卞康

【摘 要】隨著互聯(lián)網(wǎng)+和大數(shù)據(jù)應(yīng)用的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的建造越來(lái)越重要，而數(shù)據(jù)中心在承載高負(fù)荷的數(shù)據(jù)交互時(shí)，會(huì)產(chǎn)生巨大的熱負(fù)荷，從而帶來(lái)高額的電能消耗。因此，對(duì)數(shù)據(jù)中心的冷卻降溫是至關(guān)重要的，新技術(shù)的引用將有效降低數(shù)據(jù)中心的能耗，本文將對(duì)數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)的專利技術(shù)進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)中心；制冷；機(jī)架；專利

引言：

數(shù)據(jù)中心是指在一個(gè)物理空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的集中處理、存儲(chǔ)、傳輸、交換、管理，它不僅僅包括計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)和其它與之配套的設(shè)備（例如通信和存儲(chǔ)系統(tǒng)），還包含冗余的數(shù)據(jù)通信連接、環(huán)境控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備以及各種安全裝置。隨著數(shù)據(jù)中心的發(fā)展，尤其是云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)中心已經(jīng)不只是一個(gè)簡(jiǎn)單的服務(wù)器統(tǒng)一托管、維護(hù)的場(chǎng)所，它已經(jīng)衍變成一個(gè)集大數(shù)據(jù)量運(yùn)算和存儲(chǔ)為一體的高性能計(jì)算機(jī)的集中地。數(shù)據(jù)中心良好的環(huán)境需要合適的制冷系統(tǒng)方案，合適的制冷系統(tǒng)方案不但能保證數(shù)據(jù)中心良好的溫濕度、潔凈度環(huán)境，并且可以使運(yùn)行費(fèi)用降低，節(jié)約運(yùn)營(yíng)成本，降低數(shù)據(jù)中心生命周期成本。

一、數(shù)據(jù)中心整體制冷系統(tǒng)選擇方案

（一）數(shù)據(jù)中心氣流組織選擇方案

數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)的氣流組織，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是送風(fēng)口回風(fēng)口的位置設(shè)計(jì)布置以及采用相應(yīng)的風(fēng)口形式。氣流組織的確定首先要依據(jù)設(shè)備冷卻方式、安裝方式的選擇，考慮到冷量的高效利用以及數(shù)據(jù)中心建筑結(jié)構(gòu)、平面布局等方面。

由于氣流組織均具有從上、下、側(cè)面進(jìn)行送風(fēng)和回風(fēng)的方式，按照適用范圍不同，我們可以將氣流組織的技術(shù)分為房間整體的送回風(fēng)，以及房間局部區(qū)域的送回風(fēng)兩種方式。下面，對(duì)這兩種方式給出所選擇的不同技術(shù)方案。

（二）冷熱通道

冷熱通道專利技術(shù)主要掌握在惠普、美國(guó)能量變換公司（APC）、IBM、日本NTT、高砂熱學(xué)、日立、富士通等國(guó)外企業(yè)手中，國(guó)內(nèi)企業(yè)主要有華為和中國(guó)移動(dòng)等。其中，惠普、IBM和富士通是重慶所重點(diǎn)提到的企業(yè)，惠普和IBM在冷封閉上具有一定技術(shù)實(shí)力，而NTT、高砂熱學(xué)和日立的技術(shù)也均集中在冷封閉技術(shù)上，不再重點(diǎn)考慮；富士通公司在非封閉上具有一定技術(shù)實(shí)力；而APC公司在熱通道封閉技術(shù)領(lǐng)域具有較強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力，給與推薦。

（三）智能地板

智能地板專利技術(shù)主要掌握在日立、高砂熱學(xué)、富士通、IBM、艾默生等國(guó)外企業(yè)手中，國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人上海數(shù)訊進(jìn)行了相關(guān)申請(qǐng)，但是技術(shù)方案相對(duì)簡(jiǎn)單?？梢?jiàn)，該技術(shù)領(lǐng)域主要被外國(guó)申請(qǐng)人所控制。富士通、IBM、高砂熱學(xué)掌握相對(duì)較多的智能地板重點(diǎn)專利，主要涉及空氣格柵張開(kāi)量的控制、基于機(jī)架上下部的不同溫度通過(guò)節(jié)氣閥調(diào)節(jié)冷氣量、通過(guò)模擬結(jié)果控制風(fēng)扇的送風(fēng)溫度及方向。

（四）管道送回風(fēng)

管道送回風(fēng)專利技術(shù)主要掌握在美國(guó)能量變換APC、富士通、惠普、日立、IBM、NTT集團(tuán)、太陽(yáng)微系統(tǒng)等國(guó)外企業(yè)手中，國(guó)內(nèi)企業(yè)主要是華為、中國(guó)移動(dòng)和重慶西澤。富士通、美國(guó)能量變換和惠普三家公司積極在華申請(qǐng)重點(diǎn)專利，技術(shù)重點(diǎn)分別是：進(jìn)氣口和排氣口的設(shè)置、雙層風(fēng)扇模塊、頂板管道排熱，美國(guó)能量變換公司和惠普的專利申請(qǐng)均具備授權(quán)前景。ROTH JT和日立也具有管道送風(fēng)領(lǐng)域的重點(diǎn)技術(shù)，主要涉及多條供氣支管和供/排氣氣罩。國(guó)內(nèi)企業(yè)的華為和重慶西澤的重點(diǎn)專利分別涉及風(fēng)道的切換裝置和雙套風(fēng)管，華為的專利申請(qǐng)具備授權(quán)前景，重慶西澤已經(jīng)獲得專利權(quán)，二者的技術(shù)方案值得關(guān)注。

二、整體技術(shù)態(tài)勢(shì)分析

（一）國(guó)外明專利幾乎占據(jù)了半壁江山

對(duì)于數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)而言，冷卻方式的選擇也是至關(guān)重要的，直接向數(shù)據(jù)中心內(nèi)部供冷，相當(dāng)于冷卻手段的硬件，通常采用風(fēng)冷、水冷、蓄能和自然冷源的方式。各種冷卻方式具有各自優(yōu)缺點(diǎn)，風(fēng)冷冷卻方式是指專用空調(diào)設(shè)備采用壓縮機(jī)式制冷，熱交換器內(nèi)的制冷劑與循環(huán)空氣進(jìn)行熱交換，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行冷卻，優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有冷凍水進(jìn)入機(jī)房，避免了冷凍水泄露給電子設(shè)備帶來(lái)的危害，缺點(diǎn)是不適用高/超高發(fā)熱量數(shù)據(jù)中心，制冷量有限；水冷冷卻方式是指專用空調(diào)設(shè)備采用風(fēng)機(jī)盤管式制冷，熱交換器內(nèi)的冷凍水與循環(huán)空氣進(jìn)行熱交換，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行冷卻，優(yōu)點(diǎn)是冷量大、熱效率高，適用于目前的大型高發(fā)熱量數(shù)據(jù)中心，缺點(diǎn)是冷凍水進(jìn)行機(jī)房?jī)?nèi)，管路密封尤為重要，否則將給電子設(shè)備帶來(lái)極大的破壞，因此管路的成本和技術(shù)明顯提高；蓄能冷卻方式主要利用低谷電進(jìn)行蓄冷，優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省電費(fèi)，缺點(diǎn)是蓄冷量有限，不適用數(shù)據(jù)中心的連續(xù)運(yùn)行，通常只作為輔助冷源或者應(yīng)急冷源；自然冷源冷卻方式是利用室外的天然冷量對(duì)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行降溫，優(yōu)點(diǎn)是能夠最大限度的降低數(shù)據(jù)中心的PUE值，缺點(diǎn)是受地理環(huán)境、氣候所限。

（二）日、韓大公司在空調(diào)機(jī)領(lǐng)域占有壟斷地位

近年來(lái)，隨著數(shù)據(jù)中心的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)中心的發(fā)熱量顯著增長(zhǎng)，不論是整體還是局部發(fā)熱量都呈高位運(yùn)行。發(fā)熱量的激增給制冷系統(tǒng)也帶來(lái)了巨大的壓力，為了滿足數(shù)據(jù)中心冷卻的需要，企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)都在新型制冷方式的研發(fā)上投入相當(dāng)大的力量，也孕育而生了行級(jí)制冷和機(jī)柜級(jí)制冷技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)型的房間級(jí)制冷技術(shù)而言，制冷效果的針對(duì)性更強(qiáng)，可以對(duì)某一區(qū)域或某一臺(tái)機(jī)柜進(jìn)行精確供冷，可以有效解決高/超高發(fā)熱量問(wèn)題，但是這兩類制冷方式還屬于新技術(shù)，存在技術(shù)難度大、成本高以及發(fā)展前景不明朗等問(wèn)題。這兩類制冷技術(shù)目前可以說(shuō)還是主要被國(guó)外申請(qǐng)人掌握，我國(guó)申請(qǐng)人還存在明顯差距。

（三）大專院校和科研單位的技術(shù)研發(fā)能力相對(duì)薄弱

大專院校和科研單位在目前的經(jīng)濟(jì)模式下尚未形成產(chǎn)學(xué)研一體化的產(chǎn)業(yè)鏈，新技術(shù)完成后或被束之高閣，或通過(guò)論文的發(fā)表和成果的鑒定向國(guó)內(nèi)外公開(kāi)而流失，不能在國(guó)家的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮作用，創(chuàng)新成果的商品化和市場(chǎng)化能力不強(qiáng)。

三、前景與展望

縱觀全球云計(jì)算數(shù)據(jù)中心制冷及節(jié)能技術(shù)，雖然我國(guó)申請(qǐng)人還存在申請(qǐng)的技術(shù)方案略顯簡(jiǎn)單，技術(shù)覆蓋范圍略窄等問(wèn)題。但是我國(guó)專利申請(qǐng)呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，在熱封閉、利用自然冷源、模塊化等技術(shù)領(lǐng)域具備較為領(lǐng)先的專利技術(shù)，雖然在數(shù)據(jù)中心（機(jī)房）制冷及節(jié)能技術(shù)的發(fā)展中起步較晚，但是近年來(lái)發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁，已經(jīng)追趕上了美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家。我國(guó)申請(qǐng)人應(yīng)當(dāng)再接再勵(lì)，繼續(xù)拓展數(shù)據(jù)中心（機(jī)房）制冷及節(jié)能技術(shù)的研究領(lǐng)域，增強(qiáng)相關(guān)技術(shù)的縱深度，并且提高專利申請(qǐng)文件撰寫(xiě)水平，為日后進(jìn)行專利維權(quán)奠定良好的基礎(chǔ)。

我國(guó)企業(yè)目前面臨著難得的機(jī)遇，首先，云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的制冷及節(jié)能技術(shù)雖然有了一定發(fā)展，但國(guó)外企業(yè)也尚處于起步階段，沒(méi)有完美和成熟的技術(shù)方案，甚至有些領(lǐng)域的技術(shù)方向還不明確。因此國(guó)外企業(yè)在中國(guó)的相關(guān)專利申請(qǐng)并不多，也沒(méi)有完整的專利布局。這對(duì)于我國(guó)的相關(guān)產(chǎn)業(yè)是難得的機(jī)遇。此外，就課題的分析而言，我國(guó)在熱封閉、自然冷源和模塊化方面甚至具有較為領(lǐng)先的技術(shù)，冰蓄冷方面也有重點(diǎn)的專利技術(shù)。此外，為了鼓勵(lì)自主創(chuàng)新和企業(yè)進(jìn)行國(guó)際專利布局，對(duì)于國(guó)內(nèi)申請(qǐng)人申請(qǐng)專利一直實(shí)行減緩政策，對(duì)于企業(yè)向國(guó)外申請(qǐng)專利，財(cái)政部還設(shè)立了PCT申請(qǐng)專項(xiàng)資金。我國(guó)企業(yè)應(yīng)抓住本領(lǐng)域技術(shù)還存在較多空白點(diǎn)，國(guó)家又大力扶持的良好機(jī)遇，在發(fā)展企業(yè)自有技術(shù)路線的同時(shí)，關(guān)注競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的技術(shù)發(fā)展動(dòng)向，可以對(duì)已有技術(shù)產(chǎn)品消化和吸收并在此基礎(chǔ)上開(kāi)拓創(chuàng)新，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和技術(shù)，在具備專利數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)的有利形勢(shì)下，大幅提高專利申請(qǐng)的質(zhì)量，加快專利布局。