數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)要比電力系統(tǒng)簡(jiǎn)單些。一般來說，數(shù)據(jù)中心的地板會(huì)在水泥地的基礎(chǔ)上由鋼筋網(wǎng)格支撐架高2一4英寸，如圖2.8所示，地板以下的區(qū)域一般用來布置連接到機(jī)架的電纜，其主要用途是為服務(wù)器機(jī)架輸入冷空氣。

2.5.1 CRAC 單元

CRAC裝置(CRAC是20世紀(jì)60年代對(duì)機(jī)房空調(diào)Computer Room Air conditioning的簡(jiǎn)稱)向抬高的地板之下的空間壓入冷空氣，冷空氣經(jīng)過服務(wù)器機(jī)架前端的帶孔瓷磚吹出，經(jīng)過機(jī)架變成熱空氣并從后部排出。機(jī)架以長(zhǎng)通道的方式安排并且交替冷通道和熱通道以避免冷熱空氣混合。因?yàn)槔錈峥諝饣旌蠈⒔档椭评湫?一些數(shù)據(jù)中心甚至用墻來分隔熱通道以避免熱空氣漏返冷通道⑾。最后，服務(wù)器產(chǎn)生的熱空氣再次循環(huán)回CRAC裝置入口，經(jīng)過制冷然后再吹入地板下。

CRAC裝置由一些泵入制冷液的線圈組成:風(fēng)扇將空氣吹入這些線圈使其制冷。一組額外泵將冷的冷卻劑循環(huán)到CRAC，然后將變熱的制冷劑循環(huán)回冷卻裝置或冷卻塔;再通過冷卻裝置或冷卻塔將熱最排放到外界環(huán)境中。

一般來說，制冷劑的輸入溫度為12-14℃，離開CARC時(shí)空氣的溫度是16-20℃，到達(dá)冷通道服務(wù)器入口時(shí)溫度為18-22℃。服務(wù)器入口溫度一般比CARC出口溫度高，因?yàn)榭諝庠谕ㄍ?wù)器的途中被稍徽加溫，在再循環(huán)的過程中這是不可避免的。熱的制冷劑回到制冷裝置，再次降溫到12一14℃。

2.5.2 免費(fèi)冷卻

新式的數(shù)據(jù)中心經(jīng)常加入冷卻塔以在冷卻劑到達(dá)冷凝器之前對(duì)其進(jìn)行"免費(fèi)冷卻"(freeCooling)，達(dá)到預(yù)冷卻的效果。免費(fèi)冷卻實(shí)際上并不算免費(fèi)，但相對(duì)于使用冷凝器制冷來說，能效更高?；谝簯B(tài)水的免費(fèi)冷卻方法使用冷卻塔進(jìn)行散熱。冷卻塔使用單獨(dú)的冷卻循環(huán)系統(tǒng)，冷卻循環(huán)中的水在熱量交換過程中吸收制冷劑中的熱量。冷卻塔中的暖水流經(jīng)一個(gè)表面積較大的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過冷卻的暖水溫度可低于周環(huán)境，隨著周圍環(huán)境的空氣吹過水流，蒸發(fā)效應(yīng)降低水的溫度使其接近"濕泡"空氣溫度，也就是說溫度降至"干泡"空氣溫度以下。

冷卻塔在濕度較低的氣候下工作效率最高。相反在非常寒冷的氣候下工作效率不是很理想，因?yàn)樾枰乐顾?nèi)結(jié)冰。

同時(shí)，免費(fèi)冷卻系統(tǒng)也可以使用乙二醇基散熱片(包圍整個(gè)結(jié)構(gòu))來散發(fā)一部分熱量。這種方式適用于寒冷氣候(如芝加哥的冬天)的場(chǎng)合，但是在溫暖環(huán)境下效率降低。因?yàn)橥ㄟ^空氣對(duì)水流進(jìn)行熱最交換顯然沒有通過蒸發(fā)效率高。有些設(shè)計(jì)方案不采用CRAC熱最交換步驟，而是使用大型風(fēng)扇，在外界溫度允許的條件下，直接向架高地板下的高壓層輸入外部空氣⑿。

大多數(shù)制冷裝置由發(fā)電機(jī)(偶爾也由ups裝置)供電，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心沒有了冷卻裝置最多只能運(yùn)行數(shù)分鐘。一般來說，制冷裝置和各種泵會(huì)增加40%(或更多)需要發(fā)電機(jī)進(jìn)行供電的關(guān)鍵工作負(fù)荷。

2.5.3 氣流考慮

大多數(shù)數(shù)據(jù)中心采用上述抬高地板的安裝方式，要改變傳送到某一特定機(jī)柜或機(jī)柜列的制冷程度，可以通過將機(jī)柜列前的一些有孔瓷磚換為無孔瓷磚或者以相反的方式來實(shí)現(xiàn)。為了使制冷的效果更佳，通過瓷磚的冷氣流應(yīng)與機(jī)柜內(nèi)通過服務(wù)器的水平氣流相匹配。例如，機(jī)架內(nèi)氣流為l00(立方英寸/分鐘)/服務(wù)器，機(jī)柜內(nèi)有10個(gè)服務(wù)器，那么從有孔瓷磚流出的空氣量應(yīng)為1000(立方英寸/分鐘)或更高。如果空氣流最過少，則所有冷空氣將被機(jī)柜底部的服務(wù)器完全吸走，上端服務(wù)器將收入機(jī)架上方的熱空氣。這種人們不希望看到的效應(yīng)被稱為"繭復(fù)環(huán)流"。因?yàn)闊峥諝鈴囊粋€(gè)服務(wù)器被排出后會(huì)再次循環(huán)到鄰近的服務(wù)器入口。有些數(shù)據(jù)中心通過向服務(wù)器機(jī)架上方多吹入冷空氣來解決這個(gè)問題。

氣流匹配限制了數(shù)據(jù)中的電力密度。在服務(wù)器各部分溫度變化曲線固定的情況下，機(jī)柜內(nèi)氣流隨著耗電量變化而變化，并且通過架高地板的氣流應(yīng)該和耗電量的增加呈線性關(guān)系。這使得地板下所需壓力總和增加，進(jìn)而造成CRAC風(fēng)扇在壓入冷氣肘的耗電最增加，這在低電力密度時(shí)很容易完成。但是當(dāng)電力密度達(dá)到一定規(guī)模時(shí)，物理定律開始給人們出難題，而且再增加壓力和氣流從經(jīng)濟(jì)上考慮都變得不現(xiàn)實(shí)。如果不追加大量的投資，則一般情況下這些限制便電力密度只能達(dá)到每方英尺150-200W。

新式數(shù)據(jù)中心開始用物理手段從機(jī)房中將熱空氣通道隔離開以斷絕再次環(huán)流的發(fā)生，并且將返回CRAC的路徑最佳化。在這種配置申，整個(gè)機(jī)房都充滿冷空氣 (熱空氣隔離在單獨(dú)的隔層或管道內(nèi))，機(jī)柜內(nèi)所有服務(wù)器將吸收溫度相同的空氣⑾。

2.5.4 機(jī)柜內(nèi)冷卻

機(jī)柜內(nèi)制冷產(chǎn)品源于這樣一個(gè)想法:將整個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)充滿冷空氣，同時(shí)增加電力密度和制冷效率，而又不受傳統(tǒng)架高地板模式限制。一般來說，機(jī)柜內(nèi)制冷裝置于機(jī)柜后端增加了一個(gè)空氣和水的熱最交換裝置，這樣主機(jī)產(chǎn)生的熱空氣一且流過線便立即被水冷卻，大大縮短了主機(jī)排氣裝置和CRAC裝置間的循環(huán)路徑。在一些解決方案中，這一附加制冷過程僅帶走一部分熱量，因此降低了CRAC室內(nèi)負(fù)載(即CRAC感知到的負(fù)載密度降低了)

而另一些解決方案則徹底帶走所有熱量，也就實(shí)際上代替了CRAC裝置。但這些方法的缺點(diǎn)是要將制冷水輸送到機(jī)柜以內(nèi)，這就大大增加了降溫成本，也會(huì)帶來漏水的風(fēng)險(xiǎn)

2.5.5 集裝箱數(shù)據(jù)中心

集裝箱數(shù)據(jù)中心制冷技術(shù)比機(jī)柜內(nèi)制冷技術(shù)更進(jìn)一步。它用典型的船用集裝箱代替機(jī)柜，在集裝箱內(nèi)集成散熱和供電裝置。和全機(jī)柜內(nèi)制冷相似，集裝箱也需要制冷水，使用線圈帶走流經(jīng)集裝箱的空氣里的熱量。空氣的處理方式同機(jī)柜內(nèi)制冷相同，結(jié)果就是產(chǎn)生比架高地板數(shù)據(jù)中心更高的電力密度，因此集裝箱基數(shù)據(jù)中心能在更小的空間內(nèi)提供一般數(shù)據(jù)中心的所有功能 (機(jī)柜、CRAC、PDU、電纜、照明)。和普通的數(shù)據(jù)中心一樣，集裝箱基數(shù)據(jù)中心也需要外部設(shè)備 (如制冷裝置、發(fā)電機(jī)、UPS裝置等)來輔助運(yùn)行。

根據(jù)報(bào)道，Google巳于2005年完成了一個(gè)集裝箱數(shù)擁中心并投入使用(13)。參考文獻(xiàn)[13]中描述的集裝箱數(shù)據(jù)中心擁有比當(dāng)今典型數(shù)據(jù)中心高得多的能源使用效率，這一點(diǎn)會(huì)在接下來的章節(jié)里討論。微軟也官布在建設(shè)新的數(shù)據(jù)中心時(shí)，將主要使用集裝箱的形式⒂。

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