資料中心的浸沒冷卻安全性

作為一家全球資料中心初創公司的環境、健康和安全主管，WalterLeclerc深知在資料中心的設計、建構和操作中內建浸入式冷卻技術，必須面對并克服一系列的安全挑戰。

浸入式冷卻，也被稱為“直接液體冷卻”，是一種創新技術，它将伺服器和儲存設備等電氣和電子元件大部分或全部浸入導熱且電絕緣的液體冷卻劑中。然而，這種技術雖好，卻也帶來了一系列需要特别關注的安全問題和考慮因素。

首先，由于水的導電性，使用介電液體至關重要，它能有效防止觸電和裝置損壞。其次，由于高密度計算和人工智能運算産生的巨大熱量，所選用的介電液體必須具備高比熱容和出色的導熱性，同時還要不易燃或具有足夠高的閃點，以減少火災風險。

此外，商業市場上電媒體液體的可用性也是一個不容忽視的因素。確定有足夠的電媒體液體供應，以支援大型資料中心的連續運作，是實施浸入式冷卻技術的前提。

在選擇冷卻液時，還需要綜合考慮其壽命、與其他系統的相容性、低重量特性、溫度适用範圍、成本效益、粘度、可持續性以及對法律趨勢和潛在風險的評估。

具體到冷卻液的選擇上，碳氫化合物和碳氟化合物是兩種常見的選項。它們各自具有不同的特性，需要根據資料中心的具體需求和環境條件進行權衡和選擇。通過全面評估這些因素，我們可以確定資料中心浸沒冷卻技術的安全性，并最大限度地發揮其效能。

碳氫化合物vs.碳氟化合物

一般來說，資料中心内浸入式冷卻過程中使用的電媒體液體分為兩類:碳氫化合物和氟碳化合物。

碳氫化合物是含有碳和氫(C-H鍵)的有機化合物，而氟碳化合物，如全氟烷基物質(PFAS)或“永遠的化學品”，是含有碳和氟的高度穩定的化合物(C-F鍵)。

這些被稱為介電液體的物質，在單相和兩相應用中發揮着關鍵作用。它們的主要差別在于，在冷卻循環中，液體是否會轉變為氣體。

當在資料中心部署浸入式冷卻系統時，需要特别關注安全問題。除了常見的高空作業、熱表面和飛濺等危害外，浸入式冷卻系統還帶來了一些獨特的安全挑戰。

其中，一個主要的安全隐患在于電氣裝置與冷卻液以及帶電部件之間的緊密接觸。這種接觸可能導緻電氣事故和暴露，尤其是在水下伺服器中，一旦發生電弧閃光，可能會産生有毒的氟化氫(HF)氣體。

是以，我們必須通過全面的電氣安全研究和措施來認識和解決這些風險，包括采用絕緣和隔離技術。

此外，冷卻液的選擇也是一個重要的考慮因素。一些介電流體可能對健康和環境造成潛在危害。特别是“永久化學品”的長期影響，對于環境、動物和人類健康來說，仍然是一個相對未知的領域。

NIOSH控制方法的層次結構

一旦确定了危險并确定了優先級，使用NIOSH控制方法層次是降低浸入式冷卻相關風險的有效方法。

例如，冷卻液相關危害的風險可以通過實施改進/定制的通風系統、環境控制和嚴格的處理程式來減輕，以充分控制工作環境。

還需要對處理冷卻液的人員進行全面教育訓練，強調安全操作程式和應急響應協定，以確定安全的工作環境。通過進行全面的危害評估和評估，再加上采用強大的危害控制措施，您的資料中心可以利用浸入式冷卻的好處，同時優先考慮裝置和人員的安全。

盡管存在這些危險，但浸沒式冷卻被證明是資料中心環境中散熱的有效方法，并且具有一定的安全優勢，這使得它在以下某些情況下成為一個吸引人的選擇:

• 硬體:将硬體元件浸泡在介電液體中的方法最大限度地降低了過熱的風險，增強了熱管理。這可以提高整體系統的可靠性，減少由于熱相關問題而導緻硬體故障的可能性，并減少人員的整體維護周期。
• 能源效率/節約用水:提高能源效率和減少用水量是顯著的積極因素，因為它們可以支援公司的可持續發展計劃和承諾。相對而言，浸沒式冷卻系統比傳統的風冷系統在更低的溫度下工作，也能營造更安全的工作環境。
• 防火:浸入式冷卻系統設定的封閉和密封特性降低了粉塵積聚的風險和電氣火災的可能性，增強了整體安全性，而浸入式冷卻系統中使用的介電液體可以作為天然的滅火劑，提供額外的保護層。

浸沒式冷卻的安全優勢，包括改善熱調節、降低硬體故障風險、提高能效、節約總用水，以及增強消防安全，使其成為這些考慮因素至關重要的場景中一個令人信服的選擇。

進一步的考慮

雖然浸入式冷卻似乎非常高效，并帶來了顯著的好處，但仍需要仔細考慮以下幾個安全挑戰和問題:

• 能源使用:即使這些巨大的千兆瓦級資料中心具有機架密度優勢，并且具有超低pue的潛力，浸入式冷卻也會消耗大量的能源，這與公司的可持續發展計劃和承諾不符。
• 重量/品質:由于電媒體液體增加了系統的品質，是以與浸入式冷卻系統設定相關的重量增加非常重要。這種額外的重量可能會對結構的完整性和安全運輸性提出挑戰。任何浸入式冷卻系統的建構或改造都必須包括結構分析，以確定資料中心地闆能夠承受裝置、儲罐和冷卻液的重量，并制定安全的運輸計劃。此外，任何将浸入式冷卻系統提升到資料中心的第二層或更高樓層的想法都需要從安全角度進行特别考慮和關注。
• 硬體/環境監測:需要專門的硬體和環境監測來確定人員安全，以及浸入式冷卻系統的相容性，這可能會顯著提高成本，使其在某些應用中不太經濟可行。
• 采購:供應商協定可能需要修改和/或保修可能無效/妥協，因為裝置可能沒有經過浸入式冷卻的設計或測試，而現成的裝置在滿足安全和操作規範方面價格昂貴。
• 空間:浸入式冷卻系統設定的空間要求也相當大，需要配備适當基礎設施的專用區域。此外，還需要安全運輸措施和提升裝置，因為機架通常水準放置在罐内而不是垂直放置，并且伺服器需要在安裝、更換、維護和/或維修時被吊進/吊出罐内。
• 洩漏/溢出:冷卻液洩漏或溢出的風險不僅對硬體本身，而且對人員和周圍裝置也會帶來額外的擔憂。是以，維護和内務管理成為一個關鍵方面，需要細緻的關注，以防止和及時解決洩漏，增加了整體操作的複雜性和潛在的安全問題。
• 沒有準許的測試方法和程式:由于大多數介電液體沒有政府準許的測試方法和程式，是以安全挑戰進一步複雜化;其他化學品必須作為替代品來監測暴露限值，這造成了職業暴露水準(OELs)的不确定性。
• 無門檻值限值-短期暴露限值(TLV-STEL):大多數介電液體沒有TLV-STEL。是以，美國政府工業衛生學家會議(ACGIH)TLV委員會建議，對沒有TLV-stel的物質，即使8小時TLV-twa在建議範圍内，也要控制在TLV-時間權重平均值(TLV-twa)以上的短期峰值暴露。限制短期高暴露是為了防止因輪班期間短暫峰值暴露而迅速發生急性不良健康影響。
• 工業衛生模組化和監測/計算流體動力學:由于媒體液體在兩相浸入式冷卻中變成氣體，并且可以通過通風孔、打開的蓋子等釋放到資料中心大廳，是以确定和記錄從業人員的OELs以及氣體的蒸汽模式以確定人員安全非常重要。
• 永久化學品:如上所述，在浸入式冷卻應用中使用“永久化學品”會帶來潛在的環境和健康問題，因為對環境、動物和人類健康的長期影響仍然相對未知，而且其中一些化合物随着時間的推移會持續存在并且不易降解，進而引起潛在的毒性問題。然而，重要的是，對這些化學物質還有很多未知之處。
• 新興立法/法律趨勢:在全球範圍内，新興立法和法律趨勢對“永久化學品”的前景并不樂觀。事實上，幾家大公司已經停止了浸入式冷卻的研究和/或“永久化學品”的生産，因為它有潛在的毒副作用，可能會造成廣泛的環境污染，以及生産和/或使用這些産品所帶來的數十億美元的訴訟。

簡單地說，浸入式冷卻似乎非常有效，而且在表面上相對安全。然而，它的适用性是有限的。浸沒式冷卻仍有許多安全未知數和風險，最終可能影響其實用性和實用性。是以，從安全的角度來看，關于浸入式冷卻，尚無定論。

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