数据中心的几种冷却方式

数据中心的几种冷却方式

大量的数据中心关注冷却和湿度控制，大部分关心能耗，一些注重工作负载管

理和性能优化，其他的关心数据中心设计和布局。本文主要研究现代数据中心

丰富的冷却和湿度控制方式：

免费冷却

密封冷却

非集成加湿

露点湿度控制

蒸发或绝热冷却

更高的运行温度

紧耦合或者热源冷却

智能互联的冷却系统

烟囱式机柜和天花板风道

以上大部分措施的重点都在于：通过提高运行温度，利用环境空气和针对

性的空气进行冷却，而不再是将整个数据中心降到不必要的低温，最终实现节

省能源的目的。

紧耦合或热源冷却

紧耦合冷却方式通过贴近热源来实现更有效的运作。这不算什么新东西——问问老的大型机操作员或任何笔记本电脑设计人员就知道了。虽然紧耦合冷

却在数据中心里面还是“主流”，但是更新的方法在满足能源效率的需求方面往

往做得更好，并获取更多关注。它的工作方式很简单：消耗能源来将大量的空

气吹入地板下的空间或者导风管，然后又将这些空气拉回至空调。

更有前途的技术包括浸入式冷却：将服务器整个浸泡在矿物油里，以便使

用最少的能耗获得极高的冷却效率。但是技术人员需要对内外布满了石油的服

务器进行处理时，心里会怎么想?显然这种冷却方式并不是适合所有场景。

后门冷却器被人们接受的程度也非常高，部分也是因为水冷方式重新受

到关注。如果将巨大的机房空调系统取消，改用贴近设备的新型冷却方式的话，相信数据中心行业会运行得比现在更好。教育背景和希望与众不同的个人意愿

或许会促生新案例，但成本和电源可用性的矛盾将决定最终结果。

更高的运行温度

美国供暖、制冷和空调工程师协会(ASHRAE)在2008年就第一次发表了关于较高温度数据中心的建议，但并未引起注意。服务器不需要冷藏。即使入口

空气温度达到华氏75到80°F(摄氏25至27°C)，这些设备仍然能维持良好运作。服务器制造商实际上已经扩展了产品的运行温度范围，而且旧设备其实也

和新设备一样能够在扩展的温度区间内运行。提高运行温度可以大幅度节省能

源消耗，但人们首先需要认可这种处理方式，然后同意让热通道变得更热——

想像一下100°F (38°C)的温度怎样?这会刺激后门冷却器的应用和普及。

免费冷却

更高的运行温度通常也会让免费冷却系统一起受益。在ASHRAE 90.1-2010指导文件中，免费冷却几乎是一项节约能源的强制要求，必将被普遍运用。节能改造的资本投入会部分地抵消运营成本节约的好处。但在改造或升级的同

时实现免费冷却也是技术和投资上的挑战。预计未来两年内将出现新的标准，

使免费冷却更具可行性。靠近水源的免费冷却将可能会更具优势，但我们将会

看到更多类似日本Kyoto Wheel的空气冷却案例。最终，数据中心运营商将能

够在超出以前预计的更多气候条件下采用免费冷却措施，这部分是因为更高运

行温度的贡献。

蒸发或绝热冷却

虽然使用蒸发方式制冷的科学原理简单，并正在逐渐流行，但它对于大多

数数据中心操作人员而言仍然显得新奇。绝热冷却通过降低封闭环境中的某种

物质运行的压力来实现冷却，让这些物质沸腾如同岩浆涌上火山表面，同时用

风带走山峰上的高温。绝热冷却在温暖、干燥的气候中仍然有效，这大大拓宽

了一年中能够“免费冷却”的有效期。其主要的缺点是用水量有些多，但在同等

冷却量的情况下，它所需的冷却水仍然比标准冷却塔要少很多。

密封冷却

密封措施也无法解决由于错误的冷却规划、空气流动不充分或冷却能力引起

的过热问题。最新的国家防火协会商业标准(NFPA-75)可能会使密封冷却的方

案更难实现。对喷淋和(或)气体灭火系统的改造将大大增加成本。除了要尽力

避免错误的实施外，日常优化也很重要：在未使用的机架空间一定要安装盲板，架空地板上的孔洞要及时封堵，地板下面影响通风的线缆也要做好清理。

烟囱式机柜和天花板风道

使用天花板上方的空间形成的风道将空气传输给机房空调系统，确保回风

以最高的温度返回空调冷却盘管，可以显著增加精密空调系统的冷却能力。结

合了吊顶风道和热通道措施的最终设备形式就是烟囱式机柜，可以获得最大的

冷却效率。来自服务器群的高温废气从机柜后部的烟囱排出，然后直接通过吊

顶天花板上方的风道回到空调设备中。整个过程中热空气和冷空气保持分离，

所以可以保持很高的能效比。

虽然效果明显，但是烟囱式机柜并没有获得大力推广或被广泛接受。这可

能是因为全密封式的设计灵活性更好，可以使用更多的机柜实现相同的效果。

然而，烟囱式机柜可以让整个房间维持冷通道温度，让工作环境变得更加舒适。