空氣節(jié)能器替代機房專用空調(diào)

空氣節(jié)能器似乎特別適合于空氣濕度較低的溫帶氣候。配備有空氣節(jié)能器的數(shù)據(jù)中心，通過降低功耗和用水量即可大幅減少英特爾對環(huán)境的影響。在干燥的氣候條件下，配有空調(diào)裝置的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心通常采用蒸發(fā)冷卻法，利用水塔進行預(yù)先冷卻。而借助空氣節(jié)能器，就可不再使用水塔，這樣一個 10 兆瓦數(shù)據(jù)中心每年可潛在節(jié)省高達近3萬噸的水。

利用服務(wù)器老化分析，將空氣節(jié)能器室、空調(diào)室和主數(shù)據(jù)中心內(nèi)使用的系統(tǒng)進行比較，進一步測試以期發(fā)現(xiàn)可能的硬件老化。如果隨后的調(diào)查能夠證實這些喜人的概念驗證結(jié)果，我們期望將空氣節(jié)能器融入到未來的數(shù)據(jù)中心設(shè)計當中。下一步則可能建立一座 1 兆瓦特的示范數(shù)據(jù)中心，使用專為概念驗證測試設(shè)計的設(shè)備。

空氣節(jié)能器的有效性受到一定限制，即需要以相對較低的溫度供應(yīng)冷卻空氣。其含意即空氣節(jié)能器只能在室外空氣溫度相對較低時才能使用。此外還有對濕度變化的顧慮，因為室外空氣的濕度可能會迅速變化。第三點顧慮則是室外空氣中的微粒數(shù)量。

數(shù)據(jù)中心冷卻的既定假設(shè)，我所在的英特爾IT部門進行了一次大膽的概念驗證（PoC）測試：使用一臺空氣節(jié)能器，全部利用溫度高達32 攝氏度的室外空氣來冷卻生產(chǎn)服務(wù)器。借助此方案，我們即可使用節(jié)能器來提供幾乎所有的數(shù)據(jù)中心冷卻，從而極大地降低了功耗。對于一個 10 兆瓦特（MW）的數(shù)據(jù)中心來說，借此每年可潛在降低高達 287 萬美元的運營成本。

驗證測試在一個 1000 平方英尺（SF）的拖車上進行（最初安裝拖車是為了進行臨時的額外計算），拖車被分成兩個室，每個室約 500 平方英尺。為了最大限度減少概念驗證的成本，我們使用了低成本、倉庫級的直接膨脹式（DX）空調(diào)設(shè)備，并且每個室內(nèi)均安裝有傳感器，以監(jiān)測室內(nèi)的溫度與濕度條件。

采用傳統(tǒng)方法冷卻，始終使用直接膨脹式設(shè)備進行熱空氣再循環(huán)和冷卻。而另外一室基本上也使用相同的空調(diào)設(shè)備，但是經(jīng)過改裝后能夠作為空氣節(jié)能器運行：將熱空氣排出室外，并吸入 100% 的室外空氣用于冷卻。

我們對空氣節(jié)能器室中的冷卻設(shè)備進行了配置，使其能夠提供18-32攝氏度的空氣。并且我們還對系統(tǒng)進行了設(shè)計，在供給空氣溫度超過32攝氏度的最高限度之前，只能使用空氣節(jié)能器；空氣溫度超過32攝氏度時，開始使用冷卻器將空氣冷卻至32攝氏度。如果溫度降到18攝氏度以下，則將供給空氣與來自服務(wù)器的回流熱空氣混合進行加熱。

我們未嘗試對濕度進行控制。此外我們還想要測試空氣質(zhì)量的限度，因此我們僅對進入的空氣進行了最低限度的過濾：使用標準的普通空氣過濾器僅僅將進入空氣中的大顆粒除去，但允許留有微塵。

每個房間里有八個機架。每個機架包含四臺刀片服務(wù)器，每臺服務(wù)器帶有 14 塊刀片，這樣每個室共有 448 塊刀片。這就表示每平方英尺 200 多瓦（WPSF）的功率密度。在概念驗證測試期間，我們使用這些服務(wù)器運行大批量生產(chǎn)的芯片設(shè)計工作負載，結(jié)果服務(wù)器的使用率高達約 90%.

我們測定了每個室內(nèi)的服務(wù)器故障率，并將其與同一段時期內(nèi)，在我們位于同一地點的主數(shù)據(jù)中心內(nèi)測定的故障率進行比較。

讓我們高興的是，節(jié)能器室內(nèi)的溫度和濕度變化很大，且空氣質(zhì)量也較差；然而服務(wù)器故障并沒有明顯增加。如果隨后的調(diào)查能夠證實這些喜人的結(jié)果，那么我們便有望在未來的高密度數(shù)據(jù)中心中使用這一方案。

如果一個數(shù)據(jù)中心采用空氣節(jié)能器，每年平均可節(jié)省多少能源？為此，我們使用了數(shù)據(jù)中心地點的歷史天氣數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析表明：平均每年溫度低于最高限度32 攝氏度的時間占總時間的 91%.

如果在概念驗證測試期間使用空氣節(jié)能器時功耗降低 74% 的基礎(chǔ)上，再假設(shè)每年 91% 的時間能夠使用空氣節(jié)能器，那么與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心冷卻方案相比，我們每年可在冷卻方面潛在節(jié)省約 67% 的總功率。而在假設(shè)數(shù)據(jù)中心 60% 的功率用于機械冷卻系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，整個數(shù)據(jù)中心功耗可轉(zhuǎn)換成約 3， 500 千瓦時（KWH）。

這樣一來，按每千瓦時電費 0.08 美元計算，預(yù)計一個 500千瓦 的小型數(shù)據(jù)中心每年可降低成本約 143，000 美元。而對于一個 10兆瓦 的大型數(shù)據(jù)中心，預(yù)計每年可降低成本約 287 萬美元。

由于需要的冷卻設(shè)備更少，新的數(shù)據(jù)中心還可節(jié)省一定的資本支出。甚至當室外空氣溫度超出了供給空氣溫度上限時，我們也僅需將空氣冷卻到指定的溫度上限，而不是傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心方案中的 20 攝氏度。通過降低冷卻系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，還可進一步減少故障模式的數(shù)量，提高整體靈活性。

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