数据中心制冷技术白皮书
数据中心空调系统节能技术白皮书
数据中心空调系统节能技术白皮书目录1. 自然冷却节能应用31.1 概述31。
2 直接自然冷却31。
2。
1简易新风自然冷却系统31。
2。
2新风直接自然冷却51。
2。
3 中国一些城市可用于直接自然冷却的气候数据: 8 1.3 间接自然冷却81.3.1间接自然冷却型机房精密空调解决方案81。
3。
2风冷冷水机组间接自然冷却解决方案121。
3.3水冷冷水机组间接自然冷却解决方案151。
3.4 中国一些城市可用于间接自然冷却的气候数据：16 2。
机房空调节能设计172。
1 动态部件172.1。
1 压缩机172.1。
2 风机182.1.3 节流部件192.1.4 加湿器192.2 结构设计212.2.1 冷冻水下送风机组超大面积盘管设计212.2。
2 DX型下送风机组高效后背板设计222。
3 控制节能222。
3.1 主备智能管理222.3。
2 EC风机转速控制232。
3。
3 压差控制管理232.3.4 冷水机组节能控制管理261。
自然冷却节能应用1.1概述随着数据中心规模的不断扩大，服务器热密度的不断增大，数据中心的能耗在能源消耗中所占的比例不断增加。
制冷系统在数据中心的能耗高达40%，而制冷系统中压缩机能耗的比例高达50%。
因此将自然冷却技术引入到数据中心应用，可大幅降低制冷能耗。
自然冷却技术根据应用冷源的方式有可以分为直接自然冷却和间接自然冷却。
直接自然冷却又称为新风自然冷却，直接利用室外低温冷风,作为冷源，引入室内，为数据中心提供免费的冷量;间接自然冷却，利用水（乙二醇水溶液）为媒介，用水泵作为动力,利用水的循环，将数据中心的热量带出到室外侧。
自然冷却技术科根据数据中心规模、所在地理位置、气候条件、周围环境、建筑结构等选择自然冷却方式。
1。
2直接自然冷却直接自然冷却系统根据风箱的结构，一般可分为简易新风自然冷却新风系统和新风自然冷却系统.1.2.1简易新风自然冷却系统1.2。
1。
1简易新风自然冷却系统原理简易新风直接自然冷却系统主要由普通下送风室内机组和新风自然冷却节能风帽模块组成。
空调技术白皮书
空调设计及合理选用空调设备的主要依据，是空调系统设计优化的基础。
二、如何做到按需供冷？在以往的空调系统设计中，是将空调房间考虑成一个均匀空间，按现场最大需求量来考虑的，采取集中制冷模式，忽视了空间各部分的需要，缺少考虑制冷效率、制冷成本及能源危机的意识。
目前随着科学技术的发展，人们逐渐认识到按需制冷的必要和集中制冷的弊端，这一技术也成为空调系统节能今后的发展方向。
何谓“按需制冷”，按需制冷可以理解为按房间各部分热源的即时需要供冷，将冷媒送到最贴近热源的地方，也就是将制冷方式从房间级制冷转变为机柜级别制冷，最后到芯片级制冷，这也正是机房制冷的发展趋势。
设计时在设备发热高的区域配更多的制冷量，设备发热小的区域分配较少的制冷量，最好能够做到定量分配。
在数据中心还处于小型机房时代，集中制冷也许并不是什么问题，但是到高密度热负荷的大型数据中心的今天，片面地加大空调的制冷能力，希望通过降低整个机房的温度使服务器降温，并不能从根本上解决问题，而且还造成能源的浪费。
APC-MGE提出了以“精密制冷”为核心的、专门针对机柜制冷的机柜级解决方案。
英飞集成系统的In-row制冷单元放在高密度服务器机柜旁边，针对每个热点进行降温，让冷热空气直接在机柜和空调之间以最短的路径循环，从而有效提高制冷效率。
与房间级制冷相比，In-row制冷对冷气的利用率达到70%，并能够处理更高的热负载密度。
In-Row制冷单元的模块化设计，以服务器机柜为中心，可以随着机柜变化。
模块化组合不但能满足不同机房的制冷需求，还能使制冷系统容量随IT负载的变化而变化，节约大部分不必要的电能消耗。
三、数据中心送风方式的选择（上送风or下送风）数据中心内显热庞大，潜热微小的环境导致需要大风量的空调系统。
为了保证数据中心内不同位置的IT设备都能处于适宜的温度和湿度工作条件下，就必须正确设计数据中心的送风和回风的气流组织。
数据中心常采用的送风方式主要有两种：风管上送风方式、架高电地板下送风方式。
数据中心空调系统应用白皮书
数据中心空调系统应用白皮书数据中心空调系统应用白皮书
⒈引言
⑴目的
⑵背景
⒉数据中心空调系统的重要性
⑴数据中心的特性
⑵数据中心的热量排放问题
⑶空调系统在数据中心中的作用
⒊数据中心空调系统的基本原理
⑴制冷循环原理
⑵空调系统组成
⑶关键组件的功能和作用
⒋数据中心空调系统的设计与选择
⑴系统设计考虑因素
⑵空调系统类型比较
⑶空调系统的容量计算
⑷空调系统的能效评估
⑸特殊环境下的空调系统选择⒌数据中心空调系统的部署与管理
⑴空调系统的部署策略
⑵空调系统的安装与调试
⑶空调系统的运维管理
⑷故障排除和维修
⒍数据中心空调系统的未来发展趋势
⑴新技术的应用
⑵绿色环保和能源效率的重要性
⑶智能化的空调系统管理
⑷自动化和自适应控制的发展⒎结论
⑴总结与回顾
⑵对未来的展望
附件：
⒈空调系统选型表格
⒉数据中心热负荷计算工具
法律名词及注释：
⒈数据中心：指用于存储、管理和处理大量数据的设施。
⒉空调系统：指通过冷却和除湿等操作，调节室内空气温度、
湿度和质量的系统。
⒊能效评估：指对空调系统的能耗进行评估和分析，以确定系
统的能效性能。
⒋绿色环保：指在设计和运营中考虑环境友好和资源节约的原则。
⒌智能化管理：指利用先进的传感器、数据分析和自动化技术，提高空调系统的管理效率和智能化水平。
连载1期数据中心蓄冷白皮书
连载1期数据中心蓄冷白皮书NO.011.1数据中心持续供冷的必要性数据中心是为电子信息设备提供运行环境的场所，在数据中心中需要安装数据处理、数据传输和网络通讯等多种IT 设备。
为保障IT 设备正常有效的运转，保障业务顺畅的进行和服务及时的提供，还需要安装为IT 设备服务的电力、空调等相关设备及传输管路。
图1-1 数据中心常用能源示意图数据中心的电力供应，从市电经过变压器，给不间断电源（UPS）供电，UPS后备电池给机柜内的IT设备提供不间断的高品质电力供应。
服务器的散热量，通过机房空调和空调水系统，最终通过室外的冷却塔将室内的电力消耗转化的热量排至室外。
为了应付电力和供水中断，在园区设置一定数量的存水和存油设备，保证整个园区的电力和制冷不间断供应。
2018年，国际正常运行时间协会（Uptime Institute ,UI）发布了《国际正常运行时间协会全球数据中心调查》报告，报告中给出了2016年1月至2018年６月这些数据中心宕机的原因。
其中停电是数据中心宕机的最主要原因，占比高达36％。
导致停电的主要原因是：市电故障、柴油发电机故障、操作失误、飓风、雷击、转换开关间歇性故障、不间断电源（UPS）故障、电涌，以及人为破坏等。
表1-1 数据中心宕机原因尽管数据中心按照UI的等级标准来设计，但依旧存在服务器宕机的风险。
数据中心每次宕机的平均成本损失约为7908美元／分钟。
在所有引起服务器宕机的原因中，由于冷却系统失效造成的宕机占33％，并且有逐年增长的趋势。
冷却系统失效的一个主要原因是故障性停电，当供电出现故障时时，可能会导致冷却系统出现暂时停机。
与此同时，服务器及其它 IT 设备由于采用 UPS，在一段时间内仍保持运转，并继续产生热量。
而冷却系统虽然有柴油发电机作为后备电源，但由于柴油发电机启动需要时间，因此在停电后冷却系统会失效一段时间。
在冷却系统失效的时间内，数据中心的温度会急剧上升，在一段时间后会达到服务器运行的极限温度。
数据中心机房空调系统技术白皮书发布
数据中心机房空调系统技术白皮书发布为推广数据中心空调系统技术、贯彻执行国家标准，由中国工程建设标准化协会信息通信专业委员会（CECS）数据中心工作组牵头组织业内专家编写的《数据中心机房空调系统技术白皮书》日前正式发布。
该白皮书总结了数据中心空调系统的理论和实践经验，阐述了数据中心的环境要求、数据中心的机柜和空调设备布局、数据中心空调方案设计、数据中心高热密度解决方案、数据中心制冷系统发展趋势及机房环境评估和优化等。
数据中心工作组组长、《数据中心机房空调系统技术白皮书》课题技术负责人钟景华表示，此白皮书可用于指导数据中心空调系统的规划和设计。
白皮书正式发布制冷系统是数据中心的耗电大户，约占整个数据中心能耗的30%~45%。
随着绿色数据中心概念的不断深入，制冷系统的节能也逐渐获得业内人士的关注。
编制技术白皮书，有助于推广成熟的空调技术，对相关的热点问题开展探讨和解释。
《数据中心机房空调系统技术白皮书》课题技术负责人钟景华在发布会上表示，经过多次集中讨论和交流，编写组针对白皮书的整体架构和内容做了反复沟通和探讨，根据国内外相关技术标准规范的要求，开展了多次专题研究和调查分析，广泛征求各方面的意见，总结归纳国内外数据中心空调系统在工程应用中的实践经验，经反复修改和专家审查，最终定稿发布。
白皮书的编制原则主要包括三个方面。
一是考虑内容的适应性、覆盖性和全面性。
白皮书要适应当前数据中心的技术发展状况以及未来新技术、新产品的发展情况。
有关数据和资料要与新设备、新材料、新技术、新工艺的发展水平相适应；要覆盖国内各种数据中心的空调系统工程设计、施工和检验环节；纳入成熟的、经过验证的应用方案、方法和设备等；内容体系要完整。
二是以数据中心空调系统方案设计为中心。
侧重设计方案和原则、重要技术方案确实定、参数计算和确定、设备选型与布置等方面的内容，同时防止内容冗杂，通过分类提供相关标准、规范、参考资料的索引，提供深入学习和研究的途径。
数据中心制冷技术白皮书
图2 水冷冷冻水系统
用于数据中心的各种制冷技术
图3
水冷式冷水机组（左侧） 与冷却塔（右侧）举例
通过使用水或空气进行排热，可以将冷水机组分成三大类：
• 水冷式冷水机组，热量被从冷冻水回水传递到冷却水环路并输送到室外大气中。然后，将
风冷式机房空调机组被广泛用于所有大小的 IT 环境中，它们已经成为中小型机房的“主要成 员”。对于风冷式分体型系统，制冷循环有一半的组件位于机房空调器中，其余的位于室外风冷 冷凝器中，如图 6 所示。制冷剂在室内与室外组件间的冷媒管中进行循环。来自 IT 环境中的热 量通过循环的制冷剂被“泵送”到室外大气中去。在这类系统中，压缩机位于机房空机组中。然 而，压缩机也可能位于冷凝器中。当压缩机位于冷凝器中时，对冷凝器正确的说法应该是冷凝机 组，整个系统称为分体式系统。图 7 给出了一个风冷式分体型直膨系统的举例。
组将热量从冷冻水回水传递到乙二醇环路并输送至室外大气中。乙二醇通过管道流向一个 安装在室外的装置，这个装置被称为干冷器，也被称为液体冷却器（见边栏）。风扇迫使 室外空气通过干冷器中充满热的乙二醇的盘管，从而将热量排放到室外大气中去。乙二醇 冷却式冷水机组通常也放在室内。
• 风冷式冷水机组，热量被从冷冻水回水传递到一个被称为风冷冷凝器的装置，这个装置通
IT 设备空调系统的基本原理
空调机的工作原理
第 57 号白皮书《IT 设备空调系统的基本原理》提供了关于 IT 环境的热学特性，制冷循环的运行， 精密制冷以及室外散热设备基本功能的相关信息。
资源链接
第 55 号白皮书 用于 IT 环境不同类型的气流 分配方案
数据中心机房空调系统技术白皮书
数据中心机房空调系统技术 白皮书
Data Center Air Conditioning System Technology White Paper
（试读）
China Data Center Committee Information Communications Expert Commission China Association for Engineering Construction Standardization
本白皮书作为数据中心建设ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ参考文献，技术内容的解释由中国工程建设标准化协会信 息通信专业委员会数据中心工作组负责。在应用过程中如有需要修改和补充的建议，请将有 关资料 Email：dcteam@。
2024版IDC数据中心空调制冷
IDC数据中心空调制冷•空调制冷系统概述•空调设备选型与设计•空调系统安装与调试•空调系统运行维护与保养•空调系统性能评估与优化•空调制冷新技术发展趋势空调制冷系统概述数据中心内温度需保持稳定，通常要求在22-24℃之间，以确保设备正常运行和延长使用寿命。
温度湿度洁净度相对湿度应控制在40%-60%之间，以防止静电和腐蚀等问题。
数据中心内应保持洁净，减少灰尘对设备的影响，通常要求空气洁净度在0.5微米以下。
030201IDC 数据中心环境要求通过制冷剂循环，将室内热量转移至室外，达到降温的目的。
制冷主机用于冷却制冷主机产生的热量，通过水循环将热量带走。
冷却塔/冷却水系统将冷却后的空气通过送风管道送入室内，同时处理室内空气湿度和洁净度。
风机盘管/空气处理机组监测室内环境参数和制冷系统运行状态，实现自动调节和远程控制。
控制系统空调制冷系统组成及原理自然冷却技术利用自然冷源（如室外低温空气或地下水）进行制冷，降低能耗和运营成本。
适用于特定气候条件下的数据中心。
风冷式制冷通过空气冷却制冷主机，适用于小型数据中心或室外环境。
具有结构简单、维护方便等优点，但制冷效率相对较低。
水冷式制冷通过水冷却制冷主机，适用于中大型数据中心。
具有制冷效率高、噪音低等优点，但需要配备冷却塔或冷却水系统。
双冷源制冷结合风冷和水冷方式，根据室内外环境条件自动切换制冷方式。
具有灵活性和高效性等优点，但系统复杂度和成本相对较高。
制冷方式分类与特点空调设备选型与设计制冷量送风温度与湿度能效比（EER ）噪音等级设备参数与性能指标01020304根据数据中心热负荷确定所需制冷量，确保空调设备能够提供足够的冷却能力。
设定合理的送风温度和湿度，以满足数据中心设备运行环境要求。
选择高能效比的空调设备，以降低运行能耗和成本。
确保空调设备运行噪音在可接受范围内，避免对数据中心环境造成干扰。
根据数据中心空间布局，合理规划空调设备的排列方式，确保气流组织顺畅。
数据中心房间制冷方式白皮书
简介2房间级、行级和机柜级制冷2三种制冷方式的比较6结论11资源12点击内容即可跳转至具体章节目录数据中心房间级、行级和机柜级制冷方式的选择数据中心IT 负载所消耗的电能几乎都会变成废热，必须将这些废热排出去以防止数据中心温度过热。
实际上，所有IT 设备都是风冷型设备，也就是说，每台IT 设备都会吸入周围环境的冷空气，再排出热空气。
由于一个数据中心可能包括数千IT 设备，因此数据中心内会有数千条热气流排风路径，它们共同构成了数据中心的总废热，这些废热必须排出去。
空调系统对数据中心的作用就是高效收集这些复杂的废热气流，并将它们排到室外去。
过去，数据中心制冷一直采用周边制冷装置，在高架地板下方分配冷气流，不采取任何形式的气流遏制。
这称为“精确送风、自然回风”的气流分配方法，具体请参见第55号白皮书《用于IT 环境的各种气流分配方案》。
此种方法是并行运行一个或多个空调系统，将冷空气送入数据中心，并吸回机房环境中较热的空气。
这种方式的基本原理是，空调不仅提供原始制冷容量，而且还作为一个大型的混合器，不断搅动混合机房中的空气，使之达到一致的平均温度，以防止热点的出现。
这种方法只有在混合空气所需功耗仅占数据中心总功耗很小一部分时才有效。
模拟结果和经验表明，仅当数据中心平均功率密度为每机柜1~2kW 左右，即323~753 W/m²（30~70 W/ft²）时，该系统才能发挥应有的效果。
虽然可采取各种措施来提高此传统制冷方法的功率密度，但在实际实施时仍有限制。
如需了解更多有关使用传统制冷的限制的信息，请参见第46号白皮书《超高密度机柜和刀片服务器散热策略》。
随着现代IT 设备的功率密度将峰值功率密度提升至每机柜20kW 甚至更高，模拟结果和经验都指出，基于混合空气的传统制冷（无气流遏制）不再能起到有效的作用。
为解决这一问题，在设计数据中心时会采用侧重房间级、行级和机柜级制冷的设计方式。
在这些方式中，空调系统将分别与房间、机柜行或单个机柜集成，以减少空气混合。
数据中心机柜系统技术白皮书
数据中心机柜系统技术白皮书引言随着社会、经济的快速发展，信息数据的作用越来越得到重视。
目前很多企，事业单位已经通过各种信息与通信系统的建设，而拥有了大量的电子信息设施与大规模的信息网络架构。
如何对它们进行更好地运用，发挥其最大的作用，满足业务的不断增长，成为了众多企业最为关心的问题。
因此建立一个稳定、安全、高效的数据中心，将是针对这类问题最为有效的解决方案。
数据中心正在发展成为企业的信息化建设核心，设备、服务和应用的集成使得企业网络真正成熟和高效地运行起来。
近年来，国际数据中心市场发展迅猛，数据存储、交换、互通的过程需求及支撑的设备，数据网络等方面的重大变化已改变了人们对通信枢纽、数据中心和计算机机房等电信基础设施建设的许多设计理念与思路。
企业及运营商的主机设备及其外围支持设备已逐步被高性能的服务器所替代。
基于主机的服务将转变为由分布式服务器完成，这些都为数据中心的设计，建设和运行带来了新的挑战。
这些新的挑战给数据中心的基础建设提出了新的要求，而预制化，集成化和产品化的机柜系统则是这种要求下的必然产品演变。
机柜系统是数据中心重要的组成部分之一。
从机房的功能角度看，它承担了数据中心中的设备的物理承载，决定了设备堆放密度在物理上的可能性，结合布线系统,配电系统,照明系统,安防监控系统为设备的供电,互联互通提供了结构通道和维护上的便利性。
随着数据中心的集约化和大型化，它又同时为机房的可管理性提供基础接口，通过机房气流的再分配，为机房节能减排提供方案。
从机房的外观角度看，机柜系统又是机房外观的主要组成部分之一。
机柜系统的整体性，美观性直接影响机房的整体外观。
从机房的建设角度看，机柜系统自身的完整性，全面性和产品化在较大程度上影响了机房的建设速度和施工质量。
1.1研究的范围本白皮书针对设计人员、安装人员和使用者的需要，详细论述了数据中心机柜系统的构成、产品选择、系统配置、质量构成等方面内容，提出了数据中心机柜系统的发展趋势、规划思路、设计方法和实施指南。
数据中心空调系统应用白皮书
数据中心能耗现状
01
数据中心的能耗问题越来越受到关注，因为它们通常消耗大量 的电力。
02
电力消耗主要来自于IT设备、冷却系统和照明等。
不合理的能耗不仅会增加运营成本，还会对环境造成负面影响
03 。
02
数据中心空调系统技术
传统空调系统技术
01
02
03
直接膨胀式制冷
通过制冷剂的相变过程来 降低数据中心内的温度和 湿度。
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THANKS
绿色空调系统技术
高效节能技术
采用高效的制冷技术和设 备，降低数据中心的能源 消耗。
自然冷却技术
利用自然条件如室外冷空 气、地下水等来降低数据 中心的温度和湿度。
空气源热泵技术
利用空气源热泵来提供冷 量和热量，实现数据中心 的节能减排。
03
数据中心空调系统应用
大型数据中心应用
大型数据中心规模大，通常部 署在气候寒冷或温带地区，以 充分利用自然冷源或降低制冷
数据中心空调系统应用白皮 书
2023-11-04
目 录
• 数据中心概述 • 数据中心空调系统技术 • 数据中心空调系统应用 • 数据中心空调系统挑战与解决方案 • 数据中心空调系统未来趋势 • 数据中心空调系统案例分析
01
数据中心概述
数据中心定义
数据中心是一个集中式存储和计算数据的设施，主要包括服务器、存储设备和网 络设备等。
中小型数据中心对空调系统的灵活性和可维护性要求较高，需要方便地实现设备 安装和维护。
中小型数据中心通常采用风冷、水冷等常规制冷方案，以满足其制冷需求。
边缘计算数据中心应用
边缘计算数据中心规模较小，通 常部署在靠近用户侧的边缘设备 或网络节点上，以提供更快的响
WP136_R2_数据中心基于间接节能冷却模式的高效制冷
版本 2 3
数据中心基于风侧间接节能冷却模式的高效制冷
如果 IT 设备的可靠性和耐受性能够随着时间的推移得到持续改善，并且数据中心运营者能够克 服要求严密控制环境的心理障碍，那么直接新风系统的应用将会更加普遍。第 132 号白皮书《数 据中心制冷系统的节能冷却模式》 对基于风侧直接和间接节能冷却模式的制冷系统优缺点做了 进一步探讨。
3水蒸发时需要热量。由于空气提供了蒸发所需的热量，空气温度随之降低，我们将其称为蒸发潜热。此现象 与我们出汗时，当微风吹过，身体随即感到凉爽是同一道理。
施耐德电气 – 数据中心科研中心
版本 2 5
图4 高效制冷模块中的蒸发 冷却
图5 渐趋宽泛的运行环境
风-风换热器
数据中心基于风侧间接节能冷却模式的高效制冷
室外排风
IT 冷送风 室外进风
IT 热回风
IT 运行环境对节能冷却模式的影响
如今，在大多数数据中心，IT 机房的平均进风温度范围在 18-21˚C（65-70˚F）。许多数据中心 运营者对 IT 机房“可接受”的温度和湿度范围的定义十分保守，因为他们认为必须确保 IT 设备 可靠运行，避免发生早期故障。与此不同的是，ASHRAE TC9.9 最近发布了《2011 年数据处理 环境热指南》4，该指南建议采用更宽泛的运行温度和湿度范围，同时，IT 设备供应商也规定了 更宽泛、可接受的运行参数。图 5 比较了 ASHRAE 最初的建议温度湿度范围、当前的建议温度 湿度范围以及允许限值与现今供应商的典型规格参数。
间接与直接新风 节能冷却模式之 间的比较
如上所述，通过基于风侧直接和间接节能冷却模式的制冷系统均可满足设计原则 2 的要求，即 “数据中心机房内的空气免受室外污染物和过大湿度波动的影响”。但这两种方法又存在着显著 的差异。
数据中心制冷技术
水冷系统工作原理
冷却水循环
01
通过水泵驱动冷却水在系统中循环，将热量从服务器等IT设备
中带走。
热交换
02
冷却水在热交换器中与IT设备产生的热量进行交换，将热量传
递给冷却水。冷却塔散热 Nhomakorabea03
冷却水经过冷却塔时，通过蒸发散热原理将热量释放到大气中
。
水冷系统设计与选型
系统设计
根据数据中心规模、设备布局、散热需求等因素，设计合理的冷 却水循环系统和热交换系统。
结构简单
风冷系统结构相对简单，易于安装和 维护。
初始投资低
相对于液冷系统，风冷系统的初始投 资较低。
风冷系统优缺点分析
• 适应性强：风冷系统可以适应各种气候条件和数 据中心规模。
风冷系统优缺点分析
能耗较高
由于空气的比热容较小，风冷系统需要消耗更多的能量才能达到 相同的制冷效果。
冷却效率受限
在高温、高湿地区，风冷系统的冷却效率可能会受到限制。
利用自然冷源（如外界冷空气、 地下水等）对数据中心进行冷却 ，降低制冷系统能耗。
THANKS
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02
精密空调制冷技术
精密空调工作原理
制冷循环
精密空调通过压缩机、冷凝器、 膨胀阀和蒸发器等组件构成制冷 循环，实现室内热量的有效转移
和排除。
空气处理
空气经过过滤、降温或升温、加湿 或除湿等处理过程，以达到数据中 心对温湿度和洁净度的要求。
智能控制
采用先进的控制系统，实时监测室 内环境参数，并自动调节空调运行 ，确保数据中心环境稳定。
精密空调选型与设计
负荷计算
根据数据中心的设备功率 、人员密度、建筑结构等 因素，精确计算冷负荷， 为空调选型提供依据。
数据中心空调系统应用白皮书
数据中心空调系统应用白皮书数据中心空调系统应用白皮书1：引言1.1 目的本文档旨在介绍数据中心空调系统的应用，包括其原理、技术特点和优势，以及在现代数据中心中的重要性和必要性。
1.2 背景随着信息技术的快速发展，数据中心逐渐成为现代社会中不可或缺的重要设施。
而数据中心中的服务器和设备的高密度集中部署导致了大量的热量产生，因此需要一个高效可靠的空调系统来保障数据中心设备的正常运行。
2：数据中心空调系统的原理与技术特点2.1 空调系统原理数据中心空调系统采用热交换技术，通过循环流动的冷却介质来吸收散发的热量，并将冷却过的空气输送到数据中心的设备区域，保持恒定的温度和湿度。
2.2 技术特点2.2.1 高效能数据中心空调系统采用了先进的制冷技术和热交换技术，能够在高负荷运行情况下保持高效能和低能耗。
2.2.2 高可靠性数据中心空调系统采用多机冗余设计，即使其中一台空调设备出现故障，其他设备仍能正常工作，确保数据中心设备的持续运行。
2.2.3 精准控制数据中心空调系统具备精确的温度和湿度控制功能，能够根据不同的设备和环境条件进行智能调节，以满足数据中心设备的需求。
3：数据中心空调系统在数据中心中的重要性与必要性3.1 温度控制数据中心设备对温度非常敏感，过高或过低的温度都会对设备的正常工作产生不利影响。
数据中心空调系统能够通过精准的温度控制，有效地保持设备工作在正常温度范围内。
3.2 湿度控制数据中心设备对湿度要求也非常严格，过高或过低的湿度都会导致设备的故障或损坏。
数据中心空调系统能够通过湿度控制装置，维持数据中心的适宜湿度，保障设备的正常运行。
3.3 空气净化数据中心空调系统还拥有空气净化功能，通过滤芯等装置能够过滤空气中的微小颗粒、粉尘和有害气体，确保数据中心的空气质量达到标准。
4：附件本文档涉及附件详见附件A。
5：法律名词及注释5.1 数据中心数据中心是指集中存储、管理、处理各种数据的设施，是现代信息技术与通信技术的重要基础设施。
连载3-2期数据中心蓄冷白皮书
连载3-2期数据中心蓄冷白皮书NO.033.2数据中心蓄冷罐本体设计要点3.2 蓄冷罐的布水设计3.2.1 自然分层水蓄冷布水原理及斜温层简介3.2.1.1 水蓄冷系统原理简介水蓄冷系统以空调用的冷水机组作为制冷设备，以蓄冷槽作为蓄冷设备。
蓄冷槽，即蓄冷水所用的容器，包括蓄冷罐、蓄冷水池、蓄冷水箱等。
空调主机在用电低谷时间将低温冷水储存起来，在空调运行的电高峰将储存的冷水抽出使用。
这种工作方式是利用水的显热容来储存冷量，储存冷量的大小取决于蓄冷槽储存冷水的体积和蓄冷温差。
蓄冷温差是指空调负荷回流水与蓄冷槽供冷水之间的温度差，一个好的供冷系统可以通过维持较高的蓄冷温差来储存较多的冷量。
在水蓄冷技术中，关键问题是蓄冷槽的结构形式应能防止所蓄冷水与回流温水的混合。
为实现这一目的，目前常采用自然分层蓄冷、多槽式蓄冷、迷宫式蓄冷和隔膜式蓄冷方法。
其中，自然分层蓄冷方法简单、有效，是保证水蓄冷系统最为经济和高效的方法。
当前数据中心水蓄冷设备中，最常采用的是自然分层型水蓄冷槽。
3.1.1.2 水的两个物理特性水蓄冷技术的实施主要依赖于水的两个物理特性：1）水的密度在0℃到4℃的范围内随温度增加而增加，而在大于4℃时，密度随着温度的增加而减小。
基于水的这一特性，在水流速较低时，即相应的惯性力较低时，由密度差引起的重力能够使水流形成稳定的重力流。
图3-2 水密度随温度变化的曲线2）水的导热系数非常小，在不发生对流、紊流、湍流的情况下，水靠自身相对温差传导的热量非常少。
基于水的这一特性，低温冷冻水进入蓄冷罐时，在不发生对流、紊流、湍流的情况下，无需采取更多的措施就能够保证下层低温水与上层高温水之间不会出现剧烈热交换，蓄冷槽在蓄放冷过程中形成稳定的斜温层，斜温层将热水和冷水阻隔开，达到优质布水效果。
3.1.1.3 布水器性能指标参数根据上述水力学特性，布水器的性能可由弗劳德（Froude）数和雷诺（Reynolds）数决定。
数据中心房间制冷方式白皮书
简介2房间级、行级和机柜级制冷2三种制冷方式的比较6结论11资源12点击内容即可跳转至具体章节目录数据中心房间级、行级和机柜级制冷方式的选择数据中心IT 负载所消耗的电能几乎都会变成废热，必须将这些废热排出去以防止数据中心温度过热。
实际上，所有IT 设备都是风冷型设备，也就是说，每台IT 设备都会吸入周围环境的冷空气，再排出热空气。
由于一个数据中心可能包括数千IT 设备，因此数据中心内会有数千条热气流排风路径，它们共同构成了数据中心的总废热，这些废热必须排出去。
空调系统对数据中心的作用就是高效收集这些复杂的废热气流，并将它们排到室外去。
过去，数据中心制冷一直采用周边制冷装置，在高架地板下方分配冷气流，不采取任何形式的气流遏制。
这称为“精确送风、自然回风”的气流分配方法，具体请参见第55号白皮书《用于IT 环境的各种气流分配方案》。
此种方法是并行运行一个或多个空调系统，将冷空气送入数据中心，并吸回机房环境中较热的空气。
这种方式的基本原理是，空调不仅提供原始制冷容量，而且还作为一个大型的混合器，不断搅动混合机房中的空气，使之达到一致的平均温度，以防止热点的出现。
这种方法只有在混合空气所需功耗仅占数据中心总功耗很小一部分时才有效。
模拟结果和经验表明，仅当数据中心平均功率密度为每机柜1~2kW 左右，即323~753 W/m²（30~70 W/ft²）时，该系统才能发挥应有的效果。
虽然可采取各种措施来提高此传统制冷方法的功率密度，但在实际实施时仍有限制。
如需了解更多有关使用传统制冷的限制的信息，请参见第46号白皮书《超高密度机柜和刀片服务器散热策略》。
随着现代IT 设备的功率密度将峰值功率密度提升至每机柜20kW 甚至更高，模拟结果和经验都指出，基于混合空气的传统制冷（无气流遏制）不再能起到有效的作用。
为解决这一问题，在设计数据中心时会采用侧重房间级、行级和机柜级制冷的设计方式。
在这些方式中，空调系统将分别与房间、机柜行或单个机柜集成，以减少空气混合。
2024年IDC数据中心空调制冷
IDC数据中心空调制冷1.引言随着互联网和大数据技术的飞速发展，数据中心作为信息处理和存储的核心设施，其规模和数量日益扩大。
数据中心运行过程中，服务器等设备的能耗巨大，其中空调制冷系统是保证数据中心稳定运行的关键。
因此，对IDC数据中心空调制冷技术的研究具有重要的现实意义。
2.IDC数据中心空调制冷需求2.1温湿度控制数据中心内部设备对温湿度要求严格，过高或过低的温湿度都会影响设备的正常运行。
空调制冷系统需确保数据中心内部温度控制在一定范围内，同时湿度也要满足设备运行需求。
2.2高效节能数据中心能耗巨大，空调制冷系统作为能耗大户，其能效比直接关系到数据中心的整体能耗。
因此，提高空调制冷系统的能效比，降低能耗，是IDC数据中心空调制冷技术的关键需求。
2.3可靠性与安全性数据中心作为关键信息基础设施，其运行稳定性至关重要。
空调制冷系统需具备高可靠性和安全性，以确保数据中心稳定运行，避免因制冷系统故障导致的数据丢失或业务中断。
3.IDC数据中心空调制冷技术3.1直接膨胀式制冷技术直接膨胀式制冷技术是利用制冷剂在蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀等部件组成的封闭循环系统中，通过相变实现热量传递的一种制冷方式。
该技术具有结构简单、能效比高、可靠性好等特点，广泛应用于IDC数据中心空调制冷。
3.2水冷式制冷技术水冷式制冷技术是利用水作为冷却介质，通过冷却塔、水泵、冷却盘管等设备将热量传递到外部环境中。
该技术具有制冷效果好、能效比高、适用范围广等优点，但占地面积较大，对水源有一定依赖。
3.3风冷式制冷技术风冷式制冷技术是利用空气作为冷却介质，通过风机、散热器等设备将热量传递到外部环境中。
该技术具有结构简单、安装方便、适用范围广等优点，但能效比较低，适用于小型或中小型数据中心。
3.4冷冻水式制冷技术冷冻水式制冷技术是利用冷冻水作为冷却介质，通过冷水机组、冷却塔、水泵等设备将热量传递到外部环境中。
该技术具有制冷效果好、能效比高、适用范围广等优点，但系统复杂，初投资较高。
在整合数据中心时确定供电、制冷和空间容量
在整合数据中心时确定供电、制冷和空间容量版本作者和第号白皮书摘要简介确定现有数据中心的容量标准化的场地评估方式结论资源目录施耐德电气旗下由施耐德电气数据中心科研中心发表，点击内容即可跳转至具体章节在准备进行数据中心整合项目时，需要遵循一定的步骤以便于能够很好地判断整合程度以及哪些设施最适合成为接纳整合后的数据中心。
正如在整合分析过程中需要确定IT 资产、网络带宽、计算能力和虚拟化程度等，准确了解每个物理基础设施的性能同样非常关键。
本白皮书将专门介绍供电、制冷和物理空间等设施。
如果在此期间采用的方法不当，可能导致严重问题，包括总体资源过度规划，或者走向另一个极端，即供电、制冷或空间容量不足以满足用户需要。
在决定哪些数据中心将在整合之后继续使用之前，需要了解当前容量、利用率和未来成长所需的可扩展性。
但是，在许多情况下，这些信息是未知的。
同时，由于给定项目中涉及的数据中心可能在规模、架构、管理和报告结构等方面存在很大差异，因而要指定这些性能似乎是一项棘手的任务。
本白皮书介绍一种简单、实用、标准化的方式来确定数据中心当前状态和未来性能。
在整合项目中确定设施是否适合接纳整合后的数据中心时，对现有数据中心的电源、制冷和空间容量进行评估是相当关键的一步。
但是，当今大部分数据中心运营商都难以回答一些简单的问题，比如：∙ 现有数据中心的设计额定功率 (kW) 多大？∙ 现有数据中心的当前空间容量多大？∙ 现有数据中心内可以使用的总供电和制冷容量多大？ ∙ 现有数据中心内可以使用的供电和制冷分配容量多大？ ∙ 制约现有数据中心增加更多 IT 负载的因素是什么？ ∙ 现有数据中心运行的密度多大？之所以难以回答这些问题，很大程度上是因为没有一种标准化的数据中心物理基础设施容量计算方法。
而且也没有进行合理决策所需的标准设施对比流程。
假设有两个数据中心：一个有富余的总供电 (UPS) 和制冷（排热）容量，但是由于制冷分配较差而在IT 机房空间内存在严重热点；另一个总供电和制冷容量的利用达到极限，但存在有效的气流分配和大量的可用IT 机房空间。
数据中心空调系统应用白皮书
数据中心空调系统应用白皮书一、引言在当今数字化时代，数据中心已成为支撑各行业信息化发展的关键基础设施。
随着数据处理需求的不断增长，数据中心的规模和密度也在迅速扩大，这对其内部的环境控制提出了更高的要求。
其中，空调系统作为保障数据中心稳定运行的重要组成部分，发挥着至关重要的作用。
二、数据中心空调系统的重要性数据中心内的服务器、存储设备和网络设备等在运行过程中会产生大量的热量。
如果不能及时有效地将这些热量排出，设备的温度将会升高，从而影响其性能、可靠性和使用寿命。
高温还可能导致设备故障、数据丢失甚至整个系统的瘫痪，给企业带来巨大的经济损失和声誉损害。
因此，一个高效可靠的空调系统对于维持数据中心的正常运行至关重要。
三、数据中心空调系统的类型（一）风冷式空调系统风冷式空调系统通过风扇将冷空气吹过服务器等设备，将热量带走。
这种系统结构简单，安装方便，成本相对较低，但制冷效率受环境温度影响较大，在高温环境下制冷能力有限。
（二）水冷式空调系统水冷式空调系统利用水作为冷却介质，通过冷水机组将水冷却后输送到空调末端，再将热量带走。
水冷式系统制冷效率高，稳定性好，但系统复杂度较高，安装和维护成本也较高。
（三）冷冻水型空调系统冷冻水型空调系统与水冷式类似，但它直接使用外部提供的冷冻水进行制冷。
这种系统在大型数据中心中应用较为广泛，能够实现较好的节能效果。
（四）风冷冷水机组空调系统结合了风冷和水冷的特点，具有一定的灵活性，但在节能方面相对较弱。
四、数据中心空调系统的设计要点（一）制冷负荷计算准确计算数据中心的制冷负荷是设计空调系统的基础。
需要考虑服务器设备的功率、发热密度、机房布局、通风情况等多种因素。
（二）气流组织优化合理的气流组织能够确保冷空气均匀地分布到设备进风口，热空气顺利排出，提高制冷效率，减少局部热点的出现。
（三）冗余设计为了保证空调系统的可靠性，通常需要进行冗余设计，例如采用N+1 或 2N 的冗余配置，确保在个别设备故障时系统仍能正常运行。
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空调机的工作原理
第 57 号白皮书《IT 设备空调系统的基本原理》提供了关于 IT 环境的热学特性，制冷循环的运行， 精密制冷以及室外散热设备基本功能的相关信息。
资源链接
第 55 号白皮书 用于 IT 环境不同类型的气流 分配方案
资源链接
第 130 号白皮书 数据中心行级和机柜级制冷 架构的优势
目录
点击内容即可跳转至具体章节
简介
2
各种排热方式
2
制冷系统各种选项
14
结论
15
资源
16
用于数据中心的各种制冷技术
简介
资源链接
第 11 号白皮书 IT 环境中制冷和空调术语解释
数据中心排热是所有关键 IT 环境处理中最为基本而又最少为人所了解的内容之一。由于最新的 计算设备变得越来越小，而耗电量则与其所替代的设备相同甚至更高，数据中心会有更多的热量 产生。精密制冷和排热设备用于收集热量并将其输送至室外大气中。
各种排热方式
有 13 种基本的排热方法可以用于冷却 IT 设备并将这些废热排至室外大气。几乎所有关键任务机 房和数据中心进行冷却都是用这些方法中的一个或者多个。其中一些排热方法将制冷循环的组件 迁往远离 IT 环境的地方，另一些排热方法则增加一些额外的水与其它流体环路（自封闭管道） 来帮助排热。
我们可以认为排热是一个将热量从 IT 环境“迁移”至室外环境的一个过程。这个“迁移动作” 可以简单看成是利用风管将热量“输送”至位于室外环境的制冷系统。然而，这个“迁移动作” 通常是通过使用一个热交换器将热量从一种流体传递到另一种流体（比如从空气传递到水）来完 成的。图 1 简化说明了这 13 种排热方法，利用室内与室外作为两个主要热量“迁移”点。位于 室内与室外两点间的“热传递流体介质”表示的是用于两点之间携带热量的流体（液体或气体）。
本文解释了旨在将热量从 IT 环境输送至室外大气中的 13 种制冷技术及它们的组件。以本文所提 供的信息为基础，IT 专员能够成功的管理 IT 环境制冷系统的规格选择、安装和运行。对于本文 所使用的各种术语的定义，请参考第 11 号白皮书《IT 环境中制冷和空调术语解释》。
资源链接
第 57 号白皮书
图1
13 种基本的排热方法 示意图
用于数据中心的各种制冷技术
注意到在室内或室外可能有不止一次热交换，比如室内采用乙二醇冷却的 CRAC(例如机房空调 机组)时，或室外采用冷水机组时。同样也可以注意到这些系统中的每个系统都可以配置成具有 自然冷却运行模式。接下来将详述使用这些方法的系统以及各自的热量传递方式。
室内热交换或 热传递
热传递 流体介质
空气处理装置 冷冻水
泵循环制冷剂 热交换器
冷冻水
室外热交换或 热传递
冷水 机组*
冷却塔 干冷器 冷凝器
风冷式
制冷剂
机房 空调机组
乙二醇冷却式 乙二醇
机房空调机组
冷却水式
冷却水
机房空调机组
风冷一体型 空气
冷凝器 干冷器 冷却塔 风管
风管
空气
数据中心 室内外分界线
全新风直接蒸发冷却式机组 空气间接蒸发冷却式机组
冷却水环路与冷却塔通常不是为了水冷机房空调系统而单独安装。它们通常是更大系统的一部分， 用来为自建筑舒适性空调系统（为冷却人员）排热。
室外一体式制冷机组
*注意有些情况下冷水机组安装在室内
冷冻水系统
图 1 的第一行描述的是一个机房空气处理装置（又称为 CRAH）与冷水机组的组合。这种组合通 常称为冷冻水系统。在冷冻水系统中，制冷循环的组件被从机房空调系统迁移到了如图 2 所示的 水冷冷水机的设备中。冷水机组的功能是制造冷冻水（水被冷却到大约 8-15°C [46-59°F]）。冷 冻水通过管道被泵送至位于 IT 环境中的机房空气处理装置。机房空气处理装置与机房空调机组 外观上相似，但原理不同。它是通过将来自机房的热空气通过充满循环冷冻水的盘管来进行冷却 空气的（排热）。来自 IT 环境的热量随着 CRAH 中的冷冻水（如今已经变热）流出并返回到冷 水机组。然后，冷水机组将变热的冷冻水中的热量传递到另外一侧的冷却水循环中，冷却水将流 经冷却塔。
从图 2 可以看出，冷却塔是通过将热的冷却水喷洒到位于塔顶的海绵体材料（被称为多孔介质） 将来自 IT 环境的热量排到室外环境中。喷洒出来的冷却水在滴落并流向冷却塔（风扇被用来吸 收来自多孔介质的空气以帮助加快水分的蒸发） 底部时，将有一部分被蒸发掉。这与人体通过 汗液蒸发来冷却相类似。从冷却塔蒸发掉的那一小部分水可以将剩余的水温度降的更低。被冷却 的水将在冷却塔底部被收集起来并通过一个泵组送回到冷却水循环中。
制冷系统结构
一种制冷架构可以从根本上描述成：
1. 一种特定的排热方法 2. 一种特定的气流分配方案 3. 为 IT 设备直接提供冷风的冷却装置的位置
为了提供关于整个数据中心制冷系统的信息， 下文将对以上三个基本元素进行简单描述并附有 它们所参考的白皮书。
排热 排热是本文的主题。
气流分配 气流分配是制冷系统中非常重要的一部分，因为它大大影响制冷系统的整体性能。第 55 号白皮 书《用于 IT 环境不同类型的气流分配方案》描述了用于数据中心与网络机房 IT 设备冷却的九种 基本气流分配方案。
用于数据中心的各种制冷技术源自> 摘要有 13 种基本的排热方法可以用于冷却 IT 设备并将这些 废热排至室外大气。本文使用了基本术语与图表阐述这 些制冷技术的基本原理。在这些方法中，有 11 种将制 冷循环作为主要的冷却手段。泵循环制冷剂系统将 IT 设备与主要的排热系统进行隔离。将直接与间接空气换 热作为主要制冷手段的方法依赖于室外气候条件，在气 候适宜的地区具有较好的能效。本文提供的信息使 IT 人员能够更多地参与可更好地符合 IT 目标的精确制冷 解决方案的制定工作。
冷却装置的摆放位置 本文将冷却装置定义成为 IT 设备提供冷风的装置。冷却装置有四种基本摆放位置。通常，冷却 装置同其它的散热设备是分离的。有些时候，整个制冷架构是“集装箱式的”并且放置在室外， 紧靠数据中心。冷却装置的摆放位置在数据中心设计工程中起到重要的作用，包括总的制冷效率， IT 功率密度（kW/机柜）以及 IT 机柜空间的使用。参考第 130 号白皮书《数据中心行级和机柜 级制冷架构的优势》可以获得更多的信息。