数据中心空调制冷系统状态及发展趋势
admin
2013-12-18 00:00:00
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空调制冷系统是数据中心的一个重要组成部分，也是数据中心正常运行的重要环境保证 系统。当代数据中心面临的三个问题：业务连续性和灾难恢复性的 挑战；功率密度和热量管理方面的挑战；能耗和昂贵运营费用方面的挑战。这些都与空调 制冷系统有直接的关系。特别是功率密度和热量管理方面的挑战，是数据中心空调制冷 系统正在发生重大技术变革的直接驱动因素。至于能耗和昂贵运营费用方面的挑战，空 调制冷系统则扮演着最重要的角色，数据中心基础设施节能降耗的70%将来自空调制冷 系统的技术进步。
当前困扰数据中心的散热问题是IT技术进步和需求扩展的必然结果。从长期发展趋势 来看，伴随着IT需求的发展，供电和散热问题对数据中心发展的制约将越来越严重，解决 这一问题的难度和复杂性也将越来越高，这就是建设新一代数据中心无论如何也避不开解决 供电和散热问题的根本原因。
数据中心空调制冷系统从设计理念、技术的革新到新产品的应用，都发生了革命性的变 化。本章将从传统制冷系统存在的问题入手，全面介绍当代数据中心对制冷系统的要求、新 的制冷设计理念、新的制冷技术，以及先进的设计应用案例。
传统数据中心制冷系统状态及发展趋势
在当代数据中心建设中，为了容纳急剧增加的IT设备、提高空间利用率，必须缩小设 备体积、提高计算密度，从而推动了以刀片式服务器为代表的高密度计算的发展。这不仅要 求更高的供电密度，也大大增加了散热的难度。应该说，功率密度问题是推动数据中心空调 制冷技术进步的最主要的决定性因素。
当代数据中心空调制冷系统负载的特点
制冷系统负载是指机房的热量，具体来说就是热源，包括产生和传导热量的设备、物理 结构和在机房工作的人员等。
功率输人、热量输出是复合热力学定律的基本事实。在数据中心机房中，产生热量的主 体是设备，特别是IT设备。要规划设计好空调制冷系统，首先要了解制冷负载的特点，特 别是IT设备热量产生和存在的特点，以及对散热的要求。
当代数据中心IT设备热量产生和散热要求主要有以下四个特点。
功率密度不断提高
IT设备和数据中心机架功率密度的提高来自两个方面：一方面是计算机设备的更新换 代以及高密度计算机设备的广泛应用；另一方面是企业的业务发展对数据中心资源的要求致 使服务器和存储设备的数量大幅度增长。
基于超大规模集成电路（VLIS)的芯片是现代IT设备最基本的架构，当前VLIS芯片 正根据摩尔定律揭示的规律更新换代，密度每18〜24个月增加一倍。微处理器的密度和主 频越来越高，导致发热量越来越大。2002年，35〜40W是高端CPU的典型功耗。而现在, 高端CPU的功耗通常是85〜95W，一些高性能处理器的功耗达到130W。近10年来服务器 功耗增加了 15倍，机架的供电密度也提高了 10倍。值得注意的是，应用的增长速度已远远 超过了服务器效率和性能的增长速度。因此，近5年来数据中心的功耗和密度还会急剧 提高。
2.机架化的配置，使热量进一步集中
机架化配置就是把设备罗列起来，使可以分散的热源集中到一点。本书第1章中图1.3 就显示了这种趋势。实际上刀片服务器也是机架式的，截至目前，机架式配置已经占据了机 房IT设备的绝大部分。每个机架安装的服务器数量1996年平均7个，到2010年就增加到 20个。在一个一般的数据中心中，单机柜设备平均功耗为1〜1.5kW，但在一个机架中配置 了高密度服务器后，最高机柜设备功率密度却可达到20kW左右。统计数据是：数据中心的 功率密度平均每年增加15%。在一个高密度的数据中心，每个机架的平均功耗在1980〜 1990年是1〜2kW; 1990〜2010年是2〜3kW; 2010年以后，机架功率密度将以更高的 速度进一步提高。
