数据中心高能耗怎么破？这篇4000字长文让你看懂

  干货：数据中心的节能技术探讨

  在施耐德电气看来，数据中心的节能技术按照颗粒度分配，类似于一座金字塔，最基础的是设备层级的节能，比如通过选择模块化设备获得精准能量控制;另一方面是不断优化设备效率。

  第二个层级是系统级节能，PUE里则是最大化IT负荷所在系统的获得和最小化非IT层面的获得，这方面技术非常丰富，比如最近流行的间接新风冷却系统、AI型智能管理系统，这需要多个设备相互协同。

  第三个层级是战略层级。这需要企业制定自己的能源战略，对不同PUE分配单元进行实时检测、统计和制定奖惩制度。比如，企业应设立自己的首席能效官。

  施耐德方面表示，“也可以从能源的生命周期来分配，即能源的产生、分配、再利用。比如苹果在国内建设的光伏型数据中心，从设计初就需要全盘考虑，做到精准分配需求。国内很多数据中心的设计往往一步到位，容量多数过度设计，需要加强分期或分模块设计能力。”

  风冷和液冷的区别

  当今，数据中心仍然以风冷为主，但是当机柜功率密度超过20千瓦时，传统风冷技术将面临风量、功耗、噪音等方面的挑战，因此液冷是一种不错的技术选择。

  施耐德电气方面称，“传统风冷方式很难实现政府管理部门对数据中心PUE值的要求，这也将成为推动液冷兴起的重要驱动因素。”

  液冷技术的价值在于，一是强冷却力。液冷的冷却能力是空气的1000-3000倍，可实现超高密度制冷。二是低PUE值，全地域/全年自然冷却，PUE值可低至1.01-1.02。三是精确制冷，部件级制冷，温度恒定，保证元器件高性能，稳定工作。四是低噪音。无压缩机、无风扇，噪音低于50dB。

  目前，市场上主要有两种液冷解决方案：一是芯片级液冷(又称冷板式液冷)，二是浸没式液冷。

  这两种液冷方式各有优缺点：冷板式可以对绝大多数传统服务器进行翻新，缺点是其他部件仍然需要传统房间空调进行冷却。浸没式的优点是消除了对传统服务器风扇的需求，但需要对服务器主板进行重新设计。

  根据笔者获得的一份资料，传统风冷PUE值在1.4以上，冷板式液冷小于1.2，浸没相变式液冷小于1.05。

  据悉，施耐德电气从数据中心、楼宇角度进行了投资成本和运行成本的分析，发现：浸没式液冷相对于冷板式液冷在TCO方面是占优的。如果单从制冷系统的节能角度来看，冷板式液冷可以节省15%以上，浸没式能节省57%以上。如果从整个数据中心能耗的角度来看，冷板式可以节省5%年度能耗，浸没式可以节省15%年度能耗。

  更进一步说，浸没式液冷价值更高。

  一是更高换热效率。冷媒与发热器件直接接触，减少了接触热阻。采用相变换热，潜热为比热的数百倍。二是更高可靠性。一次性解决全部元器件的散热问题，采用全浸没方式，内部温度场均匀，器件可靠性更有保障。

  三是更高性能。CPU等主要电子芯片温度降低且不随负载波动，即提高了计算机硬件的可靠性和性能。四是无泄漏风险。采用绝缘、环保的冷却液体，即使发生泄露对计算机硬件和外界环境均无任何风险。五是更低噪音。服务器内部无风扇，噪音可控制在45dB以下。六是更加节能。无风扇设计，PUE值低至1.05以下。

  施耐德电气认为，冷却液对实现液冷的应用非常关键。关于冷却液的讨论主要集中在冷却液的价格、与IT设备的兼容性、传热特性、环境影响以及从整个生命周期角度考虑问题。

  新的突破口：锂电池

  在新建绿色数据中心方面，施耐德电气把锂电池视为一个突破口。众所周知，对整个数据中心来说，以UPS设备为核心的整个供电系统，是支撑整个数据中心平稳运行的最核心部分。而蓄电池又是整个供电系统中最重要的组成之一。

  与传统的铅酸蓄电池相比较，锂电池凭借其出色的特性，包括较高的能量密度 (70-260 kWh/kg vs. 15-50 kWh/kg)、较长的生命周期 (10-15 年 vs. 4-6 年) ，快速充电(1/2–1 小时 vs. 6-12 小时)，占地节省50-80%，重量减轻 60-80%，充放电次数 >1000 循环 vs. <400 循环等，会逐渐取代传统的铅酸蓄电池成为数据中心UPS首选的备用电池。

  根据Uptime在2017年所做的全球数据中心调研显示，有10%的数据中心已经采用锂电池作为后备能源。相比于普通铅酸蓄电池，锂电池具有重量轻、储能高、自放电低，并且生命周期长等众多优点。

  一方面，对于数据中心行业来说，能否最大限度地利用现有空间，最大限度减少运营费用，特别是UPS电源冷却能耗，电池维修和电池更换服务费用尤为重要。而锂电池因为其优良的性能成为解决这些问题的关键，如锂电池多次充放电的特性会产生经济效益，比如峰谷电价的削峰填谷。

  另一方面，锂电池不含铅、镍、铬等重金属，成为绿色环保的首选。

  未来随着新能源以及储能成本的降低，通过锂电池储能来降低成本和实现数据中心的可持续性发展目标成为可能。

  写在最后：

  无论是风冷，还是液冷，亦或是使用锂电池，真正的目标是数据中心如何在满足大数据时代的发展需求和节能方面达到一个平衡，从而实现数据中心的绿色可持续发展。（注：本文为天极网原创文章，未经作者允许，禁止转载）