如果要给全球的超级热源排行,第一名一定是装满网络服务器的数据中心。要享受顺畅的网络服务,人类必须击败它的热量

抗击超级热源

来源:  |  作者:史寅昇  |  阅读:

 

请你关注一个事实:一部iPhone手机每年的耗电量为361度,这个数据比一般的冰箱还要高。当然,iPhone本身不可能如此耗电,但人类每拥有一只iPhone手机,支持其网络服务的路由器、服务器、机房运转需要电力,就绝不是一个小数字了。

简单而言,一台服务器在全负荷运行时,机架的温度足以将一片披萨烤熟。而随着技术的发展和管理进步,人们正往数据中心里塞进越来越多的服务器。

2012年的数据显示,中国已经有900多个互联网数据中心,17.7万个服务器机柜,200多万台服务器。当它们火力全开地运行时,就支撑起整个中国的互联网络运转。同样,也带来一个容易被忽略的问题:太热了。如果不能保持恒定的温度,服务器很容易因为过热而发生当机甚至更严重的损坏,这将立刻体现在网络的稳定性与速度上。

作为全球最大的商用空调公司,开利的一项重要工作就是为这些数据中心提供更强有力的空调设备。商用空调的形象虽然少在外界出现,但很容易引起人的敬畏:近5米的高度,相当于一间小房间的体积,以及可以容人进出的冷水管。但要镇住数据中心的热量,光靠这还不够。

抗热

开利空调是联合技术(United Technologies Corporation)子公司,联合技术为美国第22大制造商,主要经营项目从飞机发动机、直升机、空调系统、燃料电池,到电梯、滚梯、防火与安全无所不包。开利这家以空调发明者威利斯·开利(Willis Carrier)命名的公司,则是全球历史最为悠久的空调生产企业,为大型建筑提供的商用空调机组是其主营业务之一。

联合技术环境、控制与安防大中华区分销与售后服务副总裁高志长告诉《环球企业家》,互联网数据中心对制冷的需求之高,任何其他建筑都难以比拟。“普通建筑每平方米热密度约100瓦,数据中心热密度是1千瓦、3千瓦,最高可达到10千瓦。”他说。

但是,一台服务器只需3至5分钟不能正常散热,就会发生故障或减缓运行速度,甚至造成死机,数据中心对空调的稳定性亦有极高要求。

随着技术进步,服务器、交换机的尺寸越来越小,同一个数据中心内机器的数量与密度增加,导致热密度直线上升。人类对数据中心的需求成几何级数增长,近年来全球数据中心以每年20%的速度增加,对制冷的需求也成倍增长。开利亚洲先科方案中心技术经理旷玉群对《环球企业家》说,传统的解决方案是通过向机房输送处理过的空气来消除计算机热量,服务器风扇透过机架抽取空气,并将空气送回中央设备,这种系统可以处理的热密度为1.5千瓦/平方米。

然而,为了击败热源这只持续强大的怪兽,开利研发母公司联合技术公司的研发中心,在解决这一问题时采取跨部门合作。其中一名负责制冷业务的研究员提出,制冷设备面临往往-25°C、-18°C的低温,开利在制冷领域也有大量现有模式可供研发,为什么不能将制冷领域使用的二氧化碳冷媒搬到空调上呢?高志长告诉《环球企业家》:“换一个冷媒就意味着同时必须更换设备,做大量的测试,因此改变的成本非常高。”这使得几乎没有哪家企业曾经认真考虑过,将二氧化碳作为空调的冷媒。

这一创意令开利研发出DataCO2MPLETE冷却系统,能够满足6至20千瓦/机架的散热需求,甚至可以通过“定点冷却”方式,自动监测并针对每一个机架的发热量进行冷却。同时,使用二氧化碳而非水作为冷媒,亦减少了室内的滴水隐患。

这一研发成果逆向影响未来数据中心的设计。高志长介绍,由于空调制冷能力更强,数据中心占地面积进一步缩减,“现有数据中心如果采用二氧化碳冷媒空调,占地面积可以缩减到原来的75%,层高降低1米,整个运营成本下降20%。”

精确

位于上海浦东陆家嘴的上海国际金融中心包含一栋6层的奢侈品购物中心、甲级办公双子塔以及五星级酒店与豪华公寓。开利为其提供的冷站系统总共冷量达到2万冷吨,足以为40万平方米的建筑提供制冷服务。但开利发现尚未实现最大效率,并承担了升级改造的任务。

高志长须在不改变大楼结构与设备,不影响其正常使用的情况下,精确地控制空调系统的使用,其团队使用一项名为“优化模糊控制”成果,对整座大楼进行改造。改造的第一步是获取大楼不同区域在前一年精确到每小时的温度、湿度表,以了解之前整年时间内,每个时段内建筑对制冷量的需求,并构建数学模型。

“随着天气和时间段的不同,建筑不同区域对制冷的需求也是不同的。有了这样一个数学模型,我们就可以用历史数据作为参考,在适合的时候给出适当的冷量。”高志长介绍,“空调节能的原则其实很简单,你要冷我就给冷,你要多少我给多少。不要多给,就能节能。”

但历史数据仍无法完美预测建筑所需的制冷量,高志长团队第二步在大楼内增加了大量的传感器,这些传感器不但有侦测温度、湿度作用,甚至连建筑内实时人数的因素亦考虑周全。“建筑里多一千个人,温度和热密度立刻就会发生变化,每个人都像一个小灯泡。”联合技术公司环境、控制与安防亚洲传播总监陈可卿介绍。

建筑的现有设施也被用于人数的侦测。例如,办公楼的闸机能够计算进出办公的人数;商场门口的摄像头也可以用于推测停留在商场内的人数:通过软件识别技术,每拍到一张脸就计算1,拍到后脑勺则减1。

通过看似不起眼的模糊控制,国金中心的能耗进一步减少。开利提供的数据显示,冷站改造后,年平均效率提升了30%,或者说,每天可以节省超过2万元的能源开支,今年1至9月已节省超过730万元。“国金中心的改造,我希望也有信心在两年内回本。”高志长告诉《环球企业家》。

“目前国内建筑业在节能领域一大问题就是超额设计。上海浦东一栋地标性建筑,也是当地非常有名设计院设计的,给我们每层楼的制冷负荷是非常粗略的。只是根据洗手间、走廊、办公室、大厅各自负荷多少,最后相加给我们一个数字,这个算法非常错误。事实上,建筑的材料、结构、人数、层高、用途,甚至周边其他建筑,都会影响它对能源的需求。”

而通过开利的数学模型,建筑不同时段制冷、制热的需求都能够清晰地显现在形似山脉的“火山图”上:“这个图可以告诉业主,你的冷热负荷就是这样,没有必要超出。有的建筑设计的时候,配太高的设备,超出去一倍,这块设备的投资全都是浪费的。”