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行業(yè)專(zhuān)家表示，環(huán)境法規正在增加互聯(lián)網(wǎng)數據中心傳統冷卻方法的成本。那么數據中心運營(yíng)商如何降低運營(yíng)成本，并獲得綠色資質(zhì)認證?
數據中心部門(mén)需要加強教育，了解不同冷卻方案及其對運營(yíng)支出(OPEX)、能源效率和環(huán)境的影響。許多數據中心運營(yíng)商對直接膨脹(DX)空氣制冷系統或冷凍水制冷系統十分熟悉，但需要更深入地了解可以幫助數據中心實(shí)現長(cháng)期可持續發(fā)展目標的新方法。
隨著(zhù)混合冷卻等新技術(shù)的出現，冷卻技術(shù)正在加快發(fā)展，這種新技術(shù)有可能顯著(zhù)降低能源消耗和數據中心的環(huán)境影響。由于冷卻系統占數據中心使用能源的40%，是數據中心運營(yíng)商最大的支出之一，因此需要了解各種冷卻技術(shù)的隱藏成本及其比較方式。
直接膨脹(DX)冷卻
在過(guò)去的15到20年間，直接膨脹(DX)冷卻技術(shù)已經(jīng)成為市場(chǎng)主導的冷卻解決方案，直到最近，還被認為是廉價(jià)且易于安裝的事實(shí)。直接膨脹(DX)冷卻裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如良好的冷卻水平和較低的占地面積。由于這些系統基于間接冷卻技術(shù)，因此也沒(méi)有將污染物從外部帶到數據中心的危險。
然而，從制冷劑成本的角度來(lái)看，直接膨脹(DX)冷卻系統從能效角度來(lái)看并不那么令人滿(mǎn)意，直接膨脹(DX)冷卻系統也有很大的不穩定性，這意味著(zhù)這些冷卻設施不再是低成本的選擇。
水冷卻
近年來(lái)，隨著(zhù)數據中心的容量穩步增加，冷凍水系統也開(kāi)始嶄露頭角。然而，混合冷卻解決方案的優(yōu)點(diǎn)是每單位制冷劑的加注量較低，盡管這些混合解決方案使用與冷卻器類(lèi)似的工藝操作。例如，一些大規模的混合冷卻解決方案，每個(gè)制冷回路使用7.6千克制冷劑(雙回路)。
一個(gè)等效的傳統冷水機系統能夠以1：1的比例使用大約40%的制冷劑。在大型恒溫恒濕空調制冷系統上，同樣重要的是要注意，如果冷卻器出現故障，則會(huì )有更大的風(fēng)險導致大量制冷劑流失。使用混合冷卻系統并采用多個(gè)設施制冷，而大量損失制冷劑的風(fēng)險將顯著(zhù)降低。
混合冷卻
混合冷卻結合了直接膨脹(DX)冷卻系統的可靠性和控制性的優(yōu)點(diǎn)，以及自然冷卻系統的節能優(yōu)勢。在溫暖的月份，當外部環(huán)境溫度高于20°C時(shí)，混合冷卻系統可以作為水冷直接膨脹(DX)冷卻系統運行，其中制冷壓縮機通過(guò)板式熱交換(PHX)冷凝器將熱量排放到冷卻水回路中。水被泵送到鼓風(fēng)冷卻器中冷卻，熱量被排放到空氣中。
在較冷的月份，低于20°C的外部環(huán)境溫度，某些系統控制室會(huì )自動(dòng)切換到部分自然冷卻模式。在這種模式下，冷卻水被引導通過(guò)兩個(gè)比例控制閥，并使自然冷卻和水冷直接膨脹(DX)冷卻系統一起工作，使用冷卻器風(fēng)扇將水冷卻到所需的水平，以達到所需的冷卻能力。
在冬季，根據水溫或熱負荷需求，冷卻水可以在“自然冷卻模式”下使用。在此模式下，冷卻水只通過(guò)自然冷卻盤(pán)管進(jìn)行冷卻，無(wú)需機械制冷(通常低于設定值3°C)。
由于該技術(shù)還使用間接冷卻技術(shù)，因此不存在將污染物從外部引入數據中心的風(fēng)險。
混合模式冷卻
混合冷卻模式是自然冷卻和直接膨脹(DX)冷卻之間的組合。這意味著(zhù)外部的環(huán)境空氣足夠冷，可以預先冷卻提供給混合體冷卻裝置的水，但不足以將其溫度完全降低到所需參數(通常比內部設定值低3℃～6℃，這取決于系統效率。)這個(gè)“最佳平衡點(diǎn)”需要機械制冷設施作為“補充”，以滿(mǎn)足數據中心負荷的制冷需求?；旌夏Ｊ嚼鋮s通常占系統潛在運行模式的50%～68%。
數據中心運營(yíng)商可以通過(guò)提高回風(fēng)溫度來(lái)擴展其混合冷卻設備的自然冷卻和混合冷卻模式的潛力。如果將回風(fēng)溫度從24℃提高到27℃，每年可節省40%的額外成本。
與傳統的直接膨脹(DX)冷卻系統相比，這種混合冷卻方法大大降低了功耗，使數據中心能夠實(shí)現巨大的成本節約。數據中心運營(yíng)商也開(kāi)始仔細審查投資回報，這也是混合冷卻方法可以帶來(lái)顯著(zhù)效益的地方。其回報取決于冷卻系統的大小和位置，但投資回報可能非?？?，中型數據中心(約500kW)約為3～4年。然而，規模較大的混合冷卻系統提供最快的投資回收期。
制冷劑的隱性成本
混合冷卻系統的初始資本性支出(CAPEX)高于傳統的機房空調(CRAC)單元。但在計算總體擁有成本和運營(yíng)支出時(shí)，還有其他因素需要考慮。作為歐盟能源戰略的一部分，到2030年，需要將氟化溫室氣體(F氣體)減少60%。
最新法規于2015年生效，這意味著(zhù)制冷劑的可用性和成本將受到2020年修訂目標的嚴重影響，預計制冷劑成本將進(jìn)一步上升。由于制冷劑價(jià)格非常昂貴，這可能會(huì )對冷卻技術(shù)的總體擁有成本產(chǎn)生重大影響。
例如，2017年8月，R407c和R410a制冷劑的平均購買(mǎi)價(jià)格分別為每公斤14.78英鎊和29.78英鎊。到2018年7月底，R407c和R410a的平均購買(mǎi)價(jià)格分別上漲至每公斤50.66英鎊和58.59英鎊，不久之后又進(jìn)一步上漲。如果看一下50m(等效長(cháng)度)和80kW的總散熱能力，制冷劑的成本相當于每個(gè)冷卻系統的成本從1,800英鎊上升到將近3,600英鎊，僅在一年內就增加了98% 。
然而，不僅僅是制冷劑的隱性成本給數據中心帶來(lái)了潛在的負擔。未來(lái)，數據中心運營(yíng)公司和員工的認證將會(huì )加強，并且需要保持記錄。而這些記錄需要保存至少五年，并且必須包括使用的F氣體的類(lèi)型、數量以及在移除時(shí)如何回收。因此，當今考慮使用可持續解決方案并盡可能減少制冷劑的使用非常重要。
混合冷卻解決方案需要的制冷劑數量顯著(zhù)減少，在這種制冷劑價(jià)格飆升的背景下，這是一個(gè)顯著(zhù)的優(yōu)勢。
制冷劑泄漏：法律要求
重要的是要注意，數據中心運營(yíng)人員將在未來(lái)負責防止制冷劑從其設備中泄漏，而安裝、維護或處置設備的承包商應承擔此責任。
但是，對于含有F氣體的設備，超過(guò)一定的閾值，需要以特定的間隔檢查冷卻設備的泄漏情況。簡(jiǎn)而言之，這意味著(zhù)其維護不再是反應性響應，而是法律要求。這些檢查必須構成預防性維護策略的一部分。
采用全球變暖潛能值更低的制冷劑
人們對具有更低全球變暖潛能值(GWP)的新型制冷劑的潛力非常感興趣。目前正在由數據中心冷卻行業(yè)審查的新型“超級制冷劑”是R1234ze和R1234yf。不幸的是，全球升溫潛能值較低制冷劑CRAC DX解決方案的開(kāi)發(fā)進(jìn)展緩慢，未來(lái)還需要考慮折衷方案。
全球升溫潛能值制較低的制冷劑的初始成本可能會(huì )更高，但其可燃性也需要仔細的風(fēng)險評估。丁烷是一種很好的制冷劑，但是其性質(zhì)非常危險。新型制冷劑將面臨類(lèi)似的問(wèn)題，并將受到越來(lái)越嚴格的審查。與使用包含多個(gè)小型裝置的混合冷卻系統相比，使用200千克制冷劑的大型單臺冷卻器存在更大的泄漏風(fēng)險，每個(gè)小型制冷裝置使用18千克制冷劑。隨著(zhù)有關(guān)制冷劑的法規繼續得到加強，數據中心運營(yíng)商將會(huì )越來(lái)越意識到這一問(wèn)題的嚴重性。
可持續發(fā)展的未來(lái)
下一代數據(NGD)和其他高端數據中心現在采用混合冷卻技術(shù)，數據中心管理人員發(fā)現可以節省成本，實(shí)現綠色環(huán)保，并確保高水平的彈性。隨著(zhù)制冷劑成本的持續上升，傳統制冷技術(shù)的運營(yíng)成本將越來(lái)越高。在未來(lái)，混合冷卻技術(shù)可以幫助降低與制冷劑相關(guān)的風(fēng)險，同時(shí)利用可持續的自然冷卻方法。
