采用浸没式冷却技术 使机房PUE大幅降低

2021/06/03 - DIGITIMES企划

对于高密度数据中心而言，现今要迫切解决的首要课题便是降低PUE。然而愈来愈多企业发现，散热负荷过高，为PUE降不下来的关键，系因空气并非好的冷媒，因而促使液冷散热技术逐渐崛起。

成立于1970年、深耕热处理铜焊工艺长达半世纪的高力热处理工业，因应未来环境可持续发展趋势，多年前跨足液冷技术、研发此领域当中的浸没式散热解决方案，希冀透过更节能、更省水的冷却方式，不仅有效带走机柜的热，也能协助降低PUE。

高力热能事业部协理林岳宏指出，根据美国国家再生能源实验室公布的数据，可看出不同冷却方式对数据中心能耗所产生的影响，其中有望让PUE降至1.05以下的方式，唯独直接液冷技术。

林岳宏说，假定有一座发热量达100kW的机柜，如果采用气冷，可推算其热传导系数是0.026 W/m°C，相较水的0.64、介电液的0.064或0.125，单凭此数据即可印证水与介电液都是优于空气的冷媒。此外空气的流体比热为1.01 kJ/kg°C，亦远逊于水的4.07、介电液的1.09或1.97，意谓气冷方式需要靠更大的驱动力来带走热，能耗自然偏高。

延续上述假设，于单一机柜内置入发热量100kW的气冷服务器，机柜内空气风速高达13.9m/s，推算其所需风扇/泵数量多达640个，意即1U配置16个，单单风扇/泵耗电量即为20kW，仅这部份的能耗就让PUE须从1.2起跳，还不加计冰水主机、冷却水塔的耗电，导致整体下修的空间有限。

若以100kW机柜、环境温度摄氏30度为比较基准，可推估气冷方式的总耗电量为147.08kW、耗水量为2,356.2立方米；因水冷片仅适用于解除CPU/GPU等局部热源，若采「水＋部份气冷」的总耗电量为107.74kW，耗水量为1,725.9立方米；而介电液(浸没式)的总耗电量为106.71或106.91kW，耗水量为1,709.4或1,079.4立方米。因此无论从省电或省水的角度来看，浸没式散热技术均居于领先地位，对照现阶段台湾缺水现象，更凸显此项技术的优势。

「若采用浸没式散热技术的液冷数据中心，进一步导入废热回收再利用，可望使PUE继续探低，甚至到达小于1地步。」林岳宏解释，此运用方式须以高纬度地区为前提，可在液冷机柜、CDU冷却单元及温水槽之外结合板式热交换器，将热回收供民生用热水；或结合水源热泵，制成热水做为民生之用；或结合吸收式冰水机，制冷做为民生空调。

他引述德国压缩机厂计算数据指出，假使热泵蒸发温度为0，每输出100kW加热量需耗用27kW电力，若能利用废热将热泵蒸发温度提高到20度，则同样输出100kW加热量，仅需消耗17kW电力，形同协助热泵节省10kW电力。
 
着眼于此，高力热处理工业将持续推广浸没式散热方案，致力成为「洁净能源、能源管理、循环经济」的技术整合领导者。


图说：高力热处理工业热能事业部协理林岳宏博士。