数据中心的浸没冷却安全性

作为一家全球数据中心初创公司的环境、健康和安全主管，WalterLeclerc深知在数据中心的设计、构建和操作中集成浸入式冷却技术，必须面对并克服一系列的安全挑战。

浸入式冷却，也被称为“直接液体冷却”，是一种创新技术，它将服务器和存储设备等电气和电子元件大部分或全部浸入导热且电绝缘的液体冷却剂中。然而，这种技术虽好，却也带来了一系列需要特别关注的安全问题和考虑因素。

首先，由于水的导电性，使用介电液体至关重要，它能有效防止触电和设备损坏。其次，由于高密度计算和人工智能运算产生的巨大热量，所选用的介电液体必须具备高比热容和出色的导热性，同时还要不易燃或具有足够高的闪点，以减少火灾风险。

此外，商业市场上电介质液体的可用性也是一个不容忽视的因素。确保有足够的电介质液体供应，以支持大型数据中心的连续运作，是实施浸入式冷却技术的前提。

在选择冷却液时，还需要综合考虑其寿命、与其他系统的兼容性、低重量特性、温度适用范围、成本效益、粘度、可持续性以及对法律趋势和潜在风险的评估。

具体到冷却液的选择上，碳氢化合物和碳氟化合物是两种常见的选项。它们各自具有不同的特性，需要根据数据中心的具体需求和环境条件进行权衡和选择。通过全面评估这些因素，我们可以确保数据中心浸没冷却技术的安全性，并最大限度地发挥其效能。

碳氢化合物vs.碳氟化合物

一般来说，数据中心内浸入式冷却过程中使用的电介质液体分为两类:碳氢化合物和氟碳化合物。

碳氢化合物是含有碳和氢(C-H键)的有机化合物，而氟碳化合物，如全氟烷基物质(PFAS)或“永远的化学品”，是含有碳和氟的高度稳定的化合物(C-F键)。

这些被称为介电液体的物质，在单相和两相应用中发挥着关键作用。它们的主要区别在于，在冷却循环中，液体是否会转变为气体。

当在数据中心部署浸入式冷却系统时，需要特别关注安全问题。除了常见的高空作业、热表面和飞溅等危害外，浸入式冷却系统还带来了一些独特的安全挑战。

其中，一个主要的安全隐患在于电气设备与冷却液以及带电部件之间的紧密接触。这种接触可能导致电气事故和暴露，尤其是在水下服务器中，一旦发生电弧闪光，可能会产生有毒的氟化氢(HF)气体。

因此，我们必须通过全面的电气安全研究和措施来认识和解决这些风险，包括采用绝缘和隔离技术。

此外，冷却液的选择也是一个重要的考虑因素。一些介电流体可能对健康和环境造成潜在危害。特别是“永久化学品”的长期影响，对于环境、动物和人类健康来说，仍然是一个相对未知的领域。

NIOSH控制方法的层次结构

一旦确定了危险并确定了优先级，使用NIOSH控制方法层次是降低浸入式冷却相关风险的有效方法。

例如，冷却液相关危害的风险可以通过实施改进/定制的通风系统、环境控制和严格的处理程序来减轻，以充分控制工作环境。

还需要对处理冷却液的人员进行全面培训，强调安全操作程序和应急响应协议，以确保安全的工作环境。通过进行全面的危害评估和评估，再加上采用强大的危害控制措施，您的数据中心可以利用浸入式冷却的好处，同时优先考虑设备和人员的安全。

尽管存在这些危险，但浸没式冷却被证明是数据中心环境中散热的有效方法，并且具有一定的安全优势，这使得它在以下某些情况下成为一个吸引人的选择:

• 硬件:将硬件组件浸泡在介电液体中的方法最大限度地降低了过热的风险，增强了热管理。这可以提高整体系统的可靠性，减少由于热相关问题而导致硬件故障的可能性，并减少人员的整体维护周期。
• 能源效率/节约用水:提高能源效率和减少用水量是显著的积极因素，因为它们可以支持公司的可持续发展计划和承诺。相对而言，浸没式冷却系统比传统的风冷系统在更低的温度下工作，也能营造更安全的工作环境。
• 防火:浸入式冷却系统设置的封闭和密封特性降低了粉尘积聚的风险和电气火灾的可能性，增强了整体安全性，而浸入式冷却系统中使用的介电液体可以作为天然的灭火剂，提供额外的保护层。

浸没式冷却的安全优势，包括改善热调节、降低硬件故障风险、提高能效、节约总用水，以及增强消防安全，使其成为这些考虑因素至关重要的场景中一个令人信服的选择。

进一步的考虑

虽然浸入式冷却似乎非常高效，并带来了显著的好处，但仍需要仔细考虑以下几个安全挑战和问题:

• 能源使用:即使这些巨大的千兆瓦级数据中心具有机架密度优势，并且具有超低pue的潜力，浸入式冷却也会消耗大量的能源，这与公司的可持续发展计划和承诺不符。
• 重量/质量:由于电介质液体增加了系统的质量，因此与浸入式冷却系统设置相关的重量增加非常重要。这种额外的重量可能会对结构的完整性和安全运输性提出挑战。任何浸入式冷却系统的构建或改造都必须包括结构分析，以确保数据中心地板能够承受设备、储罐和冷却液的重量，并制定安全的运输计划。此外，任何将浸入式冷却系统提升到数据中心的第二层或更高楼层的想法都需要从安全角度进行特别考虑和关注。
• 硬件/环境监测:需要专门的硬件和环境监测来确保人员安全，以及浸入式冷却系统的兼容性，这可能会显著提高成本，使其在某些应用中不太经济可行。
• 采购:供应商协议可能需要修改和/或保修可能无效/妥协，因为设备可能没有经过浸入式冷却的设计或测试，而现成的设备在满足安全和操作规范方面价格昂贵。
• 空间:浸入式冷却系统设置的空间要求也相当大，需要配备适当基础设施的专用区域。此外，还需要安全运输措施和提升设备，因为机架通常水平放置在罐内而不是垂直放置，并且服务器需要在安装、更换、维护和/或维修时被吊进/吊出罐内。
• 泄漏/溢出:冷却液泄漏或溢出的风险不仅对硬件本身，而且对人员和周围设备也会带来额外的担忧。因此，维护和内务管理成为一个关键方面，需要细致的关注，以防止和及时解决泄漏，增加了整体操作的复杂性和潜在的安全问题。
• 没有批准的测试方法和程序:由于大多数介电液体没有政府批准的测试方法和程序，因此安全挑战进一步复杂化;其他化学品必须作为替代品来监测暴露限值，这造成了职业暴露水平(OELs)的不确定性。
• 无阈值限值-短期暴露限值(TLV-STEL):大多数介电液体没有TLV-STEL。因此，美国政府工业卫生学家会议(ACGIH)TLV委员会建议，对没有TLV-stel的物质，即使8小时TLV-twa在建议范围内，也要控制在TLV-时间加权平均值(TLV-twa)以上的短期峰值暴露。限制短期高暴露是为了防止因轮班期间短暂峰值暴露而迅速发生急性不良健康影响。
• 工业卫生建模和监测/计算流体动力学:由于介质液体在两相浸入式冷却中变成气体，并且可以通过通风孔、打开的盖子等释放到数据中心大厅，因此确定和记录工作人员的OELs以及气体的蒸汽模式以确保人员安全非常重要。
• 永久化学品:如上所述，在浸入式冷却应用中使用“永久化学品”会带来潜在的环境和健康问题，因为对环境、动物和人类健康的长期影响仍然相对未知，而且其中一些化合物随着时间的推移会持续存在并且不易降解，从而引起潜在的毒性问题。然而，重要的是，对这些化学物质还有很多未知之处。
• 新兴立法/法律趋势:在全球范围内，新兴立法和法律趋势对“永久化学品”的前景并不乐观。事实上，几家大公司已经停止了浸入式冷却的研究和/或“永久化学品”的生产，因为它有潜在的毒副作用，可能会造成广泛的环境污染，以及生产和/或使用这些产品所带来的数十亿美元的诉讼。

简单地说，浸入式冷却似乎非常有效，而且在表面上相对安全。然而，它的适用性是有限的。浸没式冷却仍有许多安全未知数和风险，最终可能影响其实用性和实用性。因此，从安全的角度来看，关于浸入式冷却，尚无定论。

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