数据中心冷却的隐性成本是怎么一回事

行业专家表示，环境法规正在增加数据中心传统冷却方法的成本。那么数据中心运营商如何降低运营成本，并获得绿色资质认证？

数据中心部门需要加强教育，了解不同冷却方案及其对运营支出（OPEX）、能源效率和环境的影响。许多数据中心运营商对直接膨胀（DX）空气制冷系统或冷冻水制冷系统十分熟悉，但需要更深入地了解可以帮助数据中心实现长期可持续发展目标的新方法。

随着混合冷却等新技术的出现，冷却技术正在加快发展，这种新技术有可能显著降低能源消耗和数据中心的环境影响。由于冷却系统占数据中心使用能源的40%，是数据中心运营商最大的支出之一，因此需要了解各种冷却技术的隐藏成本及其比较方式。

在过去的15到20年间，直接膨胀（DX）冷却技术已经成为市场主导的冷却解决方案，直到最近，还被认为是廉价且易于安装的事实。直接膨胀（DX）冷却装置具有许多优点，例如良好的冷却水平和较低的占地面积。由于这些系统基于间接冷却技术，因此也没有将污染物从外部带到数据中心的危险。

然而，从制冷剂成本的角度来看，直接膨胀（DX）冷却系统从能效角度来看并不那么令人满意，直接膨胀（DX）冷却系统也有很大的不稳定性，这意味着这些冷却设施不再是低成本的选择。

近年来，随着数据中心的容量稳步增加，冷冻水系统也开始崭露头角。然而，混合冷却解决方案的优点是每单位制冷剂的加注量较低，尽管这些混合解决方案使用与冷却器类似的工艺操作。例如，一些大规模的混合冷却解决方案，每个制冷回路使用7.6千克制冷剂（双回路）。

一个等效的传统冷水机系统能够以1：1的比例使用大约40%的制冷剂。在大型制冷系统上，同样重要的是要注意，如果冷却器出现故障，则会有更大的风险导致大量制冷剂流失。使用混合冷却系统并采用多个设施制冷，而大量损失制冷剂的风险将显著降低。

混合冷却结合了直接膨胀（DX）冷却系统的可靠性和控制性的优点，以及自然冷却系统的节能优势。在温暖的月份，当外部环境温度高于20°C时，混合冷却系统可以作为水冷直接膨胀（DX）冷却系统运行，其中制冷压缩机通过板式热交换（PHX）冷凝器将热量排放到冷却水回路中。水被泵送到鼓风冷却器中冷却，热量被排放到空气中。

在较冷的月份，低于20°C的外部环境温度，某些系统控制室会自动切换到部分自然冷却模式。在这种模式下，冷却水被引导通过两个比例控制阀，并使自然冷却和水冷直接膨胀（DX）冷却系统一起工作，使用冷却器风扇将水冷却到所需的水平，以达到所需的冷却能力。

在冬季，根据水温或热负荷需求，冷却水可以在“自然冷却模式”下使用。在此模式下，冷却水只通过自然冷却盘管进行冷却，无需机械制冷（通常低于设定值3°C）。

由于该技术还使用间接冷却技术，因此不存在将污染物从外部引入数据中心的风险。

混合冷却模式是自然冷却和直接膨胀（DX）冷却之间的组合。这意味着外部的环境空气足够冷，可以预先冷却提供给混合体冷却装置的水，但不足以将其温度完全降低到所需参数（通常比内部设定值低3℃～6℃，这取决于系统效率。）这个“最佳平衡点”需要机械制冷设施作为“补充”，以满足数据中心负荷的制冷需求。混合模式冷却通常占系统潜在运行模式的50%～68%。

数据中心运营商可以通过提高回风温度来扩展其混合冷却设备的自然冷却和混合冷却模式的潜力。如果将回风温度从24℃提高到27℃，每年可节省40%的额外成本。

与传统的直接膨胀（DX）冷却系统相比，这种混合冷却方法大大降低了功耗，使数据中心能够实现巨大的成本节约。数据中心运营商也开始仔细审查投资回报，这也是混合冷却方法可以带来显著效益的地方。其回报取决于冷却系统的大小和位置，但投资回报可能非常快，中型数据中心（约500kW）约为3～4年。然而，规模较大的混合冷却系统提供最快的投资回收期。

混合冷却系统的初始资本性支出（CAPEX）高于传统的机房空调（CRAC）单元。但在计算总体拥有成本和运营支出时，还有其他因素需要考虑。作为欧盟能源战略的一部分，到2030年，需要将氟化温室气体（F气体）减少60%。

最新法规于2015年生效，这意味着制冷剂的可用性和成本将受到2020年修订目标的严重影响，预计制冷剂成本将进一步上升。由于制冷剂价格非常昂贵，这可能会对冷却技术的总体拥有成本产生重大影响。

例如，2017年8月，R407c和R410a制冷剂的平均购买价格分别为每公斤14.78英镑和29.78英镑。到2018年7月底，R407c和R410a的平均购买价格分别上涨至每公斤50.66英镑和58.59英镑，不久之后又进一步上涨。如果看一下50m（等效长度）和80kW的总散热能力，制冷剂的成本相当于每个冷却系统的成本从1，800英镑上升到将近3，600英镑，仅在一年内就增加了98% 。

然而，不仅仅是制冷剂的隐性成本给数据中心带来了潜在的负担。未来，数据中心运营公司和员工的认证将会加强，并且需要保持记录。而这些记录需要保存至少五年，并且必须包括使用的F气体的类型、数量以及在移除时如何回收。因此，当今考虑使用可持续解决方案并尽可能减少制冷剂的使用非常重要。

混合冷却解决方案需要的制冷剂数量显著减少，在这种制冷剂价格飙升的背景下，这是一个显著的优势。

重要的是要注意，数据中心运营人员将在未来负责防止制冷剂从其设备中泄漏，而安装、维护或处置设备的承包商应承担此责任。

但是，对于含有F气体的设备，超过一定的阈值，需要以特定的间隔检查冷却设备的泄漏情况。简而言之，这意味着其维护不再是反应性响应，而是法律要求。这些检查必须构成预防性维护策略的一部分。

人们对具有更低全球变暖潜能值（GWP）的新型制冷剂的潜力非常感兴趣。目前正在由数据中心冷却行业审查的新型“超级制冷剂”是R1234ze和R1234yf。不幸的是，全球升温潜能值较低制冷剂CRAC DX解决方案的开发进展缓慢，未来还需要考虑折衷方案。

全球升温潜能值制较低的制冷剂的初始成本可能会更高，但其可燃性也需要仔细的风险评估。丁烷是一种很好的制冷剂，但是其性质非常危险。新型制冷剂将面临类似的问题，并将受到越来越严格的审查。与使用包含多个小型装置的混合冷却系统相比，使用200千克制冷剂的大型单台冷却器存在更大的泄漏风险，每个小型制冷装置使用18千克制冷剂。随着有关制冷剂的法规继续得到加强，数据中心运营商将会越来越意识到这一问题的严重性。

下一代数据（NGD）和其他高端数据中心现在采用混合冷却技术，数据中心管理人员发现可以节省成本，实现绿色环保，并确保高水平的弹性。随着制冷剂成本的持续上升，传统制冷技术的运营成本将越来越高。在未来，混合冷却技术可以帮助降低与制冷剂相关的风险，同时利用可持续的自然冷却方法。