由于數(shù)據(jù)的爆炸式增長，以及云服務(wù)、大數(shù)據(jù)對IT基礎(chǔ)設(shè)施提出的新的挑戰(zhàn)，數(shù)據(jù)中心正在向大型化、集中化等方向發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心建設(shè)模式，也正逐漸的被模塊化、高密度所替代。數(shù)據(jù)中心已經(jīng)不再是簡單的"數(shù)據(jù)倉庫"，已成為數(shù)據(jù)交互、信息處理和數(shù)據(jù)分析的數(shù)據(jù)綜合管理平臺。
隨著數(shù)據(jù)中心面積、規(guī)模的增加，數(shù)千甚至上萬臺IT設(shè)備同時(shí)在線，產(chǎn)生了大量的熱量和電力消耗，制冷和降耗成為了數(shù)據(jù)中心面臨的大挑戰(zhàn)。
為了給數(shù)據(jù)中心規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)維管理提供一些有益的經(jīng)驗(yàn)，中國IDC圈記者采訪了深圳市阿爾法特網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有限公司（簡稱阿爾法特）CTO趙寧凡先生。據(jù)悉，趙寧凡是國內(nèi)資深制冷空調(diào)專家，有豐富的閱歷、經(jīng)驗(yàn)和很多開創(chuàng)性的成果。早在上世紀(jì)90年代就已經(jīng)從事模塊化制冷技術(shù)、磁懸浮制冷技術(shù)、自然冷卻技術(shù)、一次泵變流量技術(shù)等先進(jìn)高效制冷技術(shù)的研究，是國內(nèi)最早從事這些新技術(shù)研究的專家，有很多項(xiàng)技術(shù)發(fā)明。趙寧凡也使阿爾法特成為中國最早從事數(shù)據(jù)中心微模塊解決方案研發(fā)、生產(chǎn)、服務(wù)的企業(yè)之一。
以下是趙寧凡就記者所提的問題給出的一些見解和建議。
關(guān)于數(shù)據(jù)中心制冷解決方案
趙寧凡在接受采訪時(shí)表示，大型數(shù)據(jù)中心制冷的技術(shù)關(guān)鍵在于針對高密度部署的有效制冷。目前新建的大型的數(shù)據(jù)機(jī)房都在向中高密度部署方向發(fā)展，為了解決中高密度部署下對數(shù)據(jù)處理設(shè)備的有效冷卻，大部分機(jī)房都采用了冷熱氣流分離的冷卻和氣流組織方式。在這一應(yīng)用需求的引領(lǐng)下，為數(shù)據(jù)中心服務(wù)的空調(diào)產(chǎn)品出現(xiàn)了行間空調(diào)、背板式空調(diào)、地板式空調(diào)等等這些形式，這些形式的空調(diào)產(chǎn)品最主要的特點(diǎn)就是有效的適應(yīng)了冷熱氣流分離這樣的高效冷卻方式。
數(shù)據(jù)中心的制冷有單體式和集中式兩種形式，單體式簡單來說就是有很多個(gè)小型單一的制冷機(jī)組。制冷量在300kw以下的小型的數(shù)據(jù)中心，很多就是采用單體式的制冷。而對于大中型的數(shù)據(jù)機(jī)房，應(yīng)該采用冷源集中形式，即采用大型制冷機(jī)組為數(shù)據(jù)機(jī)房進(jìn)行集中供冷。大型的制冷機(jī)組具有更高的效率和更低的維護(hù)管理成本，這是提高數(shù)據(jù)中心可靠性和效率的有效形式。
趙寧凡表示，數(shù)據(jù)中心除了配備常規(guī)熱力循環(huán)機(jī)理的制冷機(jī)組提供制冷外，為了大限度降低冷卻方面的電力消耗，在有條件的地區(qū)，F(xiàn)reeCooling （自然冷卻）也已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心在大部分情況下的"標(biāo)配".FreeCooling是一種在室外溫度比較低時(shí)，通過相應(yīng)的技術(shù)手段將室外冷源引入機(jī)房內(nèi)部將熱量帶走，以達(dá)到降溫的目的。以北京地區(qū)為例，從每年11月份到來年2、3月份的四個(gè)月期間，基本可以完全依靠FreeCooling為機(jī)房制冷，而不需要啟用壓縮機(jī)制冷設(shè)備。在北京，F(xiàn)reeCooling一年大約可以節(jié)約30~40%制冷電量消耗。
由于FreeCooling是利用室外冷源進(jìn)行制冷，因此節(jié)能程度受到地域限制。在國內(nèi)，北緯28度以北的地區(qū)，基本都可以采用FreeCooling.業(yè)內(nèi)一般認(rèn)為南方地區(qū)并不適合采用FreeCooling方案。但趙寧凡解釋道，實(shí)際上，服務(wù)器的排風(fēng)溫度通常在35度左右，由于采用了冷熱氣流分離的冷卻和氣流組織方式，這為在廣州和深圳這樣的南方地區(qū)同樣提供了自然冷卻的可能。要知道，即使在廣州和深圳這樣典型的南方地區(qū)，實(shí)際上每年冬季也會有一定的時(shí)間，環(huán)境干球溫度或濕球溫度是具備自然冷卻的條件的。事實(shí)上也確實(shí)有一些新建的數(shù)據(jù)中心采用了自然冷卻，只是節(jié)能率不如北方地區(qū)的數(shù)據(jù)中心來的更多。
數(shù)據(jù)中心新的制冷技術(shù)
近幾年，隨著數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能理念的不斷深入，各種高效的制冷方式都在進(jìn)行不斷地嘗試。液冷和磁懸浮制冷就是其中一項(xiàng)比較突出的創(chuàng)新技術(shù)。
趙寧凡表示，由于液體的導(dǎo)熱系數(shù)和熱容量要比空氣大得多，因此，液體冷卻無疑是一種更加高效率的冷卻方式。液冷方式有很多種，比如微通道液冷基板、浸泡式、激射式等。這些液冷形式各有千秋。實(shí)際上液冷技術(shù)并不稀奇，液冷基板這種形式的液冷技術(shù)在超算、高性能雷達(dá)或者大型電力變頻器等領(lǐng)域至少已經(jīng)有了十幾二十年的成熟應(yīng)用，尤其是大型的高性能超級計(jì)算機(jī)和高性能軍用雷達(dá)。液冷技術(shù)真正能將高密度部署帶到一個(gè)前所未有的更高的層級，而且由于液冷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)針對CPU這樣的熱島精確定點(diǎn)冷卻，從而可以精確地控制制冷分配，因此，液冷技術(shù)也無疑是數(shù)據(jù)中心節(jié)能的發(fā)展方向之一。目前液冷技術(shù)本身并不存在難以克服的技術(shù)難點(diǎn)，應(yīng)用推廣的主要障礙在于技術(shù)集成和成本。技術(shù)集成方面需要研發(fā)制造新型的采用液冷技術(shù)的通用服務(wù)器。而成本則與性能目標(biāo)有很大的關(guān)系，過高的性能目標(biāo)當(dāng)然會帶來高昂的成本，對于商業(yè)運(yùn)行來講難以承受。但只要不盲目追求過高的性能目標(biāo)，總可以找到成本和性能的平衡點(diǎn)。目前液冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入初步的嘗試階段，雖然短期內(nèi)還不具備大規(guī)模部署的條件，但對于這一技術(shù)我們可以抱有一定的信心。
除了液冷技術(shù)之外，近兩年磁懸浮制冷技術(shù)也逐漸被市場所關(guān)注，趙寧凡表示，目前磁懸浮制冷主要應(yīng)用在熱負(fù)荷1000kw以上的數(shù)據(jù)中心。磁懸浮冷水機(jī)組有風(fēng)冷和水冷兩種類型。由于磁懸浮壓縮機(jī)的特點(diǎn)，風(fēng)冷型磁懸浮制冷機(jī)組不太適合夏季環(huán)境溫度太高的地區(qū)。在價(jià)格方面，磁懸浮制冷機(jī)組在十年前成本還是比較高昂的，但是隨著磁懸浮壓縮機(jī)的技術(shù)成熟度不斷提高，量產(chǎn)不斷擴(kuò)大，磁懸浮機(jī)組的成本也在逐步下降，目前在成本上已經(jīng)與常規(guī)制冷機(jī)組相差不是那么巨大了，而由于磁懸浮制冷的效率至少比常規(guī)機(jī)組高10%到20%，因此，目前磁懸浮制冷機(jī)組的價(jià)格水平對這一產(chǎn)品的應(yīng)用推廣已經(jīng)不是太大的障礙。
磁懸浮壓縮機(jī)制冷在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用還有很多文章可做，磁懸浮制冷壓縮機(jī)的很多特性經(jīng)過充分的挖掘其實(shí)是非常適用于數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)。
選擇數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)和設(shè)備應(yīng)該綜合考量
對于目前市場上種類繁多的制冷設(shè)備和節(jié)能技術(shù)，趙寧凡表示，用戶在進(jìn)行數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)規(guī)劃的時(shí)候就要有一定的前瞻性，要充分考慮到可靠性和今后的可擴(kuò)展性。由于電子技術(shù)的發(fā)展速度非?？?，技術(shù)更新?lián)Q代要比常規(guī)的機(jī)械產(chǎn)品來得更快、大部分的數(shù)據(jù)中心在全生命周期內(nèi)，每3-5年，有30%左右的IT硬件設(shè)備會被新設(shè)備替代，在數(shù)據(jù)中心大部分的物理基礎(chǔ)設(shè)施達(dá)到使用壽命之前，IT設(shè)備可能已經(jīng)更新?lián)Q代了2-3輪。至少我們現(xiàn)在已經(jīng)看到，每一次數(shù)據(jù)設(shè)備升級，都會伴隨性能提高和功率增加。國內(nèi)很多數(shù)據(jù)中心建成還沒有多少年，就發(fā)現(xiàn)制冷能力已經(jīng)不能滿足新的要求，這就是當(dāng)初規(guī)劃設(shè)計(jì)前瞻性不足所導(dǎo)致。所以，作為物理基礎(chǔ)設(shè)施重要組成部分的制冷系統(tǒng)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)的時(shí)候，應(yīng)該充分考慮到數(shù)據(jù)設(shè)備若干年后的更新?lián)Q代，應(yīng)為今后的升級留下冗余或者可擴(kuò)展的能力。
和中國存在的普遍現(xiàn)象一樣，目前在數(shù)據(jù)中心建設(shè)，很多用戶在選擇制冷設(shè)備時(shí)，性價(jià)比已經(jīng)被簡單的價(jià)格比所替代，"價(jià)格"成為了很多項(xiàng)目設(shè)備選擇標(biāo)準(zhǔn)的最主要考量指標(biāo)。對此，趙寧凡認(rèn)為，電源和冷卻是數(shù)據(jù)中心物理基礎(chǔ)設(shè)施的兩個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)，這兩個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)如果出了問題，嚴(yán)重的會導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的宕機(jī)。而不同于一般的舒適性空調(diào)制冷設(shè)備，數(shù)據(jù)中心制冷要求全年在各種條件下24小時(shí)365天不間斷運(yùn)行，數(shù)據(jù)中心的制冷設(shè)備運(yùn)行一年，至少相當(dāng)于普通舒適性空調(diào)運(yùn)行2-3年。所以，對設(shè)備的可靠性和耐久性要求更高。同樣，由于數(shù)據(jù)中心制冷運(yùn)行的時(shí)間長，所以制冷設(shè)備的效率對運(yùn)行費(fèi)用的影響要比普通舒適型空調(diào)更大。因此，選擇好的，真正是性價(jià)比高的制冷設(shè)備，能為提高數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的可靠性，降低運(yùn)行管理費(fèi)用，帶來很大的好處。俗話說得好，好貨不便宜，便宜無好貨，所以，價(jià)格不應(yīng)成為數(shù)據(jù)中心制冷設(shè)備選擇的最主要指標(biāo)。
關(guān)于PUE，趙寧凡認(rèn)為PUE是動(dòng)態(tài)，不是靜態(tài)的，目前用靜態(tài)的PUE來評價(jià)數(shù)據(jù)中心的效率水平不夠科學(xué)，不夠全面。數(shù)據(jù)中心的耗電水平除了與設(shè)備本身的效率有關(guān)之外，還和運(yùn)行環(huán)境、維護(hù)保養(yǎng)等有關(guān)，一個(gè)靜態(tài)PUE高的數(shù)據(jù)中心，并不代表全年一定是節(jié)能的。以制冷設(shè)備為例，過去衡量制冷設(shè)備的效率高不高，就用一個(gè)COP指標(biāo)。但是，從上世紀(jì)80年代后，通過大量的數(shù)據(jù)分析，我們發(fā)現(xiàn)，空調(diào)的全年平均使用負(fù)荷只有30%左右，制冷空調(diào)設(shè)備大部分時(shí)間里面實(shí)際上是在部分負(fù)荷下運(yùn)行的，這就有了對制冷空調(diào)設(shè)備效率評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的一次大變革，這就是設(shè)備的綜合能效比或季節(jié)能效比IPLV（EER）。
趙寧凡認(rèn)為，數(shù)據(jù)中心能耗的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)該參考空調(diào)設(shè)備的IPLV（EER），用能夠反映全年實(shí)際運(yùn)行水平的綜合的PUE來取代單一靜態(tài)的PUE.當(dāng)然，這樣的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)需要建立在大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，這也帶來了另一個(gè)話題，就是數(shù)據(jù)中心的環(huán)控和電能監(jiān)測，數(shù)據(jù)中心這兩方面數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)記錄是建立新標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。而大數(shù)據(jù)技術(shù)對于這方面來說，已經(jīng)不存在多大的問題，這需要行業(yè)專業(yè)組織來謀劃和引導(dǎo)這樣的轉(zhuǎn)變。
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