随着当前网络连接设备的应用激增,全球电力消耗处于历史最高水平,并且随着时间推移越来越高。根据调研机构Gartner公司的调查,如今全球大约有49亿台网络连接设备。到2020年,思科公司预测将会达到500亿台。随着对数据中心计算能力的需求迅速增加,削减成本高昂的电能消耗也成为数据中心提高能源效率的驱动力。

未来挑战:提高数据中心的能效

事实表明,数据中心提高能效是未来的一大挑战。数据中心渴望采用更多的能源,并提高效率。根据美国能源部发在布的数据,2016年美国数据中心的运营和冷却的能耗达到700亿千瓦时。并且在四年内,这一数字将达到730亿千瓦时。而在英国,托管数据中心行业在2015年消耗了25亿千瓦时。据估计,全球的数据中心消耗约占全球电力总消耗的3%-5%。这与全球航空行业消耗的能源相当。因此,环保人士、政府监管机构和公众都在密切关注提高数据中心的能源效率。

值得一提的是,这为数据中心运营商提供了一个减少他们巨大的运营成本的机会,因为节约能源不仅可以节省成本,还将为减少温室气体排放和气候保护作出重大贡献。鉴于所面临的挑战和机遇,降低服务器的运营成本和提高冷却效率是关键,以便通过依赖更成熟和适应性更强的IT解决方案来降低运营成本,这些解决方案可承受更高的温度并产生更少的热量。

采用 冷却系统

在英国,数据中心水冷技术取得一些进展,而这对于数据中心的可持续性意味着令人鼓舞的结果。与冷却空气相比,冷却水吸收热量的能力更强,因此采用水冷成为减少数据中心能源成本最为经济有效的选择。在当今的数据服务器环境中,大功率空调通常产生冷空气,但是它们可以冷却整个服务器机房吗?坦率地说,机房超过一半的冷空气无法到达机柜的热点进行冷却,其中包括CPU。而大量的费用随着热空气的消散而流失。

绿山公司在挪威建设运营的数据中心采用附近峡湾的水来冷却他们的数据中心。同样令人印象深刻的是Cologix和Equinix公司在加拿大多伦多的数据中心,他们采用安大略湖的湖水为其服务器冷却。在这两种情况下,水是间接参与冷却过程。通过热交换器,数据中心内的空气相应地被液体冷却介质冷却,然后用于硬件的自然冷却。这被称之为"空气冷却2.0".

虽然,仍然不建议采用空调冷却整个房间,但散热器必须尽可能靠近服务器进行冷却,以实现更高的散热效率。直接冷却与间接冷却热点相反将是最佳的。

水冷与空气冷却相比具有的优点包括增加流量和导电率。例如,水冷具有更大的节约能源和经济优势,因为其物理特性与空气相比,水可以吸收的热量是空气的3330倍,并且其传导性则高出20倍。通过使冷却介质更靠近热源,可以更有效地利用其潜力。而且,通过智能设计,可以实现CPU等敏感元件的集中冷却。由于具有更高的冷却性能,与传统空调系统相比,每个服务器机架的功率密度可达到45 kW,可同时降低能源消耗。

直接水冷系统也可以提供额外的能源节省,由于服务器机架温度较高,输出高达60℃的热水是可能的。这种温度下的水可用于附近建筑物、餐馆、旅馆和办公楼的热水或供暖系统。

通过智能余热利用可以节省额外的开支

随着物联网、智能家居和自主汽车等设备在全球范围内能源消耗日益增加,通过利用余热利用来提高能源效率,寻求新的协同效应正变得越来越重要。

根据Borderstep Institute最近进行的一项调查表明,由于数据中心的服务器热量的重复使用,已经证明能够节省大量的能源。在瑞士,IBM公司的数据中心为其附近的游泳池提供热水。而在印第安纳州Norte Dame大学的数据中心,其余热提供给温室加热,而包括苹果和亚马逊网络服务公司(AWS)在内的运营商正为其在北欧地区的数据中心附近的住户庭供暖。

但是仍然存在两个问题。如果废热的温度输出非常低,低于60℃,则不能为邻近的建筑供热。为了重新利用热量,水的温度必须至少为6060℃,以便制备热水。其次,其热能不能传输很远。数据中心废热只能用于附近用户的应用,长距离传输热能可能带来大量的热量损失,导致温度降低。

结论

随着计算能力需求的显著增加,由此为数据中心带来高额的电费成本,创新的绿色概念对数据中心至关重要。在市场研究机构Technavio公司发布的一项研究中,数据中心绿色化的机遇正在以每年14%的速度增长。无论是采用直接水冷还是其他制冷方式,都需要采取进一步措施以实现降低数据中心的能耗。

 

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