ASHRAE TC 9.9：掌握資料中心的熱力脈動

資料中心是現代數位世界的引擎室，它們孕育著我們日常生活中每一次點擊、每一次搜尋、每一次串流的數據流動。然而，這些看似無形的數位服務背後，是一個個耗能巨獸。在這個耗能與效能的平衡點上，ASHRAE TC 9.9 扮演著關鍵角色，為全球資料中心的設計與運營提供了重要指引。本文將深入探討 ASHRAE TC 9.9 對資料中心產業的影響，以及它如何在能源效率與系統可靠性之間找到黃金平衡點。

ASHRAE TC 9.9：資料中心熱管理的權威指南

ASHRAE（American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers，美國暖通空調工程師學會）是全球領先的暖通空調和製冷技術組織。而 TC 9.9 則是其中專門負責「任務關鍵型設施技術」的技術委員會，尤其關注於資料中心的熱管理挑戰。

什麼是 ASHRAE TC 9.9？

ASHRAE TC 9.9 成立於 2002 年，全名為「Technical Committee 9.9: Mission Critical Facilities, Data Centers, Technology Spaces and Electronic Equipment」（技術委員會 9.9：任務關鍵型設施、資料中心、技術空間和電子設備）。它匯集了來自學術界、製造業和資料中心營運商的專業人士，共同制定資料中心環境條件的最佳實踐指南。

TC 9.9 委員會的主要任務是解決資料中心環境條件的挑戰，特別是在熱管理、能源效率和設備可靠性方面。他們發布的指南被視為業界標準，在全球資料中心的設計和運營中廣泛應用。

ASHRAE TC 9.9 指南的核心內容

ASHRAE TC 9.9 最著名的貢獻是制定了一系列資料中心環境條件的指南，尤其是溫度和濕度范圍。這些指南定義了不同類型IT設備可以安全運行的環境條件，并根據其可靠性需求分為不同的類別。

溫度與濕度指南

ASHRAE TC 9.9 定義了六個主要的環境類別（A1、A2、A3、A4、B、C），每個類別都有特定的溫度和濕度範圍。這些類別對應著不同級別的資料中心，從最嚴格的企業級資料中心到較為寬鬆的邊緣設施。

ASHRAE通過設備等級劃分，平衡設備可靠性與節能需求，具體分類如下 :

• A1 – 適用於嚴格控制環境參數（濕度、溫度）的資料中心，通常用於企業伺服器和儲存設備。 
• A2 – 適用於具有一定環境控制的 IT 空間，適合大量伺服器、儲存設備、個人電腦和工作站。
• A3 – 與 A2 類似，但允許更寬的溫度範圍，適合使用水冷卻系統的資料中心。
• A4 – 與 A3 類似，但溫度範圍更寬，適合使用空氣冷卻系統的資料中心。
• B – 適用於辦公室、家庭或可攜帶環境，環境控制最少，適合個人電腦、工作站、筆記本和印表機。
• C – 適用於工業或工廠環境，適合零售設備、工業控制器或工業電腦。

ASHRAE TC 9.9 如何影響資料中心設計與運營

ASHRAE TC 9.9 的指南對資料中心行業產生了深遠影響，從設計階段到日常運營都有其指導作用。

設計階段的影響

在資料中心設計階段，工程師們會參考 ASHRAE TC 9.9 的指南來確定冷卻系統的規格和容量。這些指南不僅影響冷卻系統的選型，還會影響整個資料中心的佈局設計。

冷熱通道設計

資料中心的冷熱通道設計直接受到 ASHRAE TC 9.9 的影響。為了確保 IT 設備獲得適當的冷卻，設計師們會根據 ASHRAE 的建議來規劃氣流路徑，確保冷熱空氣不會混合，提高冷卻效率。

冷卻系統選型

ASHRAE TC 9.9 的指南也影響著冷卻系統的選型。隨著指南允許的溫度範圍擴大，設計師們可以選擇更多能源效率高的冷卻方案，如自然冷卻或液體冷卻等。

運營階段的影響

在資料中心的日常運營中，ASHRAE TC 9.9 的指南為管理者提供了明確的環境參數目標。

能源效率優化

ASHRAE TC 9.9 的指南促使資料中心運營商提高運行溫度，從而降低冷卻能耗。研究表明，將資料中心溫度提高 1°C 可以減少 2-4% 的冷卻能耗。

設備可靠性管理

除了能源效率，ASHRAE TC 9.9 的指南也關注設備可靠性。通過定義安全的運行環境，這些指南幫助運營商在提高能源效率的同時，也保證了設備的長期可靠性。

ASHRAE TC 9.9 與資料中心能源效率的關係

資料中心是現代社會最耗能的設施之一，能源效率已成為業界關注的焦點。ASHRAE TC 9.9 在這方面發揮了重要作用。

電力使用效率（PUE）的提升

電力使用效率（Power Usage Effectiveness，PUE）是衡量資料中心能源效率的關鍵指標。ASHRAE TC 9.9 的指南通過允許更高的運行溫度，為降低 PUE 提供了可能。

溫度範圍的演變

自 ASHRAE TC 9.9 成立以來，其推薦的溫度範圍已經逐步擴大。從最初的 20-25°C 擴展到現在的 18-27°C，甚至在某些類別中允許更高的溫度。這種擴展直接促使了資料中心能源效率的提升。

自然冷卻的應用

ASHRAE TC 9.9 的指南鼓勵更多使用自然冷卻（Free Cooling）技術。在適當的氣候條件下，資料中心可以直接利用室外空氣進行冷卻，大幅降低製冷能耗。

全球不同氣候區的應用

ASHRAE TC 9.9 的指南考慮了全球不同氣候區的特點，為各地資料中心提供了適合的環境參數建議。在寒冷地區，資料中心可以更多地利用自然冷卻；而在炎熱地區，則需要特別關注濕度控制和冷卻效率。

委員會發布的熱圖（Climate Maps）幫助工程師和運營商根據所在地理位置評估自然冷卻的可行性和潛在收益。例如，在北歐和加拿大等地區，全年有相當長的時間可以利用自然冷卻，從而大幅降低冷卻成本。

液冷技術的推動

隨著伺服器功率密度的不斷提高，傳統的風冷系統面臨越來越大的挑戰。ASHRAE TC 9.9 積極推動液冷技術的發展和應用，包括浸沒式冷卻（Immersion Cooling）和冷板式冷卻（Cold Plate Cooling）等先進技術。

液冷效率優勢

相比傳統風冷系統，液冷技術具有更高的熱傳導效率，可以更有效地散發高密度服務器產生的熱量。ASHRAE TC 9.9 發布的液冷指南為這一技術的規範化應用提供了依據，推動了其在高密度計算環境中的採用。

ASHRAE TC 9.9 標準在全球的應用比較

全球各地的資料中心在應用 ASHRAE TC 9.9 標準時會根據當地情況進行調整。以下是主要地區的應用比較：

IT 設備製造商與 ASHRAE TC 9.9 的互動

ASHRAE TC 9.9 的工作不僅影響資料中心，也影響著IT設備製造商的產品設計和測試標準。

設備耐受性設計

IT設備製造商根據 ASHRAE TC 9.9 的指南來設計和測試他們的產品。伺服器、儲存設備和網路設備都會標明其符合的 ASHRAE 環境類別。

產品環境規格的變化

隨著 ASHRAE 指南的演變，IT 設備的環境規格也在變化。早期的伺服器通常只能在較窄的溫濕度範圍內運行，而現代設備則設計為能夠在更寬泛的環境條件下可靠工作。

製造商的測試與認證

IT 設備製造商會嚴格測試其產品在 ASHRAE 定義的環境條件下的性能和可靠性。這些測試結果通常會作為產品規格的一部分公布，幫助資料中心運營商做出採購決策。

溫度與性能的平衡

設備製造商需要在環境容忍度和性能之間找到平衡點。雖然現代伺服器可以在較高溫度下運行，但可能會因為進入節能模式而導致性能略有下降。ASHRAE TC 9.9 的指南幫助製造商設計出既符合環境要求又能維持必要性能的產品。

ASHRAE TC 9.9 的最新研究與進展

ASHRAE TC 9.9 委員會持續進行研究和更新指南，以跟上資料中心技術的快速發展。

熱密度與散熱技術

隨著人工智能和高性能計算的發展，伺服器機櫃的熱密度正在迅速提高。ASHRAE TC 9.9 正在研究如何在這些高密度環境中有效管理熱量，包括先進的液冷技術和直接晶片冷卻（Direct-to-Chip Cooling）等方案。

AI 伺服器散熱挑戰

AI 伺服器配置的高性能 GPU 和 ASIC 晶片可能產生高達 700 瓦/平方厘米的熱通量，這對傳統冷卻系統提出了前所未有的挑戰。ASHRAE TC 9.9 正在為這些新型工作負載定義適當的冷卻策略和最佳實踐。

邊緣計算的熱管理

隨著邊緣計算的興起，資料中心功能正在向更小、更分散的設施擴展。這些邊緣設施通常位於非理想環境中，缺乏專業的冷卻系統。ASHRAE TC 9.9 正在開發針對這些場景的特定指南。

遠端站點的環境控制

對於遠端邊緣站點，ASHRAE TC 9.9 提出了更靈活的環境控制策略，包括使用更寬的 A3 和 A4 環境類別，以及採用封閉式機櫃設計和內部冷卻系統等方案。

挑戰與未來：ASHRAE TC 9.9 的發展方向

隨著資料中心技術和需求的變化，ASHRAE TC 9.9 也面臨著新的挑戰和發展機遇。

當前的主要挑戰

高密度計算的熱管理

AI、機器學習和高性能計算工作負載的增長導致伺服器機櫃功率密度急劇上升，從傳統的 5-10 kW/機櫃提高到 30-50 kW/機櫃，甚至達到 100 kW/機櫃以上。ASHRAE TC 9.9 需要針對這些高密度環境提供更具體的指南。

可持續發展需求

資料中心面臨著越來越嚴格的環境法規和可持續發展目標。ASHRAE TC 9.9 正在研究如何將環境影響因素納入其指南中，包括水資源使用、製冷劑選擇和全生命週期碳排放等方面。

地域差異適應

全球不同地區的資料中心面臨著不同的氣候條件、能源可用性和法規要求。ASHRAE TC 9.9 需要發展更具包容性的指南，以適應這些地域差異。

未來發展趨勢

先進液冷標準化

隨著液冷技術在高密度計算環境中的廣泛應用，ASHRAE TC 9.9 正在推動液冷系統的標準化，包括冷卻液規格、接口標準和安全指南等。

邊緣資料中心指南

邊緣資料中心的增長要求更具針對性的環境控制策略。ASHRAE TC 9.9 計劃發布專門針對邊緣設施的指南，考慮其獨特的空間限制、遠程管理需求和多變的環境條件。

整合人工智能的熱管理

ASHRAE TC 9.9 正在探索如何利用人工智能和機器學習技術來優化資料中心的熱管理。通過分析大量的環境數據和系統性能數據，AI 系統可以動態調整冷卻參數，實現更精確、更高效的環境控制。

全生命週期分析

未來的指南將更加關注資料中心設備和基礎設施的全生命週期分析，包括製造、運輸、運營和回收各個階段的環境影響。這種整體性的分析方法有助於做出更環保、更可持續的設計決策。

結論：ASHRAE TC 9.9 的關鍵價值

ASHRAE TC 9.9 作為資料中心熱管理的權威指南，為整個行業提供了寶貴的技術依據和最佳實踐。從提高能源效率到保障設備可靠性，從支持技術創新到促進可持續發展，TC 9.9 委員會的工作對資料中心產業產生了深遠的影響。

隨著數位經濟的快速發展，資料中心面臨著前所未有的挑戰和機遇。ASHRAE TC 9.9 將繼續在這個快速變化的領域中發揮關鍵作用，幫助資料中心更好地平衡性能、可靠性、能源效率和環境責任。

對於資料中心設計師、運營商和IT設備製造商來說，理解和應用 ASHRAE TC 9.9 的指南不僅是技術需求，也是適應未來發展趨勢的重要策略。在追求高效、可靠、可持續的資料中心的道路上，ASHRAE TC 9.9 將繼續是行業不可或缺的指南針。

常見問答

ASHRAE TC 9.9 是什麼，它的主要職能是什麼？

ASHRAE TC 9.9 是美國暖通空調工程師學會（ASHRAE）下的一個技術委員會，全名為「任務關鍵型設施、資料中心、技術空間和電子設備技術委員會」。其主要職能是制定資料中心環境條件的標準和指南，特別是溫度、濕度和氣流等方面的最佳實踐建議。

ASHRAE TC 9.9 定義了哪些資料中心環境類別？

ASHRAE TC 9.9 定義了四個主要的環境類別：A1（最嚴格，適用於企業級資料中心）、A2（適用於一般商業資料中心）、A3（適用於較寬鬆環境要求的設施）和A4（最寬鬆，通常用於邊緣計算設施）。每個類別都有特定的溫度和濕度範圍要求。

提高資料中心運行溫度有什麼好處？

提高資料中心運行溫度可以顯著降低冷卻能耗，每提高1°C可以節省約2-4%的冷卻能源。同時，更高的運行溫度也增加了使用自然冷卻的可能性，進一步提高能源效率，降低運營成本。

ASHRAE TC 9.9 的指南如何影響IT設備設計？

IT設備製造商會根據ASHRAE TC 9.9的環境類別來設計和測試他們的產品。這些指南影響了設備的散熱設計、元件選擇和環境容忍度。現代IT設備通常會標明其符合的ASHRAE環境類別，幫助資料中心做出採購決策。

液冷技術在ASHRAE TC 9.9指南中的地位如何？

隨著伺服器功率密度的增加，ASHRAE TC 9.9越來越重視液冷技術。委員會發布了專門的液冷指南，涵蓋浸沒式冷卻和冷板式冷卻等技術。這些指南定義了液冷系統的設計標準、冷卻液規格和安全要求，推動了液冷技術的標準化應用。

資料中心如何利用ASHRAE TC 9.9的指南來提高PUE值？

資料中心可以通過以下方式利用ASHRAE指南來改善PUE：採用更寬的溫度設定點，減少過度冷卻；實施冷熱通道隔離，提高冷卻效率；利用自然冷卻機會；根據實際IT負載動態調整冷卻系統；選擇符合較高ASHRAE環境類別的IT設備。

ASHRAE TC 9.9對未來資料中心設計的影響趨勢是什麼？

未來ASHRAE TC 9.9將更加關注：高密度計算環境的熱管理解決方案；邊緣計算設施的特定環境指南；液冷技術的標準化；基於人工智能的動態熱管理系統；以及資料中心的可持續性和全生命週期環境影響評估。這些趨勢將推動資料中心設計向更高效、更可持續的方向發展。