日本藤倉此次開發(fā)的冷卻系統(tǒng)采用長約7m、泵直徑約5cm的超大型熱泵。內部封入了替代氟利昂“R134A”。據(jù)日本藤倉公司介紹，垂直設置這種熱泵后，將其下部置于數(shù)據(jù)中心熱源附近，并使其上部伸出建筑物外部，便可對數(shù)據(jù)中心進行有效冷卻。

日本藤倉開發(fā)出了利用大型熱泵將戶外冷空氣用于數(shù)據(jù)中心冷卻的系統(tǒng)。據(jù)該公司介紹，如果是日本的長野縣等山區(qū)或東北以北地區(qū)，以及美國的紐約州等冬季會冷到一定程度的地區(qū)，該系統(tǒng)可使數(shù)據(jù)中心的PUE(powerusageeffectiveness：電能利用率)比原來的水冷系統(tǒng)降低約7%至1.66，能夠在約兩年內抵消導入成本。

藤倉此次新提案的冷卻系統(tǒng)是利用熱泵使數(shù)據(jù)中心內部與戶外空氣進行熱交換的系統(tǒng)。熱泵不需要電力即可工作，而且具有被動熱量輸送功能。泵內封入了名為“工作液體”、揮發(fā)性高且氣化潛熱大的液體。垂直豎起的熱泵上部和下部存在溫差時，在下部吸收熱量后氣化的氣體，會在對流作用下移動至熱泵上部，在此釋放熱量后再次液化并流回熱泵下部，通過這種循環(huán)方式將熱量由熱泵的下部輸送至上部。此前比較小型的熱泵占多數(shù)，而且還被用于個人電腦及服務器內部的冷卻、寒冷地區(qū)的道路融雪以及防止永久凍土融化等用途。

使用熱泵的數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的概觀

采用長7m、直徑約5cm的超大型熱泵

藤倉此次開發(fā)的冷卻系統(tǒng)采用長約7m、泵直徑約5cm的超大型熱泵。內部封入了替代氟利昂“R134A”。據(jù)該公司介紹，垂直設置這種熱泵后，將其下部置于數(shù)據(jù)中心熱源附近，并使其上部伸出建筑物外部，便可對數(shù)據(jù)中心進行有效冷卻。即使夏季戶外氣溫高于室內，也不會發(fā)生熱量回流而導致數(shù)據(jù)中心溫度升高。這是因為被戶外空氣加熱的封閉氣體只能以非液化狀態(tài)滯留在熱泵上部。因具備這種功能，熱泵還被稱為“熱二極管”或“熱虹吸管”等。

熱泵的“熱二極管”功能。因夏季不啟動，因此熱量不會回流。

藤倉提出了該系統(tǒng)的兩種具體使用方案。一種是作為對原來的冷卻系統(tǒng)起輔助作用的“預冷器(Precooler)”，另一種是作為防備夏季停電等情況的“緊急用冰蓄熱系統(tǒng)”。

預冷器使用熱泵的目的是強化數(shù)據(jù)中心原冷卻系統(tǒng)的散熱功能，用于減輕系統(tǒng)負荷。藤倉表示，“比如，服務器耗電量為8800kW的數(shù)據(jù)中心使用60根×36根共計2160根熱泵時，在紐約州的冬季，可利用熱泵進一步使25℃的冷卻水溫度降低5℃左右。秋冬季節(jié)可降低約3℃，夏季也能降低1.3℃”。

由于采用這種方法可使冷卻系統(tǒng)的耗電量降低約3成，因此每年可使運營成本減少59萬美元。據(jù)該公司介紹，包括土地費用在內，熱泵的導入成本約為114萬美元。也就是說，不到2年的時間內便可抵消導入成本。

現(xiàn)代版冰窖應對停電

另一種方案是緊急用冰蓄熱系統(tǒng)，可利用熱泵提前在冬季大量制冰，然后在夏季停電等緊急情況下，用這些冰進行冷卻。藤倉的推算結果顯示，如果是在紐約州，可利用冬季制作的冰塊，使耗電量為8800kW的服務器群連續(xù)冷卻6小時左右。

之前就有每天在大樓等場所利用夜間電力制冰，白天將其用于冷氣用途的系統(tǒng)。藤倉的系統(tǒng)與其不同的地方在于制冰時不用電。

據(jù)藤倉介紹，與原來提前儲存冷水的緊急用冷卻系統(tǒng)相比，該公司系統(tǒng)的容積罐只有前者的1/7，包含土地費用在內的導入成本只有其1/25，大幅實現(xiàn)了小型化并降低了成本。

不過，要在不用電的情況下制冰，需要在冬季氣溫低于0℃的天數(shù)持續(xù)一定時間以上的寒冷地區(qū)才能實現(xiàn)。藤倉表示，“導入我們的系統(tǒng)后產生效果的條件是，冬季日平均氣溫低于0℃的天數(shù)，與這種情況下的平均氣溫相乘而得出的絕對值(累積冰凍指數(shù))達到400℃日以上”。比如，平均氣溫為-10℃的天數(shù)持續(xù)40天時，累積冰凍指數(shù)就會達到400℃日。

各地區(qū)的累積冰凍指數(shù)。累積冰凍指數(shù)的定義是平均氣溫低于0℃的天數(shù)與這些日子的平均氣溫相乘而得出的絕對值。據(jù)藤倉介紹，使用此次系統(tǒng)的條件是這一數(shù)值達到400℃·日。美國紐約州約為400℃·日。日本青森2009年為暖冬，該值為70℃·日，往年則寒冷的天數(shù)多一些。

熱泵能拯救地球？

藤倉今后打算通過加大原來為電子設備開發(fā)的熱泵的尺寸，將其應用于道路融雪系統(tǒng)及數(shù)據(jù)中心等。該公司表示，“大型熱泵的潛力很大。如果能將熱泵埋入冰川，就能防止冰川融化，從而減緩全球變暖的速度。另外，如果能夠制造出長10km、直徑為1km的熱泵，就能將人類產生的10TW熱量輸送至平流層”。