进入数字化、智能化时代，数据中心将作为支撑数字经济发展的重要基地，发挥更加重要的作用。为适应时代新需求，未来数据中心的建设将发生哪些变化？作为数据中心关键基础设施的制冷系统将走向何方？绿色低碳发展成为主旋律。众所周知，数字经济的本质是数据驱动。进入数字经济时代，随着5G、物联网、云计算、AI等ICT技术赋能万千行业数字化转型，数据流量和算力需求将迎来爆发式增长。运营商，其规模和数量也需要不断增长，这无疑给数据中心行业带来了新的机遇。据统计，未来5年全球算力复合增长率将超过50%，2026年算力将是今天的10倍以上。如此井喷式的算力增长，当然会带来数据中心需求的激增。从国家战略来看，从将数据中心纳入新基建范围，到近期全面启动“东西数字化”工程，数据中心近年来不断迎来政策利好。在行业数字化转型的需求驱动和国家政策推动下，相信将进一步加速数据中心的蓬勃发展。但我们常说，机遇总是与挑战并存。在数据中心迎来千载难逢的发展机遇之际，随着未来数据流量和算力需求的激增，如果数据中心的建设和运维方式不变，能耗和对数据中心的压力碳排放量也会增加。据统计，2021年全国数据中心用电量约占全社会用电量的2.6%。这一比例还将逐年上升，预计到2025年将达到4.05%。可以说，在当前数字化和低碳化两大发展趋势下，数据中心未来的发展将面临多重挑战。既要扩大规模，又要节能降本，履行低碳社会责任。在此背景下，为引导数据中心绿色可持续发展，国家各部门和各省市相继出台了加强数据中心节能降耗的各项要求和规划。例如，2021年7月，工信部发布《新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023年)》，提出到2025年新建大型及以上数据中心PUE要降至1.3以下；2021年4月，上海发布《上海市数据中心建设导则(2021版)》，要求新建大型数据中心综合PUE严格控制在1.3以内；2022年2月，成渝地区启动全国综合算力网络全国枢纽节点建设，要求PUE控制在1.25以内。提高散热效率是核心，但传统方案逐渐遇到瓶颈。数据中心的耗能部分主要包括IT设备、制冷系统、供配电系统、照明系统等设施。据统计，目前数据中心IT设备能耗约占总能耗的45%-50%，制冷系统能耗约占30%-45%，供配电系统约占10%-15%，灯光系统和其他约占3%-5%。也就是说，为了排出IT设备运行产生的大量废热，保证IT设备在恒温恒湿的环境下正常运行，制冷系统消耗的功率接近于真正有价值的IT设备。显然，要建设绿色数据中心，降低制冷系统的能耗是关键。那么如何降低制冷系统的能耗呢？在回答这个问题之前，我们先来看看目前数据中心的制冷系统存在哪些问题？传统的中大型数据中心普遍采用冷冻水制冷系统，主要由冷却塔、冷冻水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷冻水制冷终端等多个子系统以及多个辅助制冷系统组成如UPS、加湿和除湿。系统冷却链长、传热层次多、管路多、子部件多，不仅导致冷却效率低下，而且存在建设周期长、运维复杂等问题。例如，从制冷效率的角度来看，冷冻水制冷系统的一般工作原理是：冷水机将制冷剂与冷冻水进行热交换，将冷冻水冷却，然后将冷冻水送至制冷端与室内空气进行热交换，降低室内温度；同时，制冷机组与制冷剂进行热交换时，冷却水泵吸收热量，将冷却水送至冷却塔与大气进行热交换。整个过程需要多级换热，热量损失严重，换热效率低。从工期来看，由于传统冷冻水制冷系统庞大复杂，从设备进场、设备安装、管道连接到联调，往往需要4-6个月，几乎占整个数据中心建设工期的一半.面对互联网和行业数字化应用的不断繁荣，业务启动和变革的速度越来越快。传统的冷冻水冷却系统严重制约了数据中心的敏捷交付和弹性扩展能力。同时，复杂的结构也给系统能效优化和后期升级改造带来很大困难，可能进一步导致能源浪费。面对上述瓶颈，间接蒸发冷却技术近年来成为业界关注的焦点，并逐渐发展成为数据中心首选的节能工具。省电节水，间接蒸发冷却成为新趋势什么是间接蒸发冷却？在炎热的夏天，当我们在地上洒水时，水分的蒸发带走了热量，可以为我们带来一丝凉意。这就是蒸发冷却的原理，利用水的蒸发潜热来冷却空气。间接蒸发降温是指通过直接蒸发降温对空气进行降温，再通过换热器与室内热回风进行间接换热，从而达到室内等湿降温的效果。与直接蒸发冷却相比，间接蒸发冷却利用室内外空气的间接接触，只进行热交换，不进行质量交换，从而使室内空气降温的同时保持水分含量恒定，保证湿度和空气质量在机房内不受外界空气影响。间接蒸发冷却基本原理图从产品形态来看，间接蒸发冷却解决方案一般由喷淋装置、换热芯、室内风机、室外风机、机械制冷辅助装置等组成，通常基于模块化进行集成建筑学。一体化产品，主机运输到数据中心现场，只需安装风水管道和供配电即可投入使用，像搭积木一样快速交付。综合以上实现原理和产品形态，不难看出间接蒸发冷却方案解决了传统冷冻水冷却系统面临的瓶颈。不仅可以充分利用自然冷源，降低数据中心的制冷能耗，而且结构简单，热交换级数少，管道少，大大提高了系统的制冷效率，还具有部署快速、扩展方便、运维更简单等优点，从而达到省电、省水、省安装维护的目的。比如在节电节水方面，间接蒸发冷却方案可以根据负载情况和外部天气情况自动切换三种工作模式。当室外温度较低时，数据中心内的热回风可以通过空气-空气热交换直接被室外低温空气冷却，无需开启喷水灭火系统和机械制冷辅助装置，从而使外部自由可充分利用空气的自然冷源，大大节省电耗和水耗；当室外温度比较温和时，只开启喷淋系统，蒸发冷却系统对室外空气进行预冷，再通过空对空热交换对室内热回风进行冷却。仍然不需要开启机械制冷装置，仍然可以大大节省电力消耗；只有当室外湿球温度较高时，才开启机械制冷装置进行补冷，进入干式、湿式和压缩机制冷混合工作模式，最大程度节省用电量。向绿色、简单、智能的间接蒸发冷却的持续前进不仅是公认的新趋势，而且该技术正在加速发展。例如，今年5月，华为在其发布的下一代数据中心概念中指出，间接蒸发冷却方案已成为替代传统冷冻水冷却系统的趋势。不断发展。在智能化进化方面，间接蒸发冷却解决方案正逐步从制冷走向“智能”制冷。基于AI技术，通过对采集到的大量室外环境、负载能耗、机柜和通道进出风温度等数据进行智能分析和决策，不仅可以根据室外环境智能控制运行模式最大程度降低机械散热的温度环境，同时通过冷电联动实时匹配IT负载变化，精准控制送风量，智能推荐节水节电模式，真正实现系统级联动.优化能源效率。在系统架构方面，为保证IT、制冷等设备的持续稳定运行，提高供电效率，前端采用UPS等配电设备，前端有源滤波器、无功补偿等谐波治理设备数据中心的建设会带来占地面积大、设备投资大等问题，华为等厂商通过在间接蒸发冷却产品中搭建带功率因数校正和谐波治理的整流逆变模块实现供电环节。“冷电融合”设计。进一步缩短，进一步提高供配电效率，大大节省供配电占地面积。同时，面对以往数据中心为满足峰值负荷需求带来的配电容量浪费，最新的间接蒸发冷却解决方案还集成了锂电池储能系统、电源转换模块和间接蒸发冷却身体一起工作。不仅可以通过锂电储能智能“调峰”满足数据中心的用电高峰需求，提高电能利用率，而且市电转储能系统实现0毫秒切换，保障不间断的降温和温度波动，保障机房安全稳定运行。总之，面对数字化、低碳化的浪潮，数据中心在面临前所未有的发展机遇的同时，也面临着高能耗、高碳排放、建设慢、运维难等挑战。迫切需要绿色化、极简化、智能化转型。作为数据中心实现节能降本的核心和关键部分，制冷系统无疑是此次转型的重中之重。面对传统冷冻水制冷系统一直存在的高耗电、高耗水、系统复杂的挑战，不断完善的间接蒸发冷却技术正在加速这一变革。
