卞康

【摘 要】隨著互聯網+和大數據應用的高速發(fā)展，數據中心的建造越來越重要，而數據中心在承載高負荷的數據交互時，會產生巨大的熱負荷，從而帶來高額的電能消耗。因此，對數據中心的冷卻降溫是至關重要的，新技術的引用將有效降低數據中心的能耗，本文將對數據中心冷卻系統(tǒng)的專利技術進行分析。

【關鍵詞】數據中心；制冷；機架；專利

引言：

數據中心是指在一個物理空間內實現對數據信息的集中處理、存儲、傳輸、交換、管理，它不僅僅包括計算機、系統(tǒng)和其它與之配套的設備（例如通信和存儲系統(tǒng)），還包含冗余的數據通信連接、環(huán)境控制設備、監(jiān)控設備以及各種安全裝置。隨著數據中心的發(fā)展，尤其是云計算技術的出現，數據中心已經不只是一個簡單的服務器統(tǒng)一托管、維護的場所，它已經衍變成一個集大數據量運算和存儲為一體的高性能計算機的集中地。數據中心良好的環(huán)境需要合適的制冷系統(tǒng)方案，合適的制冷系統(tǒng)方案不但能保證數據中心良好的溫濕度、潔凈度環(huán)境，并且可以使運行費用降低，節(jié)約運營成本，降低數據中心生命周期成本。

一、數據中心整體制冷系統(tǒng)選擇方案

（一）數據中心氣流組織選擇方案

數據中心制冷系統(tǒng)的氣流組織，簡單的說就是送風口回風口的位置設計布置以及采用相應的風口形式。氣流組織的確定首先要依據設備冷卻方式、安裝方式的選擇，考慮到冷量的高效利用以及數據中心建筑結構、平面布局等方面。

由于氣流組織均具有從上、下、側面進行送風和回風的方式，按照適用范圍不同，我們可以將氣流組織的技術分為房間整體的送回風，以及房間局部區(qū)域的送回風兩種方式。下面，對這兩種方式給出所選擇的不同技術方案。

（二）冷熱通道

冷熱通道專利技術主要掌握在惠普、美國能量變換公司（APC）、IBM、日本NTT、高砂熱學、日立、富士通等國外企業(yè)手中，國內企業(yè)主要有華為和中國移動等。其中，惠普、IBM和富士通是重慶所重點提到的企業(yè)，惠普和IBM在冷封閉上具有一定技術實力，而NTT、高砂熱學和日立的技術也均集中在冷封閉技術上，不再重點考慮；富士通公司在非封閉上具有一定技術實力；而APC公司在熱通道封閉技術領域具有較強的技術實力，給與推薦。

（三）智能地板

智能地板專利技術主要掌握在日立、高砂熱學、富士通、IBM、艾默生等國外企業(yè)手中，國內申請人上海數訊進行了相關申請，但是技術方案相對簡單?？梢?，該技術領域主要被外國申請人所控制。富士通、IBM、高砂熱學掌握相對較多的智能地板重點專利，主要涉及空氣格柵張開量的控制、基于機架上下部的不同溫度通過節(jié)氣閥調節(jié)冷氣量、通過模擬結果控制風扇的送風溫度及方向。

（四）管道送回風

管道送回風專利技術主要掌握在美國能量變換APC、富士通、惠普、日立、IBM、NTT集團、太陽微系統(tǒng)等國外企業(yè)手中，國內企業(yè)主要是華為、中國移動和重慶西澤。富士通、美國能量變換和惠普三家公司積極在華申請重點專利，技術重點分別是：進氣口和排氣口的設置、雙層風扇模塊、頂板管道排熱，美國能量變換公司和惠普的專利申請均具備授權前景。ROTH JT和日立也具有管道送風領域的重點技術，主要涉及多條供氣支管和供/排氣氣罩。國內企業(yè)的華為和重慶西澤的重點專利分別涉及風道的切換裝置和雙套風管，華為的專利申請具備授權前景，重慶西澤已經獲得專利權，二者的技術方案值得關注。

二、整體技術態(tài)勢分析

（一）國外明專利幾乎占據了半壁江山

對于數據中心的制冷系統(tǒng)而言，冷卻方式的選擇也是至關重要的，直接向數據中心內部供冷，相當于冷卻手段的硬件，通常采用風冷、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，風冷冷卻方式是指專用空調設備采用壓縮機式制冷，熱交換器內的制冷劑與循環(huán)空氣進行熱交換，對室內進行冷卻，優(yōu)點是沒有冷凍水進入機房，避免了冷凍水泄露給電子設備帶來的危害，缺點是不適用高/超高發(fā)熱量數據中心，制冷量有限；水冷冷卻方式是指專用空調設備采用風機盤管式制冷，熱交換器內的冷凍水與循環(huán)空氣進行熱交換，對室內進行冷卻，優(yōu)點是冷量大、熱效率高，適用于目前的大型高發(fā)熱量數據中心，缺點是冷凍水進行機房內，管路密封尤為重要，否則將給電子設備帶來極大的破壞，因此管路的成本和技術明顯提高；蓄能冷卻方式主要利用低谷電進行蓄冷，優(yōu)點是節(jié)省電費，缺點是蓄冷量有限，不適用數據中心的連續(xù)運行，通常只作為輔助冷源或者應急冷源；自然冷源冷卻方式是利用室外的天然冷量對數據中心進行降溫，優(yōu)點是能夠最大限度的降低數據中心的PUE值，缺點是受地理環(huán)境、氣候所限。

（二）日、韓大公司在空調機領域占有壟斷地位

近年來，隨著數據中心的高速發(fā)展，數據中心的發(fā)熱量顯著增長，不論是整體還是局部發(fā)熱量都呈高位運行。發(fā)熱量的激增給制冷系統(tǒng)也帶來了巨大的壓力，為了滿足數據中心冷卻的需要，企業(yè)和科研機構都在新型制冷方式的研發(fā)上投入相當大的力量，也孕育而生了行級制冷和機柜級制冷技術，相對于傳統(tǒng)型的房間級制冷技術而言，制冷效果的針對性更強，可以對某一區(qū)域或某一臺機柜進行精確供冷，可以有效解決高/超高發(fā)熱量問題，但是這兩類制冷方式還屬于新技術，存在技術難度大、成本高以及發(fā)展前景不明朗等問題。這兩類制冷技術目前可以說還是主要被國外申請人掌握，我國申請人還存在明顯差距。

（三）大專院校和科研單位的技術研發(fā)能力相對薄弱

大專院校和科研單位在目前的經濟模式下尚未形成產學研一體化的產業(yè)鏈，新技術完成后或被束之高閣，或通過論文的發(fā)表和成果的鑒定向國內外公開而流失，不能在國家的經濟建設中發(fā)揮作用，創(chuàng)新成果的商品化和市場化能力不強。

三、前景與展望

縱觀全球云計算數據中心制冷及節(jié)能技術，雖然我國申請人還存在申請的技術方案略顯簡單，技術覆蓋范圍略窄等問題。但是我國專利申請呈快速增長趨勢，在熱封閉、利用自然冷源、模塊化等技術領域具備較為領先的專利技術，雖然在數據中心（機房）制冷及節(jié)能技術的發(fā)展中起步較晚，但是近年來發(fā)展勢頭強勁，已經追趕上了美、日等發(fā)達國家。我國申請人應當再接再勵，繼續(xù)拓展數據中心（機房）制冷及節(jié)能技術的研究領域，增強相關技術的縱深度，并且提高專利申請文件撰寫水平，為日后進行專利維權奠定良好的基礎。

我國企業(yè)目前面臨著難得的機遇，首先，云計算數據中心的制冷及節(jié)能技術雖然有了一定發(fā)展，但國外企業(yè)也尚處于起步階段，沒有完美和成熟的技術方案，甚至有些領域的技術方向還不明確。因此國外企業(yè)在中國的相關專利申請并不多，也沒有完整的專利布局。這對于我國的相關產業(yè)是難得的機遇。此外，就課題的分析而言，我國在熱封閉、自然冷源和模塊化方面甚至具有較為領先的技術，冰蓄冷方面也有重點的專利技術。此外，為了鼓勵自主創(chuàng)新和企業(yè)進行國際專利布局，對于國內申請人申請專利一直實行減緩政策，對于企業(yè)向國外申請專利，財政部還設立了PCT申請專項資金。我國企業(yè)應抓住本領域技術還存在較多空白點，國家又大力扶持的良好機遇，在發(fā)展企業(yè)自有技術路線的同時，關注競爭對手的技術發(fā)展動向，可以對已有技術產品消化和吸收并在此基礎上開拓創(chuàng)新，形成具有自主知識產權的產品和技術，在具備專利數量優(yōu)勢的有利形勢下，大幅提高專利申請的質量，加快專利布局。