数据中心的冷却水管道如何绝缘？

数据中心不仅必须确保其处理和存储的数据的安全性，还必须确保其运营机械和电气系统的安全性。虽然数据中心设计师更加关注安全技术、气候控制和正常运行时间的指标，但数据中心的一些被动元素对于提高高性能至关重要。本文将介绍在为在数据中心采用内循环冷却水管道设计绝缘系统时需要考虑的一些因素。

1.热量和水

要了解冷却水管道绝缘的重要性，需要了解数据中心运营环境中两个明显却无所不在的威胁：热量和水。管理和排出数据中心的IT设备和服务器产生的大量热量至关重要。与采用风扇冷却的普通计算机不同，一些数据中心使用液体冷却系统进行冷却，这些冷却系统利用暖通空调制冷(HVACR)的工作原理进行冷却。

而在数据中心运行中需要考虑漏水风险，因为漏水会对计算设备构成巨大危害。数据中心通常需要更复杂的喷水消防系统或商业建筑中使用的替代系统。对冷却水管道进行绝缘对于支持数据中心设备的热性能至关重要，也可以防止泄露。

数据中心的能耗可能是传统商业建筑的100到200倍，这凸显了有助于维持或降低能耗的各种元素重要性，这其中包括用于冷却水系统的绝缘材料。冷却系统面临着换热器效率低下、灰尘和湿气进入的潜在损害。这会缩短绝缘材料的使用寿命，并降低换热器效率。因此需要设计完善的绝缘系统来解决这些挑战。实施这一过程从选择适合的绝缘材料以降低风险开始。

2.需要问“可能会出什么问题?”

数据中心冷却水系统的绝缘通常是围绕环境工作条件设计的。然而，为常见的“最坏情况”开发系统可能更具成本效益，例如停电、高温环境或其他恶劣天气。针对更严苛条件进行设计的额外好处包括延长系统使用寿命以及减少维修或改造工作的需要。因此，需要花费时间提出“可能会出什么问题?”，这有助于制定策略，缓解未来出现的问题，降低维修成本。

维修或改造冷却水绝缘系统的费用可能比从设计合理的系统开始要高，以便在更严格的条件下运行。绝缘系统的更换可能是最初安装成本的三到四倍，并产生附加后果。

为了在数据中心的生命周期内持续使用且维护工作最少的冷却水系统选择绝缘材料是可能的——系统元件必须经过深思熟虑的选择、准确的设计和正确的安装。随着时间的推移，一些绝缘材料会因为磨损而损坏和降解。但是，使用更耐用的无机材料(如闭孔多孔玻璃绝缘材料)的绝缘系统可以提供更长的使用寿命。几十年来，蜂窝式玻璃绝缘材料不会受潮气的影响，并在关键任务建筑的应用中备受信赖，并已证明其在安装时仍能保持有效，并能抵抗老化。

例如许多地区的室外环境温度适中，但湿度较高。然而，数据中心内部产生的热量以及来自较高湿度的水蒸气的存在仍然是一个需要解决和管理的问题。

3.系统效率工程

冷却水系统面临的另一个挑战是在有限的热传递下保持效率。效率低下的冷却系统必须加大供应，这给冷却器带来更多压力并产生更多的能耗。

保护冷却功能的一种方法是设计具有适当辐射率和操作条件的绝缘系统，以便绝缘系统的最外层在预期环境条件下保持在预期露点之上。保持绝缘系统外表面接近环境温度有助于防止湿气凝结，并降低湿气进入的可能性。

而如果水分渗入冷却水系统的绝缘层会对冷却系统的热性能产生负面影响。从2002年到2012年进行的一系列研究发现，当内部存在水分时，绝缘材料的导热性会增加。保温层内的水分含量每增加1%，保温材料的热导率就会增加23%。饱和绝缘将会增加能耗，可能需要更换绝缘材料。根据ASHRAE的标准，提供终身性能的绝缘材料是几乎没有渗透性的绝缘材料。

冷却水管的绝缘有助于确保冷却水系统的有效功能，而绝缘如果损坏会对导热性产生负面影响，并增加运营成本和能源使用。

4.解决能看到和看不到的问题

由于蒸汽压力驱动或管道和环境空气温度的不平衡，冷却水系统面临来自热量和水分的挑战。冷却水管道通常在零下华氏25度至零下华氏59度的范围内运行，可能低于许多数据中心所在地区的环境温度。即使室外温度不高，位于高湿度地区的数据中心也可能面临额外的蒸汽压力。

冷却水系统的管道可能会因潮湿而受到可见和隐藏的损坏。其可见性的损坏可能表现为绝缘护套外部的湿气聚集以及在表面形成的霉菌。在管道安装在天花板的数据中心设施中，外部冷凝将会损坏地板、墙壁、天花板或附近的设备，并产生滑倒危险。管道外部的冷凝也会导致镀锌支撑结构氧化。这种类型的氧化可能会促使热交换器内发生腐蚀，进一步影响了冷却系统的能源效率。

数据中心的隐藏区域潮湿是另一个风险。渗入可渗透绝缘材料的水分更难发现，并可能为绝缘材料下腐蚀(CUI)创造条件，这种腐蚀在冷却水管道上形成，可能会出现泄漏，导致意外停机和大量维修成本。而数据中心设施中的腐蚀甚至会影响服务器设备的性能。而绝缘损坏会增加热传递，这意味着需要更多的电力来维持冷却水系统的工作温度。这给冷却器增加了压力，并增加了运行成本。

5.具有辅助效益的规格材料

虽然热性能和防潮性是影响数据中心水冷绝缘系统有效性的关键因素，但还有其他因素。绝缘护套就是一个很好的例子。外护套或应用的防潮层的损坏都可能导致水分聚集或渗入系统。而安装不透水和不吸水的产品可通过防止湿气进入，并提供额外的保护。

另一个需要考虑的因素是可燃性。选择在火灾期间不会燃烧或产生有毒烟雾的绝缘材料是有利的。数据中心就像所有建筑物一样，需要采用可以最大限度降低火灾风险的材料。除了不透水之外，多孔玻璃绝缘材料还有助于制定解决火灾和烟雾问题的策略。

抗压强度在冷却水应用中很重要，因为冷却水系统的设计都考虑了管道和绝缘材料本身支持的内容物的负载。高抗压强度的绝缘材料可以提高了绝缘系统承受外部重量和压力的能力。多孔玻璃绝缘材料刚性好，抗压强度高，不易变形，非常适合用于绝缘冷却水管道支架。

在为数据中心选择绝缘材料时，需要考虑一些设计要素，其中包括寿命、热增益控制和湿气压力，以及绝缘系统在数据中心设施内的位置。选择不透水的多孔玻璃绝缘材料可以帮助数据中心设施应对这些挑战，同时保持系统功能和热效率。