如何通过浸入式冷却提升数据中心的可持续发展水平

全世界对数字服务的需求不断增长，催生出越来越多的超大规模数据中心。 国际能源署(IEA)估计 “全世界的互联网用户数量自2010年以来增加了一倍多，而全球互联网流量增加了20倍。”

伴随这种增长而来的，是一种评估这种超大规模数据基础设施生态影响的越来越迫切的需求。 美国能源效率和可再生能源办公室的数据显示，数据中心是一种能源最密集的建筑类型之一，其每层空间的能耗是一般商业办公楼的10至50倍。 不仅如此，IEA还报告，数据中心和传输网络产生的温室气体排放在所有与能源相关的温室气体排放中占近百分之一。

其报告中还显示，数据中心的排放和耗电正在面临更加严格的监管审查。 例如，据《数据中心知识》报道， 2023年起，欧盟委员会能源效率指令(EED)将要求欧盟数据中心“已安装IT用电需求达到100千瓦的，须每年公开报告其能源绩效。”其中的关键指标将包括电、水和碳利用效率；能源再利用系数；可再生能源利用；冷却效率比等。

瞄准效率：服务器冷却

数据中心现在是时候积极评估自己的运营效率了。 用于更强大服务器的冷却系统是一个充满机遇并且迫切需要解决的一个领域。 功率提高，产生的热量也会增加，这意味着暖通空调(HVAC)系统必须用更多的电能来抵消。 但即使这样也远远不够，因为规模不断升级的现代数据中心开始发现，传统的空气冷却方法不仅效率低，而且效果差。

一项日渐成熟的冷却方法潜力巨大：浸入式冷却，即将硬件浸没到介质液中进行冷却。 它是解决热问题的一种实用选择，与传统的暖通空调设备相比，具有显著的节能优势。

浸入式冷却如何节能

在浸入式冷却应用中，所有计算机组件都被浸入到一种绝缘液体中，将设备产生的热量带走，其效率远远高于冷空气。

有单相和双相浸入式冷却配置。 在单相浸入式冷却中，硬件被浸入到介质液中，该液体与IT设备直接接触，在流动过程中经散热机制（通常使用设施用水）将热量传导出去。 在双相冷却中，碳氟化合物基液体与设备热点接触时很容易沸腾，液体会从转变为蒸汽，然后在热交换器中冷凝，并通过再循环回到冷却槽中。

这两种配置都有卓越的能源效率，可提高计算密度，与传统系统相比具有优越的冷却特性。 其优点包括：

提高功率密度。浸入式冷却系统使数据中心能够容纳和维持更强大的服务器基础设施，满足不断增长的需求。

设备更耐用。 更有效的热管理可缩短设备节流调节或停工时间。 与风冷和间接冷却系统相比，单相浸入式系统还能降低服务器设计的复杂性（例如，无需集成风扇），降低工作温度，防止服务器组件的热降解，从而延长 IT 设备的使用寿命。

改善 PUE。 通过替代耗电量大的风冷系统，浸入式冷却可将更多的千瓦消耗直接转移到硬件上，从而使设施的用电效率（PUE）提高多达 20% 至 25%。

更加可持续的运营¹. 单相系统比其他冷却解决方案/技术用水量更少，无需双相应用中常见的碳氟化合物基液体，该液体可能会加重全球变暖。

值得注意的是，相比双相系统，单相系统具有一些独特的优势。 首先，单相系统中的可定制液具有巨大潜力，为满足未来硬件需求的解决方案创造了可能。 单相浸入式冷却解决方案还能进一步降低碳排放，对能耗等其他方面产生积极影响。 其未来的潜力更加巨大：浸入式冷却系统可能很快为热回收和能源再利用作出贡献，未来可能为数据中心自身甚至附近社区提供助力。

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¹ EPA规则和3M从PFAS“永久化学品”中退出将对两相冷却产生严重影响——DCD (datacenterdynamics.com)