数据中心冷却的最佳实践

随着生活继续转向在线资源，很容易想象世界正在摆脱物理对象。毕竟，书架上的书籍和 DVD 中的信息、文件柜中的文件和日历页面都可以通过口袋里的设备获得。更令人惊讶的是，大部分信息甚至不存在于该手机上，仅依赖于与基于云的网络服务的连接。

然而，即使我们不再看到这些对象，它们仍然占用物理空间，尽管形式不同——服务器机架不断传递和存储信息。乍一看，组织其中一个数据中心似乎很简单。您需要做的就是排列服务器机架，安装一些冷却处理并将您的公司连接到新网络。

只有在您开始规划数据中心时，您才会意识到它真正的复杂性。与任何电子设备一样，这些服务器和网络设备也会产生热量。但与小型电子设备不同，这些数据中心产生的热量无法通过简单的风扇进行管理。相反，他们需要有重要的组织使用先进的科学概念来冷却如此巨大的电子设备。

数据中心如何冷却

安排数据中心的挑战之一是其多面性。容量、冷却、预算、效率和电力都是规划中心时的主要考虑因素，不解决这些问题会使您的服务器面临故障风险。

在设计数据中心时，您的主要目标应该是：

• 创造技术能力： 数据中心的任何计划都必须考虑到可以存储和处理多少数据。此外，一定要考虑到未来可能的增长。即使您最初没有投资于最终可能需要的所有硬件，您的计划也将允许增长，而不会使布局变得尴尬、局促或凌乱。
• 考虑热量需求： 这些存储设施会产生大量热量，这需要成功的规划和资源来消散。由于计算不当导致的冷却故障会导致组件快速过热并损坏敏感的电子设备。流行的布局解决方案包括冷热通道布局和液体冷却技术，使用尽可能好的气流将热量从网络设备中带走。
• 应用最高效的电力消耗： 机器运行和冷却技术需要大量电力——美国近 2% 的 能源消耗用于数据中心。成功的数据中心电源和冷却设计将有助于有效地应用冷却技术和配电，使用更少的能源并减少中心的碳足迹。

热量如何影响我的数据中心冷却设计？

控制服务器的热输出是数据中心维护的最关键方面之一。大型数据中心通常使用现代化的气流技术和与蒸发相关的冷却系统。数据中心过热可能意味着更高的冷却成本以及硬件损坏、数据丢失甚至火灾的风险增加。调节负载温度的最常见控制因素是气流。

调节气流涉及几个概念，包括：

• 将热量从组件中移走： 气流的主要功能是将产生的热量从加热的硬件中移走。确保所有系统都有足够的气流对于提供适当的冷却至关重要。
• 使用高架地板砖： 如果您已经布置了冷热通道布局，则在冷通道中安装高架地板砖可以增加气流，有助于整体冷却。活动地板通常不会在热通道中提供相同的好处。
• 实施数据中心 HVAC： 当空气流经系统时，冷暖空气不得混合。让热空气加热冷空气会破坏基于空气的系统的冷却特性。因此，开发热通道遏制系统 (HACS) 或冷通道遏制系统 (CACS) 至关重要。通过使用窗帘或屏障来防止混合，过道保持温差并更有效地运行。重要的是要注意，热通道或冷通道都应该被隔离，但是屏蔽两者通常不会比只屏蔽一个提供任何好处。

由于大型数据中心的持续增长以及对其功耗的担忧，大型数据中心备受关注。然而，较小的数据中心，例如办公楼地下室中的单个服务器，也构成了数据中心行业的重要部分——约占 所有服务器库存的 40% ——并且每年消耗高达 130 亿千瓦时 (kWh)。由于较小的网络可能不需要相同强度的冷却，这些系统通常不采用先进的冷却方法，而是依靠标准的、低效的室内冷却技术。

虽然直接为冷却系统供电可能会消耗更多能量，但电子产品通常具有集中的热量区域。将整个房间冷却到电子设备需要的程度，尤其是在不将热量从进气口转移的情况下， 是一种效率极低的模式。冷却系统旨在更有效地处理这些部件，针对机架的精确区域并使用科学原理来提高气流效率。用于特定冷却系统的能源成本很可能最终会低于用于冷却房间本身的功率。

复杂的冷却技术，所有方法，都可能发生故障，危及设备。鼓风机电机和水泵可能会发生故障， 使将热量从组件带走的流体停滞。维护不当会使灰尘和污垢阻塞基本气流。传感器可以记录不准确的读数。在任何这些情况下，温度都可能迅速达到危险水平并损坏硬件，这就是为什么定期监控和维护对于保持数据中心运行不可或缺的原因。

什么是冷热通道布局？

冷热通道是数据中心最流行的冷却布局。服务器的设计目的是通过前部吸入室内空气，冷却必要的组件，然后将热空气从后部排出。了解了这一点，您可以很快发现将一台服务器的前部靠近另一台服务器的后部的问题——第二台服务器将吸入已经加热的空气。此过程无法提供所需的冷却，并继续使整个房间内的空气变暖。

为了解决这个问题，工程师和技术人员在热通道和冷通道中布置了一排排服务器。两台服务器将在过道上相互面对，提供仅用于冷空气的通道，服务器吸入该通道。然后，机器的背面也将形成一个面向另一台设备背面的过道，从两者中排出热空气进入同一个区域。这样，硬件只从冷通道吸入冷空气，而暖空气在被再循环到服务器之前可以充分冷却。

一些大型数据中心可以将这些多余的热量用于自己的目的。与其认为热空气仅仅是可能需要进一步冷却的副产品，一些中心可以引导这种空气通过管道系统， 在较冷的气候条件下加热建筑物的其他部分。这提供了一种自然冷却方法，并节省了一般加热目的通常所需的能量。

如果热量没有传递到整个建筑物，则必须在重新进入系统之前以某种方式进行处理。一些系统在再循环之前使用风扇或冷凝器来冷却空气。其他人则使用地热原理，并指出无论顶部的天气如何，地面的温度都保持相对一致。通过地下管道系统输送空气，空气通过自然温度变化被冷却，只需要为将热空气吸入系统的鼓风机电机或风扇提供能量。

如何设计数据中心电源？

为数据中心供电需要精确的设备和监控。要为数据中心供电，您需要：

• 不间断电源： 能量进入中心并传递到不间断电源 (UPS)。UPS通过使用整流器调节能量 ， 并将备用能量存储在电池中以备不时之需。
• 配电单元： 在UPS之后，能量流向配电单元（PDU），将电流转换为可用电压。此阶段还有助于电源监控。
• 电源面板： 接下来，能量转移到电源面板，这是一个将电流分离到不同电路的断路器。
• PDU 抽头： 在抽头处，来自 PDU 的电源可通过轮廓获得。此时，用户可以插入电源线来使用能量。
• 为机架提供能量： 电源线将能量从 PDU 鞭子传输到包含负载的机架。

随着数据中心的冷却和硬件运行量的增加，它们需要大量电力也就不足为奇了。近年来，全球数据中心 使用的能源超过了英国。数据中心规划人员面临 着能源效率悖论 ——一些客户因为成本原因而避免预先投资节能设备，但通过努力省钱， 最终最终付出了更多。除了能源和冷却成本的显着差异之外，低效的设备还会导致系统更快地出现故障，从而增加未来的成本。

最大化回流温度如何影响效率？

数据中心温度监控最关键的方面之一是最大化返回温度。监测空气密度和温度可以显着提高效率。这可以防止暖空气加热冷空气，并更有效地通过系统吸入空气，可能会 减少高达 20% 的能源消耗， 甚至需要更少的冷却机制。

匹配冷却能力意味着什么？

匹配的冷却能力结合了对特定需求的认识以及更有效地满足这些需求的能力。这个概念是评估系统中的热量，尽可能直接地在问题区域进行冷却，并对该部分使用最有效的冷却策略。冷却越局部化和集中化，通常系统中需要的空气就越少，从而减少可能的浪费。尽管这种类型的分析预先花费了更多的钱，但很容易看出提高的效率将如何迅速增加。

在我的计划中应该避免哪些方法？

在规划数据中心时，不该做什么可能与该做什么一样重要。通常，这些决定归结为试图偷工减料或省钱。但是，制定适当的计划对于确保数据中心的使用寿命和有效性至关重要。

规划中心的一些最具破坏性或效率低下的方法是：

为整个房间降温： 正如在讨论冷热通道时所提到的，整个房间的制冷效率低下且效率低下。即使您是一家拥有几个机架的小公司，适当的冷却技术也将有助于最大限度地降低冷却成本，同时延长设备的使用寿命。冷却整个房间会浪费不必要的能量来冷却房间中不需要的部分，并且还会导致温度调节不均匀。

保持不一致的温度： 数据系统在保持一致的温度时将发挥最佳功能。这允许对环境进行更多控制，并防止水分和冷凝物在电子设备上积聚，就像温度快速变化有时会发生的那样。为获得最佳效果，请使用监控设备需求并在必要时提供冷却的技术，这将提供最佳一致性。

过冷： 虽然持续的低温可能不会损坏您的机器，但在过冷的情况下运行冷却系统会使用额外的能量而没有额外的好处。检查制造商的温度建议，了解适用于您的数据中心并保持在限制范围内的温度范围。否则，你是在为你不需要的能源买单。

提前跳过效率： 虽然看起来以更少的钱开始是一个谨慎的选择，但您可能会更快地磨损硬件并支付维护或更换这些系统的费用。此外，您最终会因能源效率低下而失去这些节省。计算您的实际能源消耗成本，然后将高效硬件的年度节省与成本较低的同类产品进行比较。您可能会很快收回投资，并延长服务器的使用寿命。

一次使用所有空间： 如果您有足够的空间，您可能会有用当前数据中心需要的任何东西来填充它的冲动。但是，这可能是短视的，因为您需要围绕此安装任何其他技术。此外，将设备分散以填充空间会使隔离 HACS 或 CACS 变得更具挑战性，需要更长的电缆，并且总体上使工作空间复杂化。

实施拼凑组装： 一定要带着计划进入数据中心。看到一排排排成一排的机架看起来很容易应用，但规划不善会很快导致交叉电缆形成气坝、空间使用效率低下、空气流通不畅和许多其他问题。