數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展歷程

隨著數(shù)據(jù)中心行業(yè)的不斷發(fā)展，與之配套的數(shù)據(jù)中心空調(diào)技術(shù)也在迅速發(fā)展，其發(fā)展大致可分為以下三個時期：

早期數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)（1950-1970年）

前期的機房是為某臺計算機（大、中、小型機）專門建設(shè)的，并沒有統(tǒng)一的標準，完全是在摸索建設(shè)的。由于沒有專門的機房專用空調(diào)設(shè)備，這是機房的空調(diào)采用普通民用空調(diào)或者利用大樓空調(diào)系統(tǒng)集中供冷的舒適性空調(diào)設(shè)備，然而，舒適性空調(diào)是針對人所需求的環(huán)境條件設(shè)計的，并非為了處理數(shù)據(jù)機房的熱負荷集中和熱負荷組成，只有降溫功能，沒有精密的溫度控制，沒有濕度控制功能，沒有嚴格的除塵措施，也沒有測試指標。在機房內(nèi)使用舒適性空調(diào)時遇到如下問題：

舒適性空調(diào)無法保持機房溫度恒定，可能會導(dǎo)致電子元器件的壽命大大降低。

無法保持機房溫度均勻，局部環(huán)境容易過熱，從而導(dǎo)致機房電子設(shè)備突然關(guān)機。

無法控制機房濕度，機房濕度過高，會導(dǎo)致產(chǎn)生凝結(jié)水，可能造成微電路局部短路；機房濕度過低，會產(chǎn)生有破壞性的靜電，導(dǎo)致設(shè)備運行失常。

風(fēng)量不足和過濾效果差、機房潔凈度不夠，會產(chǎn)生灰塵的枳聚而造成電子設(shè)備散熱困難，容易過熱和腐蝕。

舒適性空調(diào)的設(shè)計選材可靠性差，從而造成空調(diào)維護量大，壽命短。

發(fā)展數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)（1970-2000年）

出現(xiàn)了專門為當個計算機系統(tǒng)設(shè)計的機房，有了專用的機柜（大、中、小機柜），并且開始逐步制訂標準，包括機房選址、面積等。機房制冷也從普通的民用舒適性空調(diào)機和集中冷卻，開始轉(zhuǎn)向采用恒溫恒濕的機房專用精密空調(diào)機，機房除塵方面采用新風(fēng)系統(tǒng)和機房正壓除塵，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心保持適度恒定，良好的空氣潔凈度、具備遠程監(jiān)控等要求。

機房專用精密空調(diào)在設(shè)計上與傳統(tǒng)的舒適性空調(diào)有著很大的區(qū)別，表現(xiàn)在以下幾個方面：

大風(fēng)量、小焓差

全年制冷運行

恒溫恒濕控制

送風(fēng)方式多樣

可靠性高

創(chuàng)新期數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)（2000年-至今）

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，信息化的來臨，對數(shù)據(jù)中心的需求也逐漸增大；數(shù)據(jù)中心也逐漸進入到各個行業(yè)，大家對數(shù)據(jù)中心的理解和要求也出現(xiàn)了不同之處；一般企業(yè)認為數(shù)據(jù)中心是成本中心，數(shù)據(jù)中心租賃企業(yè)認為數(shù)據(jù)中心是利潤中心，金融行業(yè)對數(shù)據(jù)中心可靠性要求嚴格，制造業(yè)數(shù)據(jù)中心對易用性和成本提出很高要求。多種不同的需求促進數(shù)據(jù)中心行業(yè)的迅速發(fā)展和創(chuàng)新方案的產(chǎn)生。

如送風(fēng)方式的創(chuàng)新，從下送風(fēng)到靠近電源的列間空調(diào)設(shè)備；冷源的創(chuàng)新，自然冷源的應(yīng)用逐漸走向普及；建設(shè)模式的創(chuàng)新，模塊化的方案；工業(yè)化的創(chuàng)新，大型數(shù)據(jù)中心引入工業(yè)化的建設(shè)理念；各種空調(diào)設(shè)備的創(chuàng)新，目前設(shè)備的能效、性能、控制等和十年前不可同日而語。

數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

為了保障數(shù)據(jù)中心空調(diào)系統(tǒng)的高可用性，在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計中，可用性、綠色節(jié)能、動態(tài)冷卻則是未來的發(fā)展趨勢。

可用性

數(shù)據(jù)中心對可用性的要求遠遠高于普通的商業(yè)樓宇，空調(diào)系統(tǒng)同樣如此；目前對可用性的要求一般分為A級和B級，需要空調(diào)系統(tǒng)有冗余設(shè)計，出現(xiàn)故障要有應(yīng)急方案；傳統(tǒng)的分散式空調(diào)系統(tǒng)可用性比較高，設(shè)置冗余后，單臺機組不會影響數(shù)據(jù)中心的正常運行；大型數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的集中冷源系統(tǒng)，對可用性帶來更多的挑戰(zhàn)，多個節(jié)點需要設(shè)計能備份的冗余方案。

綠色節(jié)能

隨著綠色數(shù)據(jù)中心概念的深入人心，建設(shè)具備節(jié)能環(huán)保特點的綠色數(shù)據(jù)中心已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)和使用以及設(shè)備供應(yīng)商的共識；在低碳化潮流下，數(shù)據(jù)中心急需有所作為；制冷系統(tǒng)是數(shù)據(jù)中心的耗電大戶，約占整個系統(tǒng)能耗的30%-45%，制冷系統(tǒng)的節(jié)能受到了前所未有的關(guān)注。優(yōu)化送風(fēng)方式、冷熱通道布局、冷熱通道隔離、智能群控、利用室外自然冷源等方案已經(jīng)呈現(xiàn)出百花齊放的現(xiàn)象；還有數(shù)據(jù)中心采用了熱回收裝置產(chǎn)生熱水，作為生活、洗澡、游泳池等用途，降低整個系統(tǒng)的碳消耗。

在溫濕度設(shè)定方面，ASHRAE在2011版本中推薦的溫度范圍為18℃-27℃，推薦的濕度范圍為大于5.5℃的露點溫度的相對濕度，即小于60%的相對濕度和15℃的露點溫度；放寬的要求在保證機房設(shè)備正常運行的同時，可以減少機房制冷、加熱、加濕、除濕的耗能，降低機房空調(diào)系統(tǒng)的能耗并提高能耗。

在節(jié)能機房空調(diào)設(shè)備方面，變?nèi)萘繅嚎s機、高效EC風(fēng)機、節(jié)能智能控制、利用自然冷源等技術(shù)的應(yīng)用使得機房空調(diào)機組的能效和適應(yīng)性越來越強。

對于水的關(guān)注也逐步進入了大家的視野，WUE，水的消耗和循環(huán)水應(yīng)用，雨水的應(yīng)用也在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計中得到重視。

動態(tài)化

在新型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)和應(yīng)用中心，“按需制冷”或者“動態(tài)制冷”也成為數(shù)據(jù)中心冷卻方案中一項很重要的評價標準。所謂“按需制冷”指的是數(shù)據(jù)中心空調(diào)的冷量輸出是伴隨著IT熱負荷的變化而變化，是一個動態(tài)的、可調(diào)節(jié)的輸出；隨數(shù)據(jù)中心發(fā)熱密度的不斷增大，數(shù)據(jù)中心空調(diào)出來提供穩(wěn)定、可靠、綠色的冷卻的同時，如何防止出現(xiàn)局部熱點也成為冷卻方案需要重點考慮的需求之一。

數(shù)據(jù)中虛擬化的發(fā)展使得服務(wù)器等設(shè)備的發(fā)熱量會有更大波動，包括不同時間以及不同空間的變化；機房內(nèi)不同的IT設(shè)備所需的冷卻溫度是不同的，甚至不同年代的同類型設(shè)備所需的冷卻溫度也不同；這就相應(yīng)地要求制冷系統(tǒng)適應(yīng)這種趨勢，要能提供動態(tài)的制冷方案，滿足不同時間不同空間的需求；因此，動態(tài)制冷更能適應(yīng)虛擬化需求。

目前，動態(tài)制冷主要應(yīng)用的技術(shù)有風(fēng)量智能調(diào)節(jié)技術(shù)（溫度控制或靜壓控制），變?nèi)萘繅嚎s機技術(shù)，智能控制系統(tǒng)等；采用動態(tài)智能制冷技術(shù)就是為了區(qū)別對待數(shù)據(jù)中心機房不同設(shè)備的冷卻需要；動態(tài)智能冷卻技術(shù)通過建置多個傳感器群組的感應(yīng)器來監(jiān)控溫度根據(jù)散熱需求針對性地動態(tài)供應(yīng)冷卻氣流，其風(fēng)量大小可以根據(jù)需要隨時調(diào)節(jié)，從而達到節(jié)能目的。

冷源的利用率的提升也是提高數(shù)據(jù)中心冷卻效率的另外一個重要途徑，并被業(yè)界所重視；在氣流組織優(yōu)化方面，從最初的大空間自然送風(fēng)方式，逐漸升級到如地板送風(fēng)、風(fēng)道送風(fēng)等一些粗放型的有組織送風(fēng)方式，再到當前的機柜送風(fēng)或者封閉通道冷卻方式的運行，甚至有了更前沿的針對機柜、芯片、散熱元件的定點冷卻方式的應(yīng)用。

高密度

隨著數(shù)據(jù)中心單位用電量不斷增加，機房的發(fā)熱量越來越高，而高功率密度機架服務(wù)器、刀片服務(wù)器等高密度設(shè)備的應(yīng)用，造成機房的單個機柜功率不斷提高，單位面積熱量急劇上升，因此高密度的機房一些問題逐漸涌現(xiàn)出來。

經(jīng)過大量的實驗驗證發(fā)現(xiàn)，當單個機柜（服務(wù)器）的熱負荷過高時，如果還是采用傳統(tǒng)方式的機房專用空調(diào)來解決，就會造成以下問題：

機房環(huán)境溫度控制得不理想，會有局部“熱點”存在；

由于設(shè)備需要通過大量的循環(huán)風(fēng)來帶走如此多的熱量，采用傳統(tǒng)的機房空調(diào)系統(tǒng)會占用大量的機房空間；上送風(fēng)機組需要采用風(fēng)管的截面積尺寸非常巨大，下送風(fēng)機組的架空地板的高度需要提高很對，會造成很對已經(jīng)運行的機房將無法繼續(xù)使用。

因此，機房空調(diào)制冷系統(tǒng)也必須做出相應(yīng)的改進；高熱密度制冷系統(tǒng)在解決機房內(nèi)局部過熱方面，成為機房制冷系統(tǒng)的重要組成部分。目前，高密度制冷方面，應(yīng)用較成熟的技術(shù)主要有封閉冷熱通道、列間制冷，而背板冷卻、芯片冷卻等新技術(shù)則是未來發(fā)展方向。

更有甚者，在部分高熱流密度應(yīng)用中，放棄了傳統(tǒng)的對流散熱方式而采用導(dǎo)熱散熱方式，比如微通道冷卻技術(shù)，冷板（Clod Plate）散熱技術(shù)的應(yīng)用等等。

綜合來看，與Free-Cooling應(yīng)用、精確送風(fēng)、定點冷卻這些元素相關(guān)的應(yīng)用成為當前數(shù)據(jù)中心冷卻技術(shù)的熱點及發(fā)展方向。