冷卻塔在數據中心的應用

多年來，由于增加服務器的密度并減少其體積的大小，服務器的密度變得越來越高，數據中心正日益產生更多的熱量。因此，每平方英尺產生熱量的瓦數正在不斷上升，這種功率密度的增加嚴重制約了傳統的冷卻方法和技術。同時，大量的能源應用于數據中心之后轉換成大量的熱，這是一個周而復始的過程，鑒于這種能源消耗與能源成本，專家一直在尋找既能降低能源成本又環保的方法。其中一種方法是使用冷卻塔。本文就冷卻塔的工作原理及應用特點做簡單介紹。

正如它的名稱表明的那樣，冷卻塔是一種塔狀設備，負責冷卻數據中心并把廢棄的熱量排放到大氣中。冷卻塔使用冷卻水或者僅僅使用空氣消費數據中心廢棄的熱量。冷卻塔有各種尺寸，簡單的冷卻塔有房頂高，巨大的冷卻塔占地面積直徑達100米。數據中心安裝多大尺寸的冷卻塔主要取決于需要清除的熱量總量和其它相關的因素。

冷卻塔的工作原理:冷卻塔是利用水和空氣的接觸，通過蒸發作用來散去設備或制冷空調中產生的廢熱的一種設備。基本原理是：干燥(低焓值)的空氣經過風機的抽動后，自進風網處進入冷卻塔內;飽和蒸汽分壓力大的高溫水分子向壓力低的空氣流動，濕熱(高焓值)的水自播水系統灑入塔內。當水滴和空氣接觸時，一方面由于空氣與不的直接傳熱，另一方面由于水蒸汽表面和空氣之間存在壓力差，在壓力的作用下產生蒸發現象，帶到目前為走蒸發潛熱，將水中的熱量帶走即蒸發傳熱，從而達到降溫之目的。

冷卻塔的工作過程：圓形逆流式冷卻塔的工作過程為例，熱水自主機房通過水泵以一定的壓力經過管道、橫喉、曲喉、中心喉將循環水壓至冷卻塔的播水系統內，通過播水管上的小孔將水均勻地播灑在填料上面;干燥的低晗值的空氣在風機的作用下由底部入風網進入塔內，熱水流經填料表面時形成水膜和空氣進行熱交換，高濕度高晗值的熱風從頂部抽出，進入塔內的空氣、是干燥低濕球溫度的空氣，水和空氣之間明顯存在著水分子的濃度差和動能壓力差，當風機運行時，在塔內靜壓的作用下，水分子不斷地向空氣中蒸發，成為水蒸氣分子，剩余的水分子的平均動能便會降低，從而使循環水的溫度下降。從以上分析可以看出，蒸發降溫與空氣的溫度(通常說的干球溫度)低于或高于水溫無關，只要水分子能不斷地向空氣中蒸發，水溫就會降低。但是，水向空氣中的蒸發不會無休止地進行下去。當與水接觸的空氣不飽和時，水分子不斷地向空氣中蒸發，但當水氣接觸面上的空氣達到飽和時，水分子就蒸發不出去，而是處于一種動平衡狀態。蒸發出去的水分子數量等于從空氣中返回到水中的水分子的數量，水溫保持不變。由此可以看出，與水接觸的空氣越干燥，蒸發就越容易進行，水溫就容易降低。

由此可見，冷卻塔的工作原理很容易理解。簡單的說，通風的空氣從正確的角度吹向滴下來的水，當空氣通過這些水滴的時候，一部分水就蒸發了，由于用于蒸發水滴的熱量降低了水的溫度，剩余的水就被冷卻了。這種方法的冷卻效果依賴于空氣的相對濕度以及壓力。

蒸發的水的總量隨著濕度的下降而增加，剩余的水的溫度也隨著下降。換句話說，濕度越低，冷卻塔的冷卻效果就越好。普通的冷卻塔有各種形狀和尺寸。根據工作量的需求和安裝的位置，有的冷卻塔形狀像一個倒著放的漏斗，有的冷卻塔像一個小箱子。

必須要記住，安裝冷卻塔的*初成本肯定比安裝那些沒有冷卻塔的傳統的冷卻系統高得多。但是，這肯定是一次性的成本，但是每一年節省的成本將不斷增加。因此在一段時間里，冷卻塔肯定能夠節省大量金錢和珍貴的能源。考慮到全球的能源狀況，節省能源是更加重要的。

冷卻塔在數據中心的應用已經受到了重視，英特爾*近介紹了它在兩個高密度數據中心成功地使用冷卻塔的情況，通過使用濕氣節能設備減少了冷卻設備的電源消耗。采用這種方法每年能夠節省14.4萬美元電費。無論按照什么標準衡量這都是很大的節省。

不過在英特爾的這個冷卻塔試驗中還發現這種節能設備的也許沒有*初看起來那樣節省。這種矛盾的原因是冷卻塔需要一個龐大的加濕系統和預熱。這將增加整個系統的成本和復雜性。

還有一個爭論說由于使用冷卻塔的這種節能設備的濕的方面需要更多的溫度較低的水，因此，冷卻塔風扇部分將消耗更多的能源，所以它并不便宜。但是，試驗結果表明這沒有負面的影響，冷卻塔從長遠看仍是節能的。

因此，我們看到，冷卻塔是利用自然的免費的空氣在工業機構和數據中心提供冷卻的一種極好的方法。從長遠看，這種方法實際上節能的。期待冷卻塔在未來能增加應用，從而在給企業帶來好處的同時能夠節省更多的寶貴的能源。但是任何單個的策略都會有自己的局限性，因此，數據中心要達到*大限度的節能效率就需要采取全面的方法，CIO們需要把行業中目前所有的降低能耗的方法智能地組合起來，尋找減少能源消耗的新途徑。