藤仓开发超大热泵的数据中心冷却系统

   藤仓此次开发的冷却系统采用长约7m、泵直径约5cm的超大型热泵。内部封入了替代氟利昂“R134A”。据该公司介绍，垂直设置这种热泵后，将其下部置于数据中心热源附近，并使其上部伸出建筑物外部，便可对数据中心进行有效冷却。

    日本藤仓开发出了利用大型热泵将户外冷空气用于数据中心冷却的系统。据该公司介绍，如果是日本的长野县等山区或东北以北地区，以及美国的纽约州等冬季会冷到一定程度的地区，该系统可使数据中心的PUE（powerusageeffectiveness：电能利用率）比原来的水冷系统降低约7%至1.66，能够在约两年内抵消导入成本。

    藤仓此次新提案的冷却系统是利用热泵使数据中心内部与户外空气进行热交换的系统。热泵不需要电力即可工作，而且具有被动热量输送功能。泵内封入了名为“工作液体”、挥发性高且气化潜热大的液体。垂直竖起的热泵上部和下部存在温差时，在下部吸收热量后气化的气体，会在对流作用下移动至热泵上部，在此释放热量后再次液化并流回热泵下部，通过这种循环方式将热量由热泵的下部输送至上部。此前比较小型的热泵占多数，而且还被用于个人电脑及服务器内部的冷却、寒冷地区的道路融雪以及防止*冻土融化等用途。

    使用热泵的数据中心冷却系统的概观

    采用长7m、直径约5cm的超大型热泵

    藤仓此次开发的冷却系统采用长约7m、泵直径约5cm的超大型热泵。内部封入了替代氟利昂“R134A”。据该公司介绍，垂直设置这种热泵后，将其下部置于数据中心热源附近，并使其上部伸出建筑物外部，便可对数据中心进行有效冷却。即使夏季户外气温高于室内，也不会发生热量回流而导致数据中心温度升高。这是因为被户外空气加热的封闭气体只能以非液化状态滞留在热泵上部。因具备这种功能，热泵还被称为“热二极管”或“热虹吸管”等。

    热泵的“热二极管”功能。因夏季不启动，因此热量不会回流。

    藤仓提出了该系统的两种具体使用方案。一种是作为对原来的冷却系统起辅助作用的“预冷器（Precooler）”，另一种是作为防备夏季停电等情况的“紧急用冰蓄热系统”。

    预冷器使用热泵的目的是强化数据中心原冷却系统的散热功能，用于减轻系统负荷。藤仓表示，“比如，服务器耗电量为8800kW的数据中心使用60根×36根共计2160根热泵时，在纽约州的冬季，　　　　由于采用这种方法可使冷却系统的耗电量降低约3成，因此每年可使运营成本减少59万美元。据该公司介绍，包括土地费用在内，热泵的导入成本约为114万美元。也就是说，不到2年的时间内便可抵消导入成本。

    现代版冰窖应对停电

    另一种方案是紧急用冰蓄热系统，可利用热泵提前在冬季大量制冰，然后在夏季停电等紧急情况下，用这些冰进行冷却。藤仓的推算结果显示，如果是在纽约州，可利用冬季制作的冰块，使耗电量为8800kW的服务器群连续冷却6小时左右。

     之前就有每天在大楼等场所利用夜间电力制冰，白天将其用于冷气用途的系统。藤仓的系统与其不同的地方在于制冰时不用电。

    据藤仓介绍，与原来提前储存冷水的紧急用冷却系统相比，该公司系统的容积罐只有前者的1/7，包含土地费用在内的导入成本只有其1/25，大幅实现了小型化并降低了成本。

    不过，要在不用电的情况下制冰，需要在冬季气温低于0℃的天数持续一定时间以上的寒冷地区才能实现。藤仓表示，“导入我们的系统后产生效果的条件是，冬季日平均气温低于0℃的天数，与这种情况下的平均气温相乘而得出的值（累积冰冻指数）达到400℃日以上”。比如，平均气温为-10℃的天数持续40天时，累积冰冻指数就会达到400℃日。
　各地区的累积冰冻指数。累积冰冻指数的定义是平均气温低于0℃的天数与这些日子的平均气温相乘而得出的值。据藤仓介绍，使用此次系统的条件是这一数值达到400℃·日。美国纽约州约为400℃·日。日本青森2009年为暖冬，该值为70℃·日，往年则寒冷的天数多一些。

    热泵能拯救地球？

    藤仓今后打算通过加大原来为电子设备开发的热泵的尺寸，将其应用于道路融雪系统及数据中心等。该公司表示，“大型热泵的潜力很大。如果能将热泵埋入冰川，就能防止冰川融化，从而减缓变暖的速度。另外，如果能够制造出长10km、直径为1km的热泵，就能将人类产生的10TW热量输送至平流层”。