過(guò)去十多年來(lái)，隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)應用、云服務(wù)蓬勃發(fā)展，數據中心已成為現代信息社會(huì )不可或缺的基礎設施。今天，我們的每一次網(wǎng)上約車(chē)、每一次網(wǎng)上購物、每一頓網(wǎng)上訂餐......都離不開(kāi)數據中心在背后默默支撐。

　　如今進(jìn)入數字化、智能化時(shí)代，數據中心作為支撐數字經(jīng)濟發(fā)展的重要底座將承擔起更重要的角色。為適應時(shí)代新需求，未來(lái)的數據中心建設將發(fā)生哪些變化？制冷系統作為數據中心的關(guān)鍵基礎設施將走向何方？

　　綠色低碳成為發(fā)展主旋律

　　眾所周知，數字經(jīng)濟的本質(zhì)是數據驅動(dòng)。進(jìn)入數字經(jīng)濟時(shí)代，隨著(zhù)5G、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、AI等ICT技術(shù)賦能千行百業(yè)數字化轉型，數據流量和算力需求將迎來(lái)爆發(fā)式增長(cháng)，而數據中心作為海量數據存儲和計算的載體，其規模和數量也將需隨之不斷增長(cháng)，這無(wú)疑為數據中心行業(yè)帶來(lái)了新的機遇。據統計，未來(lái)五年全球算力的復合增長(cháng)率將超過(guò)50%，2026年的算力將是今天的10倍以上，如此井噴式的算力增長(cháng)當然會(huì )帶來(lái)數據中心需求大增。

　　從國家戰略層面看，從數據中心被納入新基建范疇，到最近全面啟動(dòng)“東數西算”工程，近年來(lái)數據中心連續迎來(lái)政策利好。有行業(yè)數字化轉型需求驅動(dòng)，還有國家政策牽引，相信將進(jìn)一步加速推動(dòng)數據中心蓬勃發(fā)展。

　　但我們常說(shuō)機遇總是與挑戰并存，數據中心在迎來(lái)發(fā)展黃金機遇期的同時(shí)，隨著(zhù)未來(lái)數據流量和算力需求暴增，如果數據中心的建設和運維方式保持不變，能耗和碳排放壓力也必將越來(lái)越大。據統計，2021年全國數據中心耗電量占全社會(huì )用電量約2.6%，這一比例將逐年攀升，預計到2025年會(huì )達到4.05%?？梢哉f(shuō)，在當前數字化、低碳化兩大發(fā)展趨勢下，未來(lái)的數據中心發(fā)展面臨既要規模增長(cháng)、又要節能降本、還要履行低碳社會(huì )責任的多重挑戰。

　　在此背景下，為引導數據中心綠色可持續發(fā)展，國家多部門(mén)及各省市已相繼出臺各種加強數據中心節能降耗的要求與規劃。比如，2021年7月，工信部印發(fā)《新型數據中心發(fā)展三年行動(dòng)計劃(2021-2023年)》，提出到2025年新建大型及以上數據中心PUE要降低到1.3以下；2021年4月，上海發(fā)布《上海市數據中心建設導則(2021版)》，要求新建大型數據中心綜合PUE嚴格控制在1.3以?xún)龋?022年2月，成渝地區啟動(dòng)建設全國一體化算力網(wǎng)絡(luò )國家樞紐節點(diǎn)，要求PUE控制在1.25以?xún)取?/p>

　　提升制冷效率是核心，但傳統方案漸遇瓶頸

　　數據中心的耗能部分主要包括IT設備、制冷系統、供配電系統、照明系統及其他設施。據統計，當前數據中心的IT設備能耗約占總能耗的45%-50%，制冷系統能耗約占30%-45%，供配電系統約10%-15%，照明系統及其他約3%-5%。也就是說(shuō)，為了排放大量IT設備運行產(chǎn)生的廢熱、保障IT設備在恒定溫濕度環(huán)境下正常運行，制冷系統消耗的電能接近真正有價(jià)值的IT設備。顯然，要打造綠色數據中心，降低制冷系統能耗是核心關(guān)鍵

　　那如何降低制冷系統能耗？在回答這個(gè)問(wèn)題前，我們不妨來(lái)看看當前數據中心制冷系統存在哪些問(wèn)題？

　　傳統中大型數據中心一般采用冷凍水制冷系統，主要由冷卻塔、冷凍水機組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷凍水制冷末端等多個(gè)子系統，以及UPS、加濕除濕等多個(gè)輔助制冷系統組成，整個(gè)系統制冷鏈路長(cháng)，換熱層級多，管路多，子部件眾多，不僅導致了制冷效率低，還存在建設周期長(cháng)、運維復雜等問(wèn)題。

傳統冷凍水制冷系統

　　比如，從制冷效率角度看，冷凍水制冷系統大致工作原理是：冷水機組使冷媒與冷凍水進(jìn)行熱交換，將冷凍水制冷，再通過(guò)冷凍水泵將冷凍水送到制冷末端與室內空氣換熱，使室內溫度下降；同時(shí)，冷凍機組在與冷媒換熱時(shí)，由冷卻水泵將吸收熱量后的冷卻水送到冷卻塔中與大氣進(jìn)行熱交換。整個(gè)過(guò)程需多級換熱，熱量損失嚴重，換熱效率低。

　　從建設周期看，由于傳統冷凍水制冷系統龐大、復雜，從設備進(jìn)場(chǎng)、設備安裝、管路連接到聯(lián)調，往往需要花費4-6個(gè)月時(shí)間，幾乎占據了整個(gè)數據中心建設周期的一半。面對互聯(lián)網(wǎng)和行業(yè)數字化應用不斷繁榮，對業(yè)務(wù)上線(xiàn)和變更的速度要求越來(lái)越快，傳統冷凍水制冷系統已嚴重制約數據中心的敏捷交付、彈性擴展等能力。同時(shí)，架構復雜還帶來(lái)了系統能效優(yōu)化、后期升級改動(dòng)等工作難度大，進(jìn)而可能進(jìn)一步導致能源浪費。

　　面對以上瓶頸，最近幾年來(lái)間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)成為了行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，并逐步發(fā)展成為數據中心的首選節能利器。

　　省電省水，間接蒸發(fā)冷卻成為新趨勢

　　什么是間接蒸發(fā)冷卻？炎炎夏日，當我們在地上灑水后，因水蒸發(fā)會(huì )帶走熱量，能給我們帶來(lái)一絲清涼。蒸發(fā)冷卻的原理正是如此，其利用水的蒸發(fā)潛熱來(lái)實(shí)現對空氣冷卻降溫。而間接蒸發(fā)冷卻指先通過(guò)直接蒸發(fā)冷卻將空氣降溫后，再間接通過(guò)熱換器與室內熱回風(fēng)進(jìn)行換熱，從而達到對室內進(jìn)行等濕降溫的效果。相對于直接蒸發(fā)冷卻，間接蒸發(fā)冷卻利用室內外空氣間接接觸，只進(jìn)行熱交換，不進(jìn)行質(zhì)量交換，從而可實(shí)現對室內空氣降溫的同時(shí)保持含濕量不變，保障機房?jì)鹊臐穸群涂諝赓|(zhì)量不受室外空氣影響。

間接蒸發(fā)冷卻基本原理圖

　　從產(chǎn)品形態(tài)看，間接蒸發(fā)冷卻解決方案一般由噴淋裝置、換熱芯體、室內風(fēng)機、室外風(fēng)機、機械制冷補充裝置等部分組成，通常為基于模塊化架構的一體化集成產(chǎn)品，主機運送到數據中心現場(chǎng)，只需簡(jiǎn)單安裝風(fēng)水管道及供配電后即可投入使用，可像搭積木一樣實(shí)現快速交付。

　　基于以上實(shí)現原理和產(chǎn)品形態(tài)，不難看出間接蒸發(fā)冷卻方案解決了傳統冷凍水制冷系統面臨的瓶頸，不僅可充分利用自然冷源來(lái)降低數據中心制冷能耗，而且架構簡(jiǎn)單、熱換層級少、管路少，系統制冷效率大大提升，還具備部署快、擴容方便、運維更簡(jiǎn)單等優(yōu)勢，從而能實(shí)現更省電、更省水、更省安裝維護。

　　比如在省電、省水方面，間接蒸發(fā)冷卻方案可根據負載情況及外界氣象條件自動(dòng)切換三種工作模式。當室外溫度較低時(shí)，可通過(guò)空氣-空氣換熱的方式，由室外低溫空氣對數據中心內的熱回風(fēng)直接冷卻，無(wú)需開(kāi)啟噴淋系統和機械制冷補充裝置，從而可充分利用免費的外部自然冷源極大節省電耗和水耗；當室外溫度較溫和時(shí)，僅開(kāi)啟噴淋系統，由蒸發(fā)冷卻系統預冷室外進(jìn)風(fēng)，再通過(guò)空氣-空氣換熱對室內熱回風(fēng)進(jìn)行冷卻，仍然無(wú)需開(kāi)啟機械制冷裝置，依然可以大幅節省電耗；只有當室外濕球溫度較高時(shí)，才開(kāi)啟機械制冷裝置進(jìn)行補冷，進(jìn)入包括干模式、濕模式和壓縮機制冷的混合工作模式，以最大限度節省電耗。

　　向綠色、簡(jiǎn)單、智能持續邁進(jìn)

　　間接蒸發(fā)冷卻不僅是公認的新趨勢，而且這項技術(shù)正在加速演進(jìn)中。比如，今年5月華為在發(fā)布下一代數據中心理念中指出，間接蒸發(fā)冷卻方案替代傳統冷凍水制冷系統已成趨勢，是數據中心制冷系統邁向綠色化、簡(jiǎn)單化的關(guān)鍵一步，并正在向智能化不斷演進(jìn)。

　　在智能化演進(jìn)方面，間接蒸發(fā)冷卻方案正逐漸從制冷走向“智”冷，基于A(yíng)I技術(shù)，通過(guò)對收集的室外環(huán)境、負載能耗、機柜和通道進(jìn)出風(fēng)溫度等大量數據進(jìn)行智能分析和決策，既能根據室外溫度環(huán)境智能控制運行模式以最大化減少機械制冷，也可通過(guò)冷電聯(lián)動(dòng)實(shí)時(shí)匹配IT負載變化，精準控制送風(fēng)量，智能推薦節水和節電模式， 從而真正實(shí)現系統級聯(lián)動(dòng)能效尋優(yōu)。

　　在系統架構方面，面對為保障IT、制冷等設備連續穩定運行和提升供電效率，數據中心前端配置的UPS等配電設備和有源濾波器、無(wú)功補償等諧波治理設備會(huì )帶來(lái)機房占地空間大、設備投資大等問(wèn)題，華為等廠(chǎng)商已基于“冷電融合”設計，通過(guò)在間接蒸發(fā)冷卻產(chǎn)品中內置帶功率因數校正和諧波治理的整流逆變模塊，實(shí)現了供電鏈路進(jìn)一步縮短，供配電效率進(jìn)一步提升，并大大節省了供配電占地面積。

　　同時(shí)，面對過(guò)去數據中心為滿(mǎn)足峰值負荷要求而帶來(lái)的配電容量浪費問(wèn)題，最新的間接冷卻蒸發(fā)方案還將鋰電儲能系統、功率轉換模塊與間接蒸發(fā)冷卻機體集于一體并協(xié)同工作，不僅能通過(guò)鋰電存放電智能“削峰”滿(mǎn)足數據中心峰值電力需求，提升了電力利用率，還能在市電轉儲能系統的時(shí)候實(shí)現0毫秒切換，保障制冷不中斷、溫度不波動(dòng)，保障機房安全穩定運行。

　　總之，面對數字化、低碳化浪潮洶涌而來(lái)，數據中心在迎來(lái)空前發(fā)展機遇的同時(shí)，也面臨著(zhù)能耗高、碳排高、建設慢、運維難等挑戰，亟須一場(chǎng)綠色化、極簡(jiǎn)化、智能化變革。制冷系統作為數據中心實(shí)現節能降本的核心關(guān)鍵部分，無(wú)疑是這場(chǎng)變革的重中之重。面對傳統冷凍水制冷系統一直以來(lái)存在的耗電多、耗水多、系統復雜等挑戰，不斷進(jìn)步的間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)正加速推進(jìn)這場(chǎng)變革。