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伴随着电价和IT能耗的持续上升,IT相关的能源成本正饱受越来越严刻的核对。在一处精心设计的数额大旨,冷却耗电成本大概占到总的耗电量的37%。换言之,其实这在无数境况下,意味着通过增强冷却功用来下滑IT能源成本带来了机遇。

本文中,我们将为广大读者诸君介绍有关提升数据基本冷却效能的五大战略:

1、适当密封的数据基本环境

一款蒸汽密封在决定相对湿度,从而收缩了不必要的加湿和除湿方面宣布了重在的职能。

2、优化气流

机架布置、机房空调布局和线缆管理都会影响到在第一装置内空气流通的能量消耗量。

3、在适合的地方拔取节能器

在冰冷的季节,节能器允许利用外部空气以扶助数据核心的制冷,从而开创了无需耗能实现冷却的火候。

4、提升冷却系统效能

譬如可变容量系统和改进的控制等新兴技术的施用,正推进室内空气调节系统效能的升官。

5、使冷却更仿佛热源

增补冷却系统使得冷却更近乎热源,从而收缩了气氛流动所需的能量。不言而喻,上述这么些方法推进将冷却系统的能源成本削减30%至45%,并带动彰着的、平常性的基金节约。再增长新兴技术的采纳,如效率更高的电脑和新的遵照芯片的降温技术,这一个措施得以促进保持能源成本与服务器密度和能源价格的随地高涨步调一致。

停止日前,仍旧很少有人注意到IT系统所耗费的能量成本。不过,随着能耗和电价的缕缕高涨,能源成本逐年受到来自公司高层管理人士们越来越严俊的稽审,以便举行财力的管理。事实上,能源成本现在已化作了公司数据基本的选址和计划的支配因素之一。

目前,依据由Data Center Users’
Group所举办的一项调查呈现,数据主题的能源功能正在快速变成专业最为关注的事先事项。42%的调研受访者表示,他们到处店铺早就对能源效率展开了剖析或目前正值进展辨析。受访者们普遍认为,显然的能源效用提高机会存在于冷却设备(49%)、服务器(46%)、电力设备(39%)和和仓储(21%)的园地。

EYP Mission Critical Facilities Inc.
集团分析了数据主题的能源应用状况,并臆想数据基本50%的能源消耗是由音讯技术连串所消耗的。据了然,随着降温和配电负载的减退,IT设备节省10%的能源消耗将牵动一个附加的7%到10%的能耗裁减。由此,在这上头的能源消耗缩短对下游的节约影响或将直达两倍。

有一多样的方针可以用来评估IT系统能耗的下挫,最值得注意的是服务器整合和虚拟化。使用虚拟化技术和数字控制技术,以加强数据主旨的运行功效。

而在本文中,大家将把关注紧要放在由必要的中坚协助系统所耗费的剩余的50%能耗方面,如电源,制冷和照明(图1)的能耗。除技术系统自身之外,在数量基本消耗最多能源的就数冷却系统了,其能耗占到了数额主导用电量的37%。

日明年,随着服务器密度上升到了划时代的档次,数据主导对于冷却系统的急需大幅提升。这种转移不仅牵动了制冷系统容量需求的增多,同时也爆出了数量主导现有冷却方法的功用低下。其结果是,冷却现在注定成为了诸多数据基本(并也仅仅只是减弱了IT设备负载)节省IT能源成本的第二大机遇。

这上头的节约可以说是一定强烈的。例如,如果协理系统所耗费的能源量与IT系统大约相同的话,那么一处3兆瓦的数额主导配备将索要6兆瓦的电力。而一旦电力资产为每刻钟10美金,这一数据基本配备的年份总能源成本将达到525万日元(600比索/时辰×8765钟头)。而IT负载降低10%,就将会省掉105万比索,而冷却系统效用增长30%会省去约58万日元的开发。

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图1:数据基本能耗比重

1、适当密封的数据大旨环境

冷却通过数量主旨的地板、墙壁和天花板损失,或透过外部的机要设备所带动的湿度降低了冷却系统的功效。因而,数据主旨应尽可能地与一般建筑和外部环境隔离开来。

在此外时候,保持门的关门,并利用蒸气密封来隔断数据要旨的空气。蒸汽密封是控制数据中心环境的最廉价且最重点的措施之一,同时对于保持合适的湿度水平是专门重大的。

设若数额焦点的湿度太高,就可能现身导电性阳极故障(CAF)、吸湿性粉尘失败(HDF)、磁带介质错误和矫枉过正磨损和腐蚀。而尽管相对湿度的扩展超越55%上述,这么些风险将倍增扩张。

而假如湿度太低,则将净增静电放电(ESD)的宽度和赞同,其可能会毁掉设备或对操作运营带来不利影响。其它,当透露于相对湿度较低的条件下,磁带产品和介质可能会时有暴发过多的不当。

ASHRAE已经将数据主导环境最佳的周旋湿度定义为40%至55%。机房精密空调(CRAC)遵照要求,通过加湿或除湿举办湿度控制,加湿或除湿两者均需要消耗能量。而选用有效的蒸汽密封可以在加湿或除湿过程中回落能量消耗的量。

蒸汽密封平时是经过结合使用塑料薄膜、汽阻涂料、乙烯基墙纸和乙烯基地板系统所打造的。所有门、窗和线缆的进口也应密封。

这是另外提升效能计划的首先步。即便操作房间没有被妥善密封,那么随着所采取的装有其他的提升效能的办法都将是事倍功半的。您公司可以通过各类工程咨询集团或你公司的冷却系统供应商来对数据基本展开评估,以援助你查明和规定外部空气从何方进入你数据主导的支配环境,并就出色的密封策略提议提出。

2、优化气流

一旦操作环境的密封工作形成将来,下一步工作便是承保快捷的空气流通。其目的是应用微小的能耗量将最大量的热能从设备移走。而优化空气流通需要评估和优化机架的布置、空调的布局和线缆的管住。

机架布局

时下所生产制作的绝大多数装备都是被规划为从尊重吸入空气,并从后面排出。这使得设备机架可以被部署为创造热通道和冷通道。这种机架安置措施,使一排排的机架面对面,每排机架的体面都可以从同一过道吸入冷空气(“冷”过道)。两排机架排出的热空气形成一个“热”通道,提升了回来CRAC的气氛的温度,并使得CRAC得以更实用地运行(图2)。

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图2:热通道/冷通道配置

冷、热空气不掺杂,那种艺术是最实用的。因而,穿孔地板应该从热通道中移除,并只在冷通道使用。冲裁板应该被用来补充机架的开放空中,以防范热空气通过机架被吸入。

一点品种的电缆管也可用来制止冷空气通过电线开口进入操作空间,其平时在机架后部。

能源公司,任何额外的步骤,包括诸如使用重回天花板通风室以吸取空气再次来到机房空调,在冷通道尽头的大体窗帘对于收缩冷空气和热空气的鱼龙混杂也被认证是那一个管用的。

CRAC布局

利用热通道/冷通道的点子的时候,CRAC单元应始终垂直于热通道,以压缩空气流动,并预防热空气因重返空调被拉到冷通道(图2)。
一个回到天花板通风室,可实用地减小热空气和冷空气的良莠不齐。

线缆管理

多少焦点所不可不辅助的服务器数量的爆炸似增长已经为许多数额主导配备带来了线缆管理方面的挑衅。尽管管理不当,线缆可透过堵住穿孔地砖而阻碍空气流通,并妨碍热空气从机架后部排出。故而检查地板下的通风情形,以确定电缆或管道是否被封堵,而妨碍了氛围的商品流通。架空电缆正变得尤为流行,从而裁撤了不通的可能性。更深层次的机架现在得以追加的氛围流动。有时现有的机架可以配备扩大通道,以充实电缆和空气流的纵深。使用电缆管理的时候要审慎,因为它们并不般配所有IT设备的气氛流动情势。

说到底,但可能是最要害的,调查将高电压三相电源尽量贴近IT设备,并且扩张IT设备的电压。这么些手续将最大限度地收缩地板下的电源电缆的数码和分寸。有时这可以由此在机架内选择高电压三相管理电源插排来形成,但也说不定需要选拔多极配电盘或IT设备机架行内的PDU。

可以添加风扇到机架的末端,以便从机架吸走热空气,但要知道,那一个风扇也一致需要消耗能源,并爆发额外的热量,必须从操作空间移除。

3、使用节能器以落实无需耗能的冷却

在众多地点,外界的寒气可被用来补充数据主旨的制冷,并可以在冰凉的时节提供“免费的降温”。这是因此采取节能器系统来落实的。依据巴特(Bart)尔实验室(Battelle
Laboratories)的一项楼宇控制系列调研发现,平均而言,这一个使用了节能器的数据大旨修筑的加热和冷却的能源利用强度(EUI)要比这么些尚未的低13%。

节能器系统有三种为主项目:空气节能器和流体节能器。而为一个特定的连串选拔一款合适的节能器类型应该是由气象、代码、性能和效应偏好综合考虑的结果。

气氛节能器

气氛节能器使用一款由传感器、管道和阻尼器所结合的系列,以允许适量的外表空气进入,以知足设备的制冷要求。空气节能有二种档次,即“干燥空气”系统和“蒸发式空调”空气系统。前者是最常见的,可是其利用被严峻界定到极少的地理地点,因为当环境空气的露点温度(Dew
point temperature)低于35
̊F时,添加湿气到操作空间所需的能量成本会万分高。而蒸发条件解决方案则是用于在表面空气进入数据主旨在此之前,举行实用调节的一种经济的章程,但其可靠性和高爱慕方面的渴求一般也使得这种艺术对于多数多少主旨运营商而言没有多大的吸引力。

这两种缓解方案的关键在于适当的操纵。控制应基于热含量(enthalpy)的相比较,而不只只是干球温度计(dry
bulb

)的热度。同样,相关的这多少个方法还必须执行对于花粉、灰尘或其他外来污染物的检测,并实用地在爆发这么些情状时锁定节能器。

流体节能器

流体节能器系统一般被划归为一款冷冻水或按照乙二醇的冷却系统,并与一款由冷却塔或蒸发冷却器又或干冷器组成的散热环路配合工作。CRAC单元采取了观念的乙二醇冷却单元和一款援助冷却线圈,控制阀和温度监控器。在冰冷的时节,乙二醇溶液从室外干式冷却器或冷却塔重回到援助冷却线圈,成为操作空间最紧要的制冷来源。只要“免费的降温流体”是8
̊F
,低于CRAC重临的热度,运行“免费的制冷”就可以带来好处,因为其最大限度地裁减了对于首要冷却格局的负荷。

流体节能是大部分数据基本环境类别的首选,因为它们不会遇到室外湿度水平的熏陶,故而对于较宽的热度/湿度范围都是实用的。他们也不会给多少主导扩展此外附加的气氛过滤要求。

4、提升操作空间空调的频率

对此优化CRAC单元的频率而言,有三大重点的因素:

• 部分负荷的动静下运作效能怎么样。

• 当CRAC单元在移除显热(sensible heat)时,较之潜热(latent
heat)的运转效率怎么着。

• 多单元一起坐班的频率怎么着。

在一些负荷提升功用

多少主导均计划了某种程度的冷却系统冗余。此外,随着室外环境温度下降到低于设计的峰值条件(平日为
95 ̊ F),一个平昔扩大的其实容量或空气冷却的CRAC单元将增多。

这意味设备始终在低于100%的载重水平操作,因此带动了在正规操作规则下统筹系统以更实惠地操作运营的火候。因为操作规则是不平静的,这亟需可以基于操作规范变化而举行相应的容量变化的部分情势。

有三种方法可以在一款直接扩张的CRAC单元提供可变容量。而最普遍的两种是四步压缩机卸载(four-step
compressor unloading)和数字化涡旋压缩机技术(Digital Scroll compressor
technology)。

四步压缩机卸载的定义适用于经过在系统内关闭部分气缸制冷剂;从而最小化循环压缩机开启和关闭的需要,以决定容量能力。因为卸载本质上更改了压缩机的操作点,使得冷却系统以更低的容量能力更使得地运转。例如,一款具有六个压缩机“卸载”的系统所耗费的能量大约为满载系统的50%,但将提供76%的容量,因为在冷凝器和蒸发器的局面为满负荷。下图3显得出了经过压缩机卸载所可以实现的频率立异。

数字涡旋式压缩机技术提供了一种新的法子,以便为所需的负荷精确地配合容量和功率消耗,并且可以比正规的“固定容量”压缩机提供明确较低的能量消耗。

观念的调制技术(循环单位和倒闭匹配的负载条件)往往消耗了类似满负荷的能量,而不是实际上所需的容量。在一款高可靠性设计的体系中,压缩机不只是开辟和倒闭。在压缩机实际运作时,会有一个敞开延迟期和关闭泵的停机时间,确保在断电此前适当的润滑油进入压缩机轴承。

多少涡旋技术让压缩机不会循环。其得以线性地降低功耗,因为其容量调节能力,从而拉动了极品的序列性能和决定。

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图3:压缩机卸载启用的多少个等级的容量能力与能源消耗

这种技能是透过与艾默生环境优化技术集团的一项独家协议利用到数码主题的,后者研发了谷轮数码涡旋压缩机,而艾默生网络能源公司则开发了Liebert
DS精密冷却系统。整合谷轮数码涡旋压缩机到Liebert DS系统使得Liebert
DS系统的容量调制从10%高达100%。如图4所示,以一个简便、可靠的法门实现了标准的温度控制。

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图4:数码涡旋压缩机消除了压缩机调制模式随着容量的变化,提升了功效

立异显热/潜热移除功用

IT设备爆发显(干)热。潜热来自于人口及渗透室外湿度(可经过上文所谈论的蒸汽密封实现最小化)。

乘势服务器的密度或容量的增多,带来了一个应和的显热负荷的加码。潜在热负荷不受影响。由此,使用冷却解决方案,能够在一个100%的显容量能力运行,除了当要求除湿时,将招致能源消耗的缩减。在较低的容量下操作可变容量的压缩机,提升蒸发器盘管的热度。这表示更少的机要冷却暴发。在多数载荷条件下,蒸发器盘管温度丰裕高,达到100%的显冷。因而,添加被意外去除的湿度无需耗费能源。

跨六个单位改进协调

乘机较新的高密度服务器被布置在旧体系旁边,数据主旨环境变得更加多样化了。由此所导致的一个结果便是,假设操作空间冷却单元之间从未开展恰当的协调,空调可能会在不同的热度和湿度控制形式下运行。例如,在屋子北侧的一台空调可能会感测到绝对较低的湿度条件故而会大增湿度,而在屋子南侧的一台空调则检测绝对较高的湿度,因此会去除空气中的水分。
空气中的实际湿度是相等的,但由于这个测量都是一个争持的测量,温度越高,相对湿度越低。先进的支配连串可以在一个操作空间内跨所有的CRAC单元举行配备,使得各台空调设备可以举办联络和和谐,避免“战斗情势”。

5、部署补充冷却

填补冷却是一种相对较新的数额主导冷却方法,是由艾默生网络能源凭借其Liebert
XD系统率先开发的不二法门(如图5)。其在2002年第一次推出,而随着数据主导管理人士寻求解决方案,以帮忙她们落实以下需要,使得这种艺术得到了高效的推广。

• 打败高架地板系统在高密度应用中的冷却容量能力限制。

• 进步冷却系统的频率和灵活性。

高架地板冷却被注脚是管制数据主题环境的一种有效的点子;但是,随着机架密度超越5千瓦,以及跨操作空间的多样性负载的增多,应当对补充冷却对冷却系统的特性和效能所造成的震慑进行评估。

在更高的密度情形下,在机架底部的设施可能损耗了太多的寒气,进而导致剩余的冷空气量不足以供给机架顶部的装置。活动地板的莫大造成了被分配到一切操作房间的空气量的情理限制,所以,添加额外的空调可能不可能化解上述问题。

国际健康运转时刻社团(The Uptime
Institute)的钻研告诉称,位于数据基本机架顶部的三分之一的装置发生故障失利的频率往往是同一机架底部的三分之二的装备的两倍。该协会还估算,当操作温度超越70
̊ F时,每提高18 ̊ F,设备长期的可靠性将回落50%。

晋级机架密度和高空间多样性的缓解方案被证实是一种泵制冷的冷却基础设备,匡助冷却模块直接放置在高密度机架的地点或边际,以补充通过地板的气氛。该解决方案具有众多独到之处,包括扩大冷却系统的可扩张性,带来更大的灵活性和能源效能的精益求精。

有六个元素推动增强能源效率:冷却模块的职务和所利用制冷剂。

高密度应用需要基于流体的降温,以便可以使得地移除所暴发的高热量。从效率的角度来看,对于高密度而言,制冷剂的降温效用要比水更好。在Liebert
XD
系统中所使用的R134制冷剂被泵以液体模式输送,但当它到达空气时转换为气体。这种改变有助于增进系统功用。
在传输热量的功效方面,R134比水大概高700%。巧合的是,700%比空气更实用。这也保证了昂贵的IT设备不会在制冷剂泄漏的场馆下受损。

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图5 :Liebert XD 系统

在Liebert
XD系统中,制冷剂被输送到冷却模块尽可能地贴近热源。这收缩了空气流通所需的能量,带来了附加的能源节约。

再者,较之仅仅靠高架地板冷却,制冷剂的功效和降温模块的职位可以下降27%的冷却系统能源成本(如图6)。

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图6:补充冷却优化效用

除此以外,制冷剂的运用裁减了20%的制冷机的容量要求。进一步节约了能源,也拉动了附加的制冷能力,无需添加额外的冷却器。

价值观的地板安装的冷却系统在地板下的展开空气输送将持续在数据基本环境管理中表述紧要效率。我们提出,传统的系统被布置为提供第一个100瓦每平方英尺的热负荷所需的冷却,并解决操作空间的虽然加湿和过滤的渴求。补充冷却可以为超越150瓦每平方英尺的密度举行配置。

后来技术

伴随着今日大部分商行协会的测算需求,能源成本在将来也将有可能持续上涨。而商家在拔取措施以扩张冷却系统的频率的同时还足以选拔更新的、更高功效的技术,以抵消能源成本上升的震慑。如下三种技术在增进多少主题能效方面特别有潜力:

• 多核处理器

• 嵌入式冷却

• 芯片级冷却

现今,新的服务器基于多核处理器,使一款纯粹的处理器可以同时履行三个单身的职责,在单个处理器上运行两个应用程序,或在较短的岁月内成功更多的任务。芯片成立商声称多核处理器可以减掉功率和散热高达40%。

嵌入式冷却使用 Liebert XD
冷却基础设备提供高效能的冷却直接进去机柜中。那种方法带来的制冷更近乎热源,并允许冷却系统针对特定机架环境举行优化。使用此办法咋样快速的一个例子来自Egenera公司和艾默生网络能源公司的CoolFrame系统。该序列可以由此热量离开机架前将其移除,从而避免20千伏安的热能从Egenera集团的BladeFrame系统进入操作空间。

芯片级的冷却通过将热量从芯片移除进一步将这种措施发展到下一个新的档次。随着嵌入式和芯片级的降温解决方案的配置,一个神速的三层的方法来实现多少大旨冷却将应运而生。在这种办法中,热量能够行得通地远离芯片,然后在机架上降温,使得空调可以维持操作空间稳定的热度和湿度。

这多少个发展预测将不会下降数据基本冷却要求。相反,它们将招致统计能耗的加码,而计量则需要由一个特定的设施来支撑。其结果是,先天所得到的频率的升级将延续在将来发生效果,而未来革新的技巧的前进又将直达前几天幸存装备所不容许匡助的密度。

结论

冷却系统是数量要旨提升成效的一个分明的机会。在不少景观下,举办相对简单和财力便宜的浮动,如提升操作空间的密封,移动电缆或堵住空气流动的另外对象或安装冲板,可以顿时发出功效。另外,选拔新的技巧,诸如可变容量操作空间空调和复杂性的主宰系列时,应考虑其对效用的影响。最终,补充冷却系统可以扩展设备密度的一个响应,可以增强现有的冷却系统的可扩张性和效能。

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