数据中心里的背板空调技术

【中国制冷网】近几年，数据中心向着大规模、集成化、能耗高的方向快速发展。有调查显示，近十年来，服务器的功耗增加了15倍，现在一个机架的功耗在20～30KW。网络设备也是越做越大，有的大型网络设备要几个人才能抬得动，重达数百公斤，有的设备比人还高，这样的设备发热量自然比较高。这些高性能设备造成数据中心内部的发热量急剧增加，给数据中心散热带来了严峻挑战，随着这些高发热的设备进入，数据中心内的温度持续升高，局部温度也高低不一，为了保持数据中心恒温恒湿的环境，涌现出了很多数据中心空调技术，有的从节能的角度出发，有的从成本角度出发，有的从布局结构方面出发，各有各的优势。本文将要解释的是一种新型的数据中心空调技术，这种技术对于降低过高的局部温度，非常有意义，也是直击数据中心空调技术的痛点，这就是背板空调技术。

背板空调是由安装在数据中心机架背面的冷却盘管、提供冷源的制冷机组和冷却水系统三部分组成。背板空调工作原理是这样：机房冷空气在机柜内部设备风扇的作用下，被吸入机柜并对设备进行降温，吸热后的空气流向安装在机柜背部的冷却盘管，热空气与冷却盘管进行热交换，将热量传递给换热器内的制冷剂，温度降低后的冷空气从背板吹出，完成机房空气循环。根据使用的载冷剂不同，背板空调可以分为水冷背板与热管背板。水冷背板因为采用了水作为载冷剂，而水资源相对比较丰富，所以投资更省，水冷背板比热管背板减少了一次换热，效率更高。但因为冷冻水进入了机房内，机房的风险变高，一旦出现漏水就会损坏设备，数据中心里的绝大部分设备都是无法防水的。水冷背板进入数据中心机房内所有的水管必须采用焊接，以降低水患的风险。热管背板采用氟利昂作为载冷剂，投资偏高，又多了一次换热，系统效率略低，不过这样水不进入机房，机房的安全性更高。

背板空调采用无风机设计，没有电力需求，无能耗，减少噪音，其动态、精确、智能化的冷却技术可以降低制冷能耗的成本，高效、准确地进行热量交换，降低了对机房的要求。与其它数据中心空调技术相比，背板空调技术有诸多优点。首先背板空调的冷却盘管更贴近热源，机柜内设备排风口的温度更高，这为大幅提高冷冻水供、回水温度提供了条件。冷冻水供、回水温度的提高，可以使得外部冷却塔供冷的使用时间增加，可大幅降低数据中心机房的空调能耗，比其它空调技术更节能;其次避免了局部热点。数据中心里机柜内外是最大的发热区域，不同的设备发热量也不同，造成了不同机柜内部和周围的温度都有很大差别，这导致局部温度不均匀。背板空调由于紧挨着机柜，安装在每个机柜的背面，一对一冷却设备，直接对局部热点进行降温，达到消除局部热点的目的。第三背板空调占用空间小，不需要放置空调，也取消架空地板，降低层高，大大节省数据中心内部的空间，在寸土寸金的数据中心机房里，单位面积上可以放置更多的业务设备，将大大提升数据中心的机房利用率。现在做规划数据中心机房时，为了更好的冷却效果，机架采用“面对面、背对背”摆放，形成冷、热通道。未来数据中心机房采用背板空调时，所有的通道都变成了冷通道、机架不再需要采用“面对面、背对背”摆放，可采用顺序摆放，在数据中心机房空间设计上更加灵活。最后背板空调换热量对过冷度、过热度非常敏感，并且背板空调具备自动的冷量调节能力，根据机柜热负荷的变化，在温度和制冷量之间取得平衡，换热量在小于额定制冷量时，可以通过调节水量以灵敏调节制冷量。

当然，任何一种技术都有其使用的局限性，背板空调也不例外。虽然和其它空调技术相比，背板空调都有着得天独厚的优势，但是仍有一些不足的地方。比如：背板空调离设备过近，如果采用的是水冷背板，一旦发生漏水事故，会造成不可挽回的损失，大量的设备会被损坏，危险系数较高。如果采用热管背板也有风险，一旦发生氟利昂泄露，是有毒气体，对人会造成伤害。还有背板空调不具有加湿功能，若部署背板空调，还需要在机房配置相应的设备来进行湿度控制，不过现在的空调都是既支持温控也支持湿控，这样不可避免要再购置一些空调设备进行除湿，造成空调资源的浪费。还有背板空调没有备份的功能，在一个数据中心机房里，可以部署多个空调设备，达到备份的目的，但是背板空调很难做冗余备份，一旦坏了，就需要即刻更换，否则部分设备由于过热可能会发生宕机。还有背板空调的冷却盘管是由很多管道组成的，降低部署在机柜的后面，看起来不够美观，所有的机柜后面都是管道，给人一种凌乱的感觉，影响了数据中心机房的美观度。所以在数据中心，还应该将背板空调技术和其它空调技术共用起来，背板空调主要用于消除局部热点问题，而通过其它空调来降低整体的数据中心温度，两者有机结合起来，不过这样可能会导致整体的空调成本升高，具体部署还是要根据数据中心的实际情况而定。

虽然背板空调技术也有一些缺陷，但相比其它空调技术还是利大于弊。综合来看，背板空调技术更具优势，是未来数据中心空调技术发展的主流方向，背板空调技术如若能够解决其处理机房环境的湿度的问题并完善空调备份方法，那必将在数据中心机房空调领域中得到广泛的应用。