善用自然冷却 有效达成机房散热

Google数据中心建立系统利用免费水源，有效达成散热效果。(Google)

DIGITIMES企划

不管是从节能可以减少能源成本的角度，或是透过散热机制提高机器运转效率，延长设备寿命的角度，机房散热的相关技术及应用，都值得企业重视。事实上，可以用来散热节能的技术非常多，如适当放大冷凝器、增加散热面积、降低冷凝温度、提高制冷系数等；或是添加冷冻油添加剂、减阻抗磨、增强冷凝器和蒸发器的换热；夏季时可以对风冷型冷凝器进行遮阳、水雾降温等措施，既能减少高压跳机故障的机率，又能节能降耗；当然，透过电脑自动控制空调的工作状态，依据环境温湿度，自动精确变设定等，更是许多机房散热的重要管理机制。

针对空间范围较大的机房如数据中心，还得注意空调的送回风系统，包括地板送风、风管或吊顶回风，是否有做好温度场和速度场的均匀性。另外，针对一些比较高密度的机柜，甚至可以可以采取一些直接冷源的送风方式，让散热效果达到极致。

自然冷却不容忽视

但机房散热机制不一定只能靠机器，管理思维更是重要，如针对机房温度设定如何设定上限值、下限值，或是随季节调整，往往需要视机房位置而定，只要温度设定正确，就可以达到散热目标。

一般而言，机房空调的设定温度为21至25℃，如果将个别机房空调温度控制得很低，甚至低在20℃，其实非常浪费能源。而且随着服务器的设计提升，对于环境温度的忍受力也变得更强，部分服务器的性能指标，主机壳内温度只要控制在40℃以下，就可以正常运行，机房环境温度此时甚至可以设定在28℃。

实验证明，在不同室内温度情况下的节能效果也不同，提高1℃室内温度，大约能节约空调耗电2%？5%的结论，而且提得愈高，节能效果会更加明显。因此，现行较为严格的机房环境温度规定，其实值得商榷。在没有明确新标准前，比较合理的做法应该是在夏季将温度设定偏高些，冬季设定偏低些。

因为在冬季或部分地区的春秋两季，室外空气温度较低，机房室内空气温度却较高，仍需要供冷。尤其是没有外墙、外窗的内区房间，由于机房内设备的持续散热量没有途径散发到室外，室内仍需供冷。此时由于冷负荷较小，冷机制冷系数较低、能耗大，若开启冷机供冷极不合理。

其实大自然就是最好的冷源，不仅不需要能耗取得，而且供给充足，机房散热设计应该设法利用自然冷却(free cooling)，也就是不使用冷却设备或压缩机冷却空气的技术。

善用自然冷却  有效节省能源

如Google宣称自己的数据中心所使用的能源，只有其他企业的一半，主要的原因就是设法减少高耗能的冷水机组，尽量采用自然冷却设计。

如Google位于美国格鲁吉亚州 Douglas郡的数据中心，一开始是使用饮用水系统的水资源，但Google后来发现，用于数据中心的水不需要饮用水的乾净程度，由于这座数据中心位于 Chattahoochee河附近，所以Google后来建立一套系统，会先引入免费河水，进行处理后，先让服务器冷却，变成水蒸气后再通过冷却塔，协助降低空气温度，没有变成水蒸气的水，则会引入另一个厂房进行杀菌、过滤矿物质后，再排入 Chattahoochee河里面。

Google位于比利时的数据中心，也是善用得天独厚的自然条件，自附近的工业运河抽取水源，再以蒸发冷却方式供应机房所需冷量，一年之中平均仅7天不符自然冷却的要求，在此情况下，该数据中心仅采用冷却水塔来散热，并未部署冰水主机，就实现了100%的自然冷却，也是Google旗下第一座完全仰赖自然冷却的数据中心。

Google位于芬兰的数据中心，甚至还利用海水来冷却机房运作时的温度，堪称为全球首例，其透过管道系统把海水送进服务器的热交换器，让海水吸收其中热量后，再被排入大海，比起使用冷气做空调，能省下可观的支出。

Google位于爱尔兰都柏林的数据中心，则是100%采用空气自然冷却的案例。该数据中心受限于所处建筑结构、及略显不足的供水量，因而无法装设大型冷却水塔，所以决定另辟蹊径，采用模块式空调箱(AHU)，从室外取用自然空气送进混风室，与机房内的回风加以混合，再经由过滤与加湿程序，接着利用AHU风扇送至直接蒸发盘管进行冷却，最终透过送风管进入机房内部，进入机房的冷空气在经过IT设备加热后，会循着被封闭的热通道向外流动，一部分直接排放至室外，另一部分则参与回风。

自然冷却PUE值可达1.5以下

台达电子在2014年7月启用的机房，也都加入了自然冷却的机制，冬天时可适当引进外面的冷空气到机房进行冷却。此外，机房的冷热通道设计也提升了送风效果。

如台达AB区机房采用的是冷通道封闭，在前后两侧安装封闭门，将冷风限缩在机柜区域里，让冷热通道可以区隔开来，增加空调使用效率。机柜与机柜之间也配置机柜式空调，可经由水平式送风将冷空气送至服务器，并搭配台达冰水空调系统，有效散热与节能。

经过模拟计算后，此机房年度PUE值(Power Usage Effectiveness)预估可以达到1.43，比起企业IT机房平均1.9到2.5表现还要更好，如果搭配大楼本身的冰水系统，白天PUE值可以测得1.38，即便是夏天没有开启自然冷却功能，机房PUE值也能维持在1.5左右。

中华电信预计在2015年下半年启用的板桥IDC数据中心，在机房空调方面，也采用冷热通道的循环设计，搭配自然冷却机制，冬天时可适当引进室外冷空气到机房进行降温。中华电信预估，这座云端数据中心的PUE值未来可达到1.5以下，比起台湾企业的传统机房，这座数据中心可减少25%的电力消耗。

自然冷却设计须因地制宜

以台湾的气象条件来看，全年外气低于乾球温度26度、相对湿度50%等焓值的时间，约占4成比重，只要能善用自然大气环境的低能量源，作为IT设备冷源，即可减少空调制冷主机的运转时间，进而实现节能目的。

但自然冷却占机房散热设计的比例，必须取决机房所在地的气候，最常用的自然冷却方式，通常是地下水、地表水冷却和室外冷空气冷却。有意采用水冷却技术的企业，务必要一并采用密闭式冷却水塔，以避免造成管排结垢与清洁等问题，反而造成其他后遗症。

如果采用空气自然冷却技术，则需要一并建立空气污染品质防治机制，监视尘埃、硫化物、氮化物等有害物质的状况，以免损伤机房设备。值得注意的是，外气的相对湿度过低或太高时，还得额外进行加湿或除湿调整，处理成本是否划算，是机房散热机制需要注意的重点。