一、數(shù)據(jù)中心服務(wù)器冷卻

    數(shù)據(jù)中心服務(wù)器是計算機(jī)的一種，它比普通計算機(jī)運(yùn)行更快、負(fù)載更高。服務(wù)器在網(wǎng)絡(luò)中為其他客戶機(jī)提供計算或應(yīng)用服務(wù)，通常由中央處理器（CPU）、硬盤、內(nèi)存及系統(tǒng)、系統(tǒng)總線等組成，也屬于電子設(shè)備的范疇。服務(wù)器按照其外形及應(yīng)用環(huán)境一般可分為塔式服務(wù)器、機(jī)架式服務(wù)器、刀片式服務(wù)器及機(jī)柜式服務(wù)器。塔式服務(wù)器外形及結(jié)構(gòu)與平時使用的立式個人計算機(jī)（PC）類似，其機(jī)箱較大，占用空間大。機(jī)架式服務(wù)器外觀按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，配合機(jī)柜統(tǒng)一使用，高度以 Ｕ 為單位（1Ｕ＝44.45ｍｍ），通常有1、2、3、4、5、6、7Ｕ 幾種標(biāo)準(zhǔn)。作為服務(wù)器關(guān)鍵部件的 CPU，隨著性能的提升，功耗增加非常顯著，例如英特爾上一代的ＳａｎｄｙＢｒｉｄｇｅ功耗為135Ｗ，最新一代的Ｓｋｙｌａｋｅ功耗達(dá)到了240Ｗ，按照高密度服務(wù)器１Ｕ 高度４塊CPU計算，則1Ｕ 服務(wù)器的散熱量可以達(dá)到960Ｗ，常規(guī)42Ｕ機(jī)柜的散熱量高達(dá)40．3 ｋＷ。依據(jù)文獻(xiàn)［３８］統(tǒng)計，４２Ｕ 機(jī)柜的散熱量甚至達(dá)到了50.4ｋＷ。刀片式服務(wù)器通過機(jī)箱集成電源和氣流分配模塊，一個機(jī)箱包含多個刀片式服務(wù)器以縮小空間需求，每個刀片即一塊系統(tǒng)主板，集成度更高，比機(jī)架式服務(wù)器更節(jié)省空間。隨著刀片式服務(wù)器性能的持續(xù)發(fā)展，最初一個刀片上只有２塊CPU，現(xiàn)在一個刀片上僅圖形處理器（GPU）就有８塊，高性能計算服務(wù)器單機(jī)柜發(fā)熱量將在３年內(nèi)達(dá)到60～100ｋＷ，在５年內(nèi)達(dá)到100ｋＷ 以上。部分服務(wù)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備較多，有的還具有許多不同的設(shè)備單元，或者幾個服務(wù)器放在一個機(jī)柜中，這種服務(wù)器就是機(jī)柜式服務(wù)器，適用于快速一體化部署應(yīng)用場景。

         20世紀(jì)90年代，集成電路發(fā)展至互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（ＣＭＯＳ），導(dǎo)致電子器件的功率及封裝密度飛速增加，ＣＭＯＳ的運(yùn)算能力遠(yuǎn)超之前的雙極晶體管，高功耗和高封裝密度帶來了前所未有的冷卻需求。事實上，在此之前，行業(yè)實踐已經(jīng)發(fā)現(xiàn)液冷是滿足多芯片模塊飛速增長的冷卻需求的合適技術(shù)。最早的CPU液冷散熱器利用直徑4ｃｍ的鋁制散熱片，出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代末90年代初。經(jīng)過多年的探索及發(fā)展，目前實際應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心的液冷主要有２種方式：浸沒式及冷板式。浸沒式液冷將服務(wù)器里面所有硬件直接浸泡在工程液體中，依靠流動的工程液體吸收服務(wù)器的發(fā)熱量。按照工程液體散熱過程中是否發(fā)生相變，可以分為單相浸沒式液冷及兩相浸沒式液冷。單相浸沒式液冷如圖１ａ所示，冷卻液在散熱中始終維持液態(tài)，不發(fā)生相變，低溫的冷卻液與發(fā)熱電子元器件直接接觸換熱，溫度升高后進(jìn)入板式換熱器，被室外側(cè)冷卻循環(huán)冷卻后重新進(jìn)入液冷槽冷卻服務(wù)器。整個散熱過程中冷卻液無揮發(fā)流失，控制簡單。兩相浸沒式液冷如圖１ｂ所示，浸泡在液冷槽冷卻液中的服務(wù)器產(chǎn)生的熱量使冷卻液溫度升高，當(dāng)溫度達(dá)到其沸點時，冷卻液開始沸騰，同時產(chǎn)生大量氣泡。氣泡逃逸至液面上方，在液冷槽內(nèi)形成氣相區(qū)，氣相區(qū)的冷卻液被冷凝管冷卻凝結(jié)成液體后返回液冷槽液相區(qū)。冷凝管中與冷卻液換熱后被加熱的水由循環(huán)泵驅(qū)動進(jìn)入室外散熱設(shè)備進(jìn)行散熱，冷卻后的水再次進(jìn)入冷凝管進(jìn)行循環(huán)。兩相浸沒式液冷的冷卻液在散熱過程中發(fā)生了相變，利用了冷卻液的蒸發(fā)潛熱，具有更高的傳熱效率，但是相變過程中存在壓力波動，控制復(fù)雜。

二、數(shù)據(jù)中心空調(diào)

2.1數(shù)據(jù)中心制冷模式

    根據(jù)室外溫度的不同設(shè)計了3種模式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的制冷。當(dāng)溫度設(shè)計采用了水側(cè)自然冷卻系統(tǒng)，隨著室外濕球溫度的降低，出塔水溫度降到所需的值時，通過換熱交換器間接換熱后供給空調(diào)末端制冷。制冷系統(tǒng)全年運(yùn)行分為3種模式：冷機(jī)制冷模式、部分自然冷卻模式、自然冷卻模式。

(1)當(dāng)室外濕球溫度t＞15.5℃時，冷卻塔出水溫度＞19.5℃，冷機(jī)工作，板式換熱器不工作，系統(tǒng)運(yùn)行模式為冷機(jī)制冷模式。

(2)當(dāng)室外濕球溫度8℃＜t≤15.5℃時，冷卻塔出水溫度13.5℃＜t≤19.5℃，冷機(jī)工作，板式換熱器工作，系統(tǒng)運(yùn)行模式為部分自然制冷模式。

(3)當(dāng)室外濕球溫度t＜8℃時，冷卻塔出水溫度t＜13.5℃，冷機(jī)不工作，板式換熱器工作，系統(tǒng)運(yùn)行模式為自然制冷模式。

2.2冷卻水處理

    因為冷卻水直接與室外空氣接觸，在制冷系統(tǒng)運(yùn)行制冷的同時也會將室外微生物、塵土帶入到管道、冷機(jī)等設(shè)備中。經(jīng)過長時間的運(yùn)行，管道、冷機(jī)中會附著大量的微生物、水垢，從而會影響制冷設(shè)備的換熱效果。所以該數(shù)據(jù)中心在冷卻水管道接入微晶旁流、自動加藥裝置等水處理設(shè)備用于物理和化學(xué)處理水質(zhì)。

2.3冷凍水泵、冷卻水泵

    冷凍水和冷卻水的循環(huán)都是通過水泵進(jìn)行的。水泵的節(jié)能除采用變頻裝置外，應(yīng)采用較大直徑的管道、盡量減少管道長度和彎頭、采用大半徑彎頭、減少換熱器的壓降等。冷凍機(jī)房、水泵、冷卻塔、板式換熱器和精密空調(diào)盡量設(shè)計安裝在相近的高度以減少水泵揚(yáng)程。

根據(jù)負(fù)載的不利壓差控制，當(dāng)負(fù)載減少時，二度調(diào)節(jié)閥閥門開度變小，檢測的壓差設(shè)定點壓差值同將水泵設(shè)置為不同的運(yùn)行頻率是水泵節(jié)能的另一個方法也是主要的方法。電機(jī)所需功率理論上按轉(zhuǎn)速的三次方下降。例如，某一水泵電機(jī)工作轉(zhuǎn)速是其額定轉(zhuǎn)速的80%，水泵的工作頻率是其額定功率的51.2%。水泵的頻率由空調(diào)系統(tǒng)末端的變大，泵的頻率在下降，水泵轉(zhuǎn)速降低，使系統(tǒng)流量減少，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。這種節(jié)能措施不但減少了空調(diào)系統(tǒng)的用水量，同時也節(jié)約了電的使用量。