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电池和冷却相结合,实现数据中心的可持续性
发布时间:2024-11-18

对于数据中心运营商来说,缓解高温的挑战再熟悉不过了。关键的电子和电气组件(例如服务器和不间断电源 (UPS) 系统)会产生大量热量,从而升高其所在房间的温度。不幸的是,这些高温可能会导致设备寿命缩短、安全问题和产品保修失效。

数据中心服务器机房的建议工作温度范围为 60 至 82°F(16 至 28°C),较新的服务器的佳温度接近此范围的上限。相比之下,铅酸电池需要的电池温度约为 77°F (25°C),并且不会通过更高的工作温度降低冷却水平。

由于气候变化,高温天气事件的频率和严重程度不断增加,这一限制变得尤为具有挑战性。高温甚至可能导致停电,这可能会直接削弱依赖这些设施管理的数据的各种关键操作。因此,数据中心将其运营预算的很大一部分用于设施冷却,平均而言,数据中心40%的能源消耗用于为其冷却和通风系统供电。

数据中心为降低温度而采取的策略包括优化冷气流和使用液体冷却。一些数据中心在低温山区运营,例如怀俄明州超大规模 White Box Aspen Mountain 项目。这种数据中心的地理位置适合采用经济高效的冷却技术,但并不是普遍适用的解决方案。

允许更高工作温度的电池化学成分可减少冷却需求,从而节省能源。在许多情况下,UPS 的额定工作温度高可达 113°F (45°C),但电池工作温度限制了在该空间内提高温度和降低冷却成本的能力。幸运的是,UPS 系统的一些替代电池化学成分可以耐受更高的温度,从而提供了降低冷却成本和提高电源使用效率 (PUE) 和可持续性的机会。

虽然传统的铅酸电池解决方案通常将温度限制在 77°F (25°C),但锂基和镍锌等替代电池化学成分具有更高的环境工作温度范围,使用寿命也更长。现代锂电池可在高达 82-86°F (28-30°C) 的温度下工作。镍锌电池提供当今数据中心市场上流行的电池化学成分中高的工作温度,正常运行时高限制为 95°F (35°C)。一些镍锌电池的保修条款甚至允许温度偏移高达 122°F (50°C),多可达到其使用寿命的 5%。这种允许高温偏移的规定可确保电池所有者在冷却系统故障和环境温度暂时升高的情况下电池保修仍然有效。

这些替代电池为数据中心运营商提供了提高工作温度和降低冷却成本的机会,而不会影响 UPS。特别是,镍锌等工作温度较高的电池通常是安全的,没有热失控的风险。它们还可以在可靠性和总拥有成本方面提供额外的好处。

在预制模块化数据中心系统 (PMDC)中,使用替代电池供电 UPS 系统在更高温度下运行的策略为有效。在这种设计方法中,预制单元组装在一起并配备预选、预配置的设备。近对 228 名数据中心高管进行的一项调查发现,超过一半的人已经部署了 PMDC,而 99% 的人表示他们计划在未来几年使用模块化数据中心设计。

随着 PMDC 的使用增加,UPS 和电池系统被放置在主数据中心设施之外的集装箱系统中。这些模块化设计为 UPS 和电池系统本身创建气候专用房间提供了机会。通过使用替代电池,这些房间可以在更高的温度下运行,并为低容量冷却系统提供较低的资本支出,并在系统的整个使用寿命内降低运营支出。随着气候变化导致高温事件的频率增加,投资能够在 10-15 年内承受更恶劣环境的电池系统对于当今正在建设的设施来说是一个明显的优势。

数据中心电池和 UPS 空间的温度灵活性是一种新兴策略,得益于替代电池技术的出现,这一策略已成为可能。采用这些策略后,数据中心可以减少冷却系统投资,节省系统整个生命周期内的冷却成本,并提高 PUE、可持续性、可靠性和运营安全性。



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