蒸发冷却仍在数据中心占主导地位，但随着液冷应用日益增多，行业准备好接受更可持续的解决方案了吗？
数据中心的蒸发冷却系统严重依赖水资源，随着对高效冷却需求的增长，可持续性问题日益突出。
数据中心是全球最大的用水设施之一，这主要是因为它们依赖蒸发冷却系统来管理服务器和其他设备产生的热量。这些系统虽然有效，但需要大量的水才能运行。
减少数据中心的用水量正成为越来越优先的事项，且已有使用少量水或完全不使用水的替代冷却方法。然而，尽管存在环境和运营方面的优势，许多设施仍然继续依赖蒸发冷却。
同时，液冷技术正获得越来越多的关注，专家预测到2031年，液冷可能占新数据中心安装冷却量的50%。
那么，是什么阻止数据中心做出改变？仅仅是成本问题，还是存在更深层次的运营、技术或监管因素？
在本文中，我们将审视蒸发冷却的利弊，探讨采用替代冷却方法的挑战，并揭示行业为何迟迟不愿拥抱变化。
什么是蒸发冷却，它是如何工作的？
蒸发冷却——现代数据中心最常见的冷却系统类型——依靠蒸发来去除设施中的热量。
蒸发冷却系统的工作原理是将热空气推过浸透水的膜。当热空气遇到水时，水蒸发，带走热量。
蒸发冷却的利弊
从数据中心可持续性的角度来看，蒸发冷却既有好的一面也有坏的一面。
它在某种意义上是有利的，因为它非常节能。蒸发冷却系统比依赖机械制冷（即传统空调）来散热的替代方案消耗更少的电力。
另一方面，蒸发冷却并不是特别可持续，因为它需要持续供应淡水。总的来说，一个通过蒸发冷却的数据中心每天可能消耗数百万加仑的水，相当于数千个住宅的用水量。
这种用水需求可能给当地供水带来压力，在许多地方水资源日益短缺的时代，这是一个日益严峻的挑战。此外，蒸发冷却系统的径流有可能污染当地含水层。
数据中心的蒸发冷却替代方案
蒸发冷却已成为数据中心冷却的流行方式，主要是因为与替代方案相比，这些系统的安装和运行成本较低。它们也相当可靠，且维护需求少。
尽管如此，蒸发冷却绝非数据中心散热的唯一解决方案。其他方法包括：
机械制冷：这种方法需要大量电力，但不使用水。
液冷：这些系统依赖非导电流体来散热。它们有多种形式，包括直接芯片冷却（将冷却液循环通过服务器设备）和浸没式冷却（将IT设备浸没在液体中）。液冷在能源和水资源利用方面都很高效。缺点是安装和运行成本较高。
自由冷却：自由冷却利用室外空气来保持数据中心冷却——因此称为“免费”。前提是它只在室外空气足够凉爽的环境中有效（如靠近北极圈的地区）。
摆脱蒸发冷却的障碍
如果数据中心可以获得能够节水的替代冷却方法，为什么没有更多数据中心加以利用？为什么即使在新建设施中，蒸发冷却仍然占主导地位？
答案涉及多个因素：
1、成本
一个明显的障碍是成本。蒸发冷却在安装和运行成本方面明显低于替代系统。
与电力密集型冷却方法（如机械制冷）相比，蒸发冷却更具成本效益，因为它唯一大量需要的资源是水。高效的蒸发系统每MWh IT负载约使用1000L水。根据EPA的估算，美国市政用水价格约为$0.003/加仑，这意味着使用蒸发冷却的数据中心每MW IT容量冷却成本约为$0.80。
相比之下，一个小型住宅空调运行每小时约花费$0.55，但即使是一个小型数据中心也需要数千台这样的机组。
至于液冷系统，它们在运行时几乎不消耗电力或水，因此运行成本极低。但它们的安装成本可能相当高——浸没式冷却每MW高达$500万，是蒸发冷却的两倍以上。另外要注意，这些数字反映的是新数据中心的安装成本；在现有设施中改造替换蒸发冷却为替代系统的成本可能更高。
2、能源限制
除了是更具成本效益的数据中心冷却方式外，水通常也更充足。
发电能力已成为数据中心扩展的主要障碍，以至于许多设施现在正考虑绕过电网，自行运行发电机。虽然数据中心消耗的电力大部分用于IT设备，但耗电的冷却系统进一步增加了对电力的需求。
如上所述，许多地区也缺水。但在大多数地区，水资源短缺尚未严重到足以促使数据中心运营商转向不需要大量用水的冷却系统。目前，行业似乎倾向于优先降低数据中心能耗，而非降低用水量。
3、规模
蒸发冷却可以适应几乎任何规模的数据中心。相比之下，某些其他方法，如机械制冷，在大规模数据中心效果不佳，因为要在设施中安装足够的制冷机组来保持服务器冷却是有挑战的。
其他冷却系统（如液冷）没有这种限制——但同样，它们昂贵，且数据中心越大，安装成本越高。
随着数据中心越来越大，蒸发冷却很可能仍是首选，部分原因在于其可扩展性。
数据中心冷却的未来
数据中心对蒸发冷却的依赖反映了成本、可扩展性和资源可用性之间的复杂平衡。虽然替代冷却方法在能源效率和节水方面具有显著优势，但高昂的安装成本和可扩展性挑战等障碍减缓了它们的采用。
然而，液冷正在迅速获得市场地位。就在几年前，其采用率还是个位数，但现在许多专家预测，未来五年内，液冷可能占新数据中心安装冷却量的50%。这一转变突显了行业对液冷效率及可持续性日益增长的认可，特别是在处理现代数据中心不断增加的功率密度方面。
最终，数据中心冷却的未来在于效率、可持续性和实用性之间的平衡。通过投资研究并利用液冷等新兴技术，行业可以为更可持续、更具韧性的数字基础设施铺平道路。
作者：Christopher Tozzi是一位技术分析师，在云计算、应用开发、开源软件、虚拟化、容器等领域具有专业知识。
（全球储能网、新能源网综合）
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