數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)狀態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)
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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(gè)重要組成部分，也是數(shù)據(jù)中心正常運(yùn)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(gè)問(wèn)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(yùn)營(yíng)費(fèi)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(dòng)因素。至于能耗和昂貴運(yùn)營(yíng)費(fèi)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(lái)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(wèn)題是IT技術(shù)進(jìn)步和需求擴(kuò)展的必然結(jié)果。從長(zhǎng)期發(fā)展趨勢(shì) 來(lái)看，伴隨著IT需求的發(fā)展，供電和散熱問(wèn)題對(duì)數(shù)據(jù)中心發(fā)展的制約將越來(lái)越嚴(yán)重，解決 這一問(wèn)題的難度和復(fù)雜性也將越來(lái)越高，這就是建設(shè)新一代數(shù)據(jù)中心無(wú)論如何也避不開(kāi)解決 供電和散熱問(wèn)題的根本原因。
數(shù)據(jù)中心空調(diào)制冷系統(tǒng)從設(shè)計(jì)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(wèn)題入手，全面介紹當(dāng)代數(shù)據(jù)中心對(duì)制冷系統(tǒng)的要求、新 的制冷設(shè)計(jì)理念、新的制冷技術(shù)，以及先進(jìn)的設(shè)計(jì)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(shì)
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(jì)算密度，從而推動(dòng)了以刀片式服務(wù)器為代表的高密度計(jì)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(shuō)，功率密度問(wèn)題是推動(dòng)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(diǎn)
制冷系統(tǒng)負(fù)載是指機(jī)房的熱量，具體來(lái)說(shuō)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(jī)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(shí)。在數(shù)據(jù)中心機(jī)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(jì)好空調(diào)制冷系統(tǒng)，首先要了解制冷負(fù)載的特點(diǎn)，特 別是IT設(shè)備熱量產(chǎn)生和存在的特點(diǎn)，以及對(duì)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(gè)特點(diǎn)。
功率密度不斷提高
IT設(shè)備和數(shù)據(jù)中心機(jī)架功率密度的提高來(lái)自兩個(gè)方面：一方面是計(jì)算機(jī)設(shè)備的更新?lián)Q 代以及高密度計(jì)算機(jī)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(duì)數(shù)據(jù)中心資源的要求致 使服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)量大幅度增長(zhǎng)。
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(gè)月增加一倍。微處理器的密度和主 頻越來(lái)越高，導(dǎo)致發(fā)熱量越來(lái)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(lái)服務(wù)器 功耗增加了 15倍，機(jī)架的供電密度也提高了 10倍。值得注意的是，應(yīng)用的增長(zhǎng)速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超過(guò)了服務(wù)器效率和性能的增長(zhǎng)速度。因此，近5年來(lái)數(shù)據(jù)中心的功耗和密度還會(huì)急劇 提高。
2.機(jī)架化的配置，使熱量進(jìn)一步集中
機(jī)架化配置就是把設(shè)備羅列起來(lái)，使可以分散的熱源集中到一點(diǎn)。本書(shū)第1章中圖1.3 就顯示了這種趨勢(shì)。實(shí)際上刀片服務(wù)器也是機(jī)架式的，截至目前，機(jī)架式配置已經(jīng)占據(jù)了機(jī) 房IT設(shè)備的絕大部分。每個(gè)機(jī)架安裝的服務(wù)器數(shù)量1996年平均7個(gè)，到2010年就增加到 20個(gè)。在一個(gè)一般的數(shù)據(jù)中心中，單機(jī)柜設(shè)備平均功耗為1〜1.5kW，但在一個(gè)機(jī)架中配置 了高密度服務(wù)器后，最高機(jī)柜設(shè)備功率密度卻可達(dá)到20kW左右。統(tǒng)計(jì)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(gè)高密度的數(shù)據(jù)中心，每個(gè)機(jī)架的平均功耗在1980〜 1990年是1〜2kW; 1990〜2010年是2〜3kW; 2010年以后，機(jī)架功率密度將以更高的 速度進(jìn)一步提高。
