冷空氣泄漏到對面的過道中，導致冷卻系統超負荷工作。

液體冷卻

相對較新的技術是液體冷卻。它是一種更高效、更經濟的冷卻系統，因爲它可以安裝在最需要它的數據中心設備上。液體比空氣更有效地將熱量從發熱量源轉移出去。它還可以支持更高的設備密度和產生高於平均水平的熱量的物品，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：

液浸冷卻：這種方法將整個電氣設備置於封閉系統中的介電流體中。流體吸收設備發出的熱量，將其轉化爲蒸汽並凝結，幫助設備冷卻。

直接芯片液體冷卻：這種方法使用柔性管將不可燃介電流體直接輸送到產生最多熱量的處理芯片或主板組件，例如CPU或GPU。流體吸收熱量並變成蒸汽，然後通過同一根管道將熱量帶出設備。

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，但其他數據中心冷卻技術即將問世，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

數據中心可以利用自然資源來冷卻其設施的一些方法如下：

地熱冷卻利用地表以下近乎恆定的地球溫度來提供冷卻。這是幾個世紀前用來保持食物低溫的古老方法，並適應了現代時代。在數據中心，地熱冷卻使用閉環管道系統，其中的水或其他冷卻劑通過地下的垂直井流動，並充滿傳熱液體。

蒸發冷卻或沼澤冷卻利用了水在流動的空氣中蒸發並變成氣體時的溫度下降。風扇通過水或冷卻劑溼潤的墊子吸入溫暖的數據中心空氣，隨着液體蒸發，空氣變冷並被推回數據中心。它的成本只是風冷HVAC系統的一小部分，並且在低溼度氣候下效果最佳。

太陽能冷卻將太陽的熱量轉化爲可用於數據中心空氣冷卻系統的冷卻。該系統收集太陽能並使用熱驅動冷卻過程來降低建築物內的空氣溫度。這在陽光充足的地區或希望以更環保的方式補充現有冷卻的數據中心非常有用。

使用智能技術進行數據中心冷卻

由於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，因此智能技術已成爲一種流行的選擇。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並實時進行調整以確保最佳溫度和溼度水平。例如，谷歌使用智能溫度控制來減少熱量輸出和冷卻使用量。

數據中心冷卻機器人可以在設施內移動，監測特定服務器機櫃的溫度和溼度水平。手動監測機櫃溫度的一個挑战是，機櫃打开後，情況會立即發生變化。

數據中心的需求只會增加，因此設施所有者及其客戶必須考慮更高效、更經濟的冷卻解決方案。無論是考慮對環境危害較小的選擇，例如地熱和免費冷卻，還是投資新技術，例如用於高功率服務器的液浸冷卻，每個人都能找到適合自己的方案。

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標題：數據中心冷卻系統和技術及其工作原理

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