数据中心的几种冷却方式
数据中心常见的制冷方式__概述及解释说明
数据中心常见的制冷方式概述及解释说明1. 引言1.1 概述数据中心是现代社会不可或缺的基础设施，用于存储、处理和传输大量的数据。
然而，随着计算机和服务器的不断发展，它们所产生的热量也越来越多，对数据中心进行有效的制冷成为了一项迫切需要解决的问题。
各种制冷方式因此应运而生，以确保数据中心能够正常运行并保持理想的工作温度。
1.2 文章结构本文将首先对常见的数据中心制冷方式进行概述及解释说明。
然后在接下来的章节中详细介绍每种制冷方式的原理、应用以及优缺点，并进行比较与分析。
最后，文章将展望未来发展趋势并给出结论。
1.3 目的本文旨在提供关于数据中心常见制冷方式的全面介绍，并对每种方式进行详细解释说明。
读者可以通过本文了解到不同制冷方式之间的差异和适用场景，帮助其选择合适的方案来满足自己数据中心制冷需求。
同时，本文也为进一步研究和改进数据中心制冷技术提供了一定程度的参考。
2. 常见的制冷方式2.1 空调制冷方法空调制冷是目前使用最广泛的一种数据中心制冷方式。
它采用了压缩循环制冷系统，利用制冷剂进行热量的吸收和释放。
该方法通过将新鲜空气进入数据中心并经过过滤、降温后供应给设备以保持其正常工作温度。
在此过程中，空调系统将热量排出建筑物外部或转移到其他区域。
2.2 液冷制冷方法液冷制冷方法是另一种常见的数据中心制冷技术。
与空调制冷不同，液冷系统通过将液体直接引入数据中心设备或机架内部来实现散热。
这些液体可以是水或者具有良好热传导性能的液态金属（如液态铜）等。
利用此方法，数据中心可以更高效地移除设备产生的热量。
相较于空调制冷方式，液态散热具有更高的换热效率和更少的能量消耗。
2.3 相变材料制冷方法相变材料制冷是一种新兴而有潜力的数据中心制冷技术。
相变材料是一种可以在特定温度范围内完成相变（如固态到液态）的物质。
当相变材料吸收热量时，它会发生相变并储存大量的热能。
而当环境温度下降时，相变材料会释放储存的热量从而保持设备的正常工作温度。
浅谈数据中心冷却技术
目录0102在此背景下，应用液冷技术和液冷服务器等设备的液冷数据中心应运而生，为数据中心的冷却提供了新的解决思路。
数据中心概念图-图源网络液冷是指使用液体取代空气作为冷媒，为发热部件进行换热，带走热量的技术。
液冷技术的高效制冷效果有效提升了服务器的使用效率和稳定性，同时使数据中心在单位空间布置更多的服务器，提高数据中心运算效率，兼具能降噪的优势，余热利用也可以创造更多经济价值。
本文将从液冷技术分类、液体冷却剂（冷却液）及室外冷源三方面为大家做科普。
当前液冷技术主要包括浸没式、喷淋式、冷板式及热管技术等类型，本节主要介绍上述4种液冷技术的系统组成和运行过程。
01 浸没式液冷技术浸没式液冷技术通过浸没发热器件，使得器件与液体直接接触，进行热交换。
根据介质是否存在相态转变又可分为浸没式单相液冷和浸没式相变液冷。
在单相浸没式液冷中，介电冷却液保持液体状态。
电子部件直接浸没在液体中，液体置于密封但易于触及的容器中，热量从电子部件传递到液体中。
通常使用循环泵将经过加热的冷却液流到热交换器，在热交换器中冷却并循环回到容器中。
冷却液在循环散热过程中始终维持液态，不发生相变。
低温冷却液带走热量后，温度升高，升高的冷却液流动到其它区域后重新冷却完成循环。
单相液冷要求冷却液的沸点较高，这样冷却液挥发流失控制相对简单，与IT设备的元器件兼容性比较好，不需要频繁补充冷却液，还可以更轻松地卸载或更换服务器组件，提高了系统的可维护性，但相对于相变液冷其散热效率要低一些。
热管冷却是利用工质的相变来强化换热，实现高效散热的目的。
热管冷却系统一般由密闭容器、毛细结构、冷却介质构成，其热量传递过程可以分为蒸发段、绝热段和冷凝段，三个部分。
工作原理为处于饱和状态的冷却介质储存于储液器中，储液器与电子设备接触，冷却介质吸收电子设备的热量蒸发汽化后在微小的压差下流向温度较低的冷凝段，释放热量之后又凝结成液体，该液体在毛细力作用下重新回流到储液器内，形成循环。
数据中心常见冷却方式介绍(4)：双冷源精密空调机组
数据中心常见冷却方式介绍（4）：双冷源型精密空调系统数据中心机房内部温湿度环境的控制要依靠室内空调末端得以实现，机房空调具有高效率、高显热比、高可靠性和灵活性的特点，能满足数据中心机房日益增加的服务器散热、湿度恒定控制、空气过滤及其他方面的要求。
随着不同地域PUE的严苛要求以及高密度服务器的广泛应用，数据中心新型的冷却方式被越来越开发及使用。
下面分别介绍几种数据中心传统与新型的冷却方式。
1. 双冷源精密空调系统组成
双冷源精密空调配置两套不同/独立的制冷盘管组成，本文主要介绍风冷直接蒸发式/冷冻水型双冷源精密空调机组，机组组成如下图所示。
机组主要由框架、室内EC风机、控制系统、进出风温湿度传感器、冷冻水盘管、电磁两通调节阀（电动球阀）、冷冻水管路；氟利昂蒸发器盘管、冷凝器盘管、压缩机、节流阀、干燥过滤器、氟利昂管路等组成。
图1 双冷源精密空调机组结构图
2.系统运行控制原理图
该机组由风冷直接蒸发制冷系统和冷冻水盘管组成。
机组正常运行时优先使用冷冻水系统，当冷冻水系统无法满足制冷需求（回风温度、出风温度持续偏高）或冷冻水系统故障（冷冻水中断、冷冻水供水温度持续偏高）时，机组控制器自动启动风冷直接蒸发制冷系统。
水冷双冷源系统与风冷双冷源系统结构类似，只是冷凝器的冷却方式不同，具体差异可查看前几篇文章。
3.产品特点及应用
（1）一般核心IT设备机房会配置双冷源精密空调，提高制冷的连续性。
（2）设备投资成本较高，提高了制冷安全系数。
（3）由于在同一框架内安装两套盘管，体积较大，设备重量较大，对空间及荷载有较高要求。
数据中心常用的制冷项目解决方案V111
数据中心常用的制冷项目解决方案V111随着云计算和大数据等技术的快速发展，数据中心的数量和规模也在不断扩大。
在数据中心的运营中，制冷系统是非常重要的一部分，它不仅关系到设备的稳定运行，还直接影响能源消耗和成本。
为了满足数据中心的制冷需求，我们提出了一种常用的制冷项目解决方案V111。
关键词：数据中心、制冷项目、解决方案、V111在数据中心的运营中，制冷系统是不可或缺的一部分。
传统的制冷系统通常采用风冷、水冷和间接液体冷却等方式，但是这些方式在冷却效率、能源消耗和成本等方面存在一些问题。
为了解决这些问题，我们提出了一种常用的制冷项目解决方案V111。
V111制冷项目解决方案采用了先进的间接液体冷却技术，可以将数据中心的PUE值降低到1.05以下，从而大大提高冷却效率和能源利用率。
同时，该方案还采用了智能控制系统和节能模式，可以根据实际需要自动调节冷却流量和温度，从而进一步降低能源消耗和成本。
V111制冷项目解决方案具有以下优点：1、冷却效率高：采用间接液体冷却技术，冷却效率比传统风冷、水冷方式更高。
2、能源消耗低：智能控制系统和节能模式可以自动调节冷却流量和温度，从而降低能源消耗和成本。
3、维护方便：采用模块化设计，便于安装和维护。
4、环境适应性强：可以在不同的环境和气候条件下运行，适应性强。
5、可扩展性好：可以灵活扩展制冷容量，满足未来业务发展的需求。
在实际应用中，V111制冷项目解决方案已经得到了广泛的应用。
例如，某大型互联网公司的数据中心采用了该方案，将PUE值降低到了1.05以下，每年可以节省大量的能源成本。
该方案还具有灵活扩展的特点，可以满足未来业务发展的需求。
总之，V111制冷项目解决方案是一种先进、可靠、经济的数据中心制冷方案，具有广泛的应用前景。
随着云计算和大数据等技术的不断发展，数据中心的规模和数量将会不断扩大，V111制冷项目解决方案将会成为未来数据中心制冷领域的重要发展方向。
数据中心冷却系统
间接接触式冷却通常采用空气或其他气体作 为冷却介质，将服务器等设备的热量通过热 交换器传递给冷却介质，然后通过空气或气 体循环将热量排出数据中心。同时，间接接 触式冷却也可以采用水冷或氟利昂等液体作 为冷却介质，通过热交换器将设备热量传递 给液体冷却介质，然后通过水泵或制冷剂循
环将热量排出数据中心。
提高设备性能
良好的冷却系统可以保证数据中心内的设备在适宜的温度下运行，这有 助于提高设备的性能和稳定性，从而提升整个数据中心的运行效率。
03
降低能耗
高效的冷却系统能够有效地降低数据中心的能耗，这对于节能减排、降
低运营成本具有重要意义。
数据中心冷却系统的历史与发展
历史
数据中心冷却系统的发展可以追溯到上世纪90年代，当时的 数据中心主要以大型机为主，需要大量的冷却散热。随着计 算机技术的发展，数据中心的规模不断扩大，对冷却系统的 需求也不断增加。
数据中心冷却系统
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目录
• 数据中心冷却系统概述 • 数据中心冷却系统的种类与技术 • 数据中心冷却系统的设计与优化 • 数据中心冷却系统的挑战与解决方案 • 数据中心冷却系统的发展趋势与未来展望
01
数据中心冷却系统概述
Chapter
定义与特点
定义
数据中心冷却系统是指用于降低数据中心内部设备 温度的专门系统，它通常由一系列冷却设备和部件 组成，如制冷设备、冷却塔、水泵、管道等。
智能化与自动化在冷却系统中的应用
智能传感器与控制器
在冷却系统中集成智能传感器和控制器，实现对数据中心温度、湿度的实时监 测和控制。
自动化调度与优化
通过自动化技术实现对冷却系统的实时调度和优化，以适应数据中心不同负载 和环境条件。
数据中心间接蒸发自然冷却技术原理、结构、分类和应用
数据中心间接蒸发自然冷却技术原理、结构、分类和应用数据中心制冷技术历经风冷直膨式系统、水冷系统、水侧自然冷却系统及风侧自然冷却系统等时期，节能技术逐步发展。
目前大型数据中心应用的间接蒸发自然冷却方式，与传统新风自然冷却及冷冻水冷却系统相比，具有室内空气不受室外环境空气质量的影响、喷淋加湿空气不会影响室内湿度、过滤器维护成本低、耗水量少、节能水平高等特点和优势。
（仅为示意图，不对应文中任何产品）一：蒸发冷却技术分类数据中心常用节能方式：蒸发冷却技术分类：二：间接蒸发自然冷却技术原理和结构1、间接蒸发冷却技术原理间接蒸发冷却作为蒸发冷却的一种独特等湿降温方式，其基本原理是：利用直接蒸发冷却后的空气(称为二次空气)和水，通过换热器与室外空气进行热交换，实现新风(称为一次空气)冷却。
由于空气不与水直接接触，其含湿量保持不变，一次空气变化过程是一个等湿降温过程。
间接蒸发冷却原理示意图2、间接蒸发冷却机组结构间接蒸发系统由喷淋装置、换热芯体、室内风机、室外风机、机械制冷补充装置、控制系统等组成。
三：间接蒸发自然冷却系统运行模式蒸发冷却基于干湿球温差制冷，注重环境干球温度和湿球温度，主要存在三种工作模式：1. 间接风风换热自然冷却模式（室外＜18℃）在冬季室外温度低的情况下，上部室外侧气流进入机组。
首先进行空气过滤。
因为室外空气温度低，无需绝热蒸发所产生的制冷量足够在换热器内冷却服务器机房回风。
经过换热器后，吸收热量的室外空气回到上部，由室外侧EC 风机墙排放到室外。
在机组下部分，机房内部的热回风首先经过过滤，在热交换器中和室外空气进行热交换。
冷却后的机房回风，经过室内侧EC 风机墙被送入服务器机房。
干模式运行示意图2. 间接蒸发自然冷却模式（干球温度＞18℃，湿球温度＜18℃）在春秋季室外温度较低的情况下，上部室外侧气流进入机组。
首先进行空气过滤。
因为室外空气温度不够低，需要通过高压微雾喷淋进行绝热蒸发制冷的来补充制冷量。
详解数据中心冷却方式及其工作原理
新型高效散热技术发展趋势
液体冷却技术
随着服务器功率密度的提高，传 统的风冷方式已无法满足高热流 密度芯片的散热需求，液体冷却 技术如浸没式冷却和冷板式冷却
等逐渐受到关注。
热管技术
热管利用工质的相变原理进行热 量传递，具有高效、可靠、无需 外部动力等优点，适用于高热流 密度和小型化数据中心的散热。
热电制冷技术
液体冷却优缺点分析
01
系统复杂性
液体冷却系统相比空气冷却系统更为复杂，需要更多的设备和管道来支
持冷却液的循环流动。
02
维护成本较高
液体冷却系统的维护成本相对较高，需要定期检查和更换冷却液，清洗
管道和设备等。
03
潜在泄漏风险
虽然现代液体冷却系统采用了高密封性的设计和高质量的材料，但仍存
在潜在的泄漏风险。一旦发生泄漏，可能会对数据中心设备造成损坏或
01
03
通过综合运用高效散热技术、智能化监控和运维管理 以及绿色环保理念，可以构建高效、可靠、绿色的数
据中心，为数字经济的可持续发展做出贡献。
04
绿色环保理念是数据中心发展的重要趋势，需要关注 可再生能源利用和废热回收技术等环保技术的应用。
THANKS 感谢观看
VS
评估方法
通过实验测试和数值模拟等手段，对双工 质冷却系统的性能进行评估和优化。
双工质冷却优缺点分析
优点
散热效率高，适用于高热流密度场景；节能 环保，符合绿色数据中心发展趋势。
缺点
系统复杂度高，维护成本较高；对工作环境 温度和湿度有一定要求。
05 冷却方式选择与设计考虑因素
数据中心规模与布局
工作流程
高温热源加热蒸发器中的低沸点工质，使其蒸发并吸收热量；蒸发的低沸点工质进入冷凝器，被冷却水或 空气冷却后凝结成液体，释放热量；同时，高沸点工质在冷凝器中吸收低沸点工质释放的热量并蒸发；高 沸点工质蒸汽进入压缩机，被压缩升温后回到蒸发器，完成一个循环。
数据中心应用风冷型系统和冷冻水型系统之比较与分析
数据中心应用风冷型系统和冷冻水型系统之比较与分析数据中心是一个集中存储和处理大量数据的设施，因而产生大量的热量。
为了保持数据中心运行的稳定和高效，散热和冷却是一个重要的考虑因素。
目前，在数据中心中，风冷型系统和冷冻水型系统是两种主要的散热和冷却方法。
本文将比较和分析这两种系统的优缺点。
1.适用范围风冷型系统适用于小型数据中心或较小的设施，因其便携性和易安装的特点。
它通过使用风扇将空气吹过散热器，通过空气散热的方式来冷却设备。
这种系统操作简单方便，适用于那些不需要极高冷却要求的设备。
而冷冻水型系统适用于大型数据中心或对温度要求更高的设施。
它通过使用冷冻水来吸收设备产生的热量，然后通过冷却器来冷却水再循环使用。
这种系统需要较长的安装时间和更多的基础设施，适用于那些需要高效冷却的大型设备和多台服务器。
2.散热效率冷冻水型系统在散热效率方面具有优势。
因为冷冻水的导热性更好，可以更快速和均匀地吸收和抽出设备产生的热量。
同时，冷冻水型系统可以在夏季或高温环境下提供更稳定和可靠的温度控制。
而风冷型系统的散热效率相对较低。
由于其依赖于空气散热，所以在高温环境下散热效果会下降。
并且，由于空气的导热性较差，所以风冷型系统对空气的流动要求较高，需要更多的风扇来保持散热效果。
因此，在散热效率上，冷冻水型系统更优越。
3.能耗由于风冷型系统不需要额外的冷却设备，所以在能耗方面更加节省。
而冷冻水型系统需要使用冷却器、泵等额外的设备，因此能耗较高。
但值得注意的是，在大型数据中心的情况下，冷冻水型系统能够通过优化水循环系统来进一步降低能耗。
4.维护成本风冷型系统由于操作简单，维护成本相对较低。
因为其不需要额外的冷却设备，所以没有额外的维护要求。
但是，由于依赖于外部空气流动，因此需要进行定期清洁和维护，以防止灰尘和杂质对散热效果的影响。
冷冻水型系统由于引入了额外的冷却设备，维护成本相对较高。
冷却器、泵等设备需要定期检查和维护，以防止故障和泄漏。
数据中心常见冷却方式介绍(5)：冷冻水型AHU空调机组
数据中心常见冷却方式介绍（5）：AHU风墙空调数据中心机房内部温湿度环境的控制要依靠室内空调末端得以实现，机房空调具有高效率、高显热比、高可靠性和灵活性的特点，能满足数据中心机房日益增加的服务器散热、湿度恒定控制、空气过滤及其他方面的要求。
随着不同地域PUE的严苛要求以及高密度服务器的广泛应用，数据中心新型的冷却方式被越来越开发及使用。
下面分别介绍几种数据中心传统与新型的冷却方式。
1. AHU风墙空调系统组成AHU（Air Handle Unit）组合式空调箱:主要是抽取室内空气(return air) 和部份新风以控制出风温度和风量来并维持室内温度。
AHU机组组成如下图所示。
机组主要由框架、两到多组冷冻水盘管、室内EC风机、电磁两通调节阀、控制系统、进出风温湿度传感器、室外新风温湿度传感器、室外新风调节阀、室内回风调节阀、加湿系统、冷冻水管路等组成。
图1 AHU机组结构图2. 运行原理2.1 AHU风墙空调本体两种运行模式第一种模式为内循环模式，AHU机组放置在空调机房，侧送风至主机房，冷却IT服务器，热排风经热通道顶部设置的回风口进入吊顶静压箱，回至空调机组。
每台AHU机组配有空气过滤段，多个冷冻水盘管，多个EC风机，控制单元。
第二种运行模式为风侧自然冷却模式，AHU机组放置在空调机房，侧送风至主机房，冷却IT服务器，热排风经热通道顶部设置的回风口进入吊顶静压箱，根据室外空气焓值（温度、湿度计算得出）控制新风、回风、排风的比例，充分利用室外新风，节约能源。
图2 AHU系统原理图2.2 AHU风机转速控制逻辑送风机转速控制主要依据是AHU回风温度进行转速调速，当控制器检测到回风温度升高后，控制器将发指令让风机转速提高，同时根据监测到的送风静压值异常时可晋级停止风机运转。
空调检测到的实际的回风温度与设定的回风温度的差值作为风机转速调节的依据。
图3 风机转速控制逻辑2.3 AHU电磁两通阀控制逻辑冷冻水流量控制主要依据为空调的送风温度，当送风温度高于送风温度设定值时增大水流量；当送风温度低于送风温度设定值时减小水流量；冷冻水流量的控制也可以设为依据远程IT机房的温度值控制。
绿色高能效数据中心散热冷却技术研究现状及发展趋势
3、智能化管理助力数据中心发 展
智能化管理是未来数据中心发展的重要趋势。通过采用智能化管理系统和技 术手段可以实现对数据中心的全面监控和管理从而提高了数据中心的可靠性和稳 定性同时还可以提高数据中心的效率。智能化管理不仅可以提高数据中心的运营 效率还可以为未来的发展提供更多机会。
总之随着科技的不断进步和社会需求的不断变化数据中心将会继续发挥重要 作用并在未来发展中不断创新和完善。
目前，数据中心的散热冷却技术主要分为五类：空调制冷、新风制冷、间接 液冷、直接单相液冷、直接两相液冷。
空调制冷技术是最为传统和成熟的散热方式，通过空调对空气进行冷却，然 后再通过空气对设备进行散热。这种技术的优点是简单易行，成本较低，但能源 消耗较大。新风制冷技术则是利用自然界的冷空气，通过换热器将数据中心的热 量带走，具有节能环保的优点。但这种方法受地理位置和气候影响较大。
5、生命中往往有很多无言以对的时刻，不是所有的是非都能辩明，不是所 有的纠葛都能理清，有时沉默就是我们最好的回答和诠释。早安！
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二、数据中心发展趋势
1、云计算推动数据中心发展
云计算是未来信息技术发展的重要方向，它可以将计算、存储和应用程序等 服务通过互联网提供给用户。这种模式的出现将使得数据中心的规模进一步扩大， 同时也将推动数据中心技术的不断创新和发展。
2、绿色数据中心成为未来发展 方向
面对日益严重的能源危机和环境污染问题，绿色数据中心将成为未来发展的 重要方向。绿色数据中心可以通过采用高效节能技术和绿色建筑材料等措施来降 低能耗和减少环境污染。同时还可以通过合理布局和优化设计等手段来提高能源 利用效率。因此绿色数据中心将会成为未来发展的重要趋势。
2、数据中心能耗问题日益突出
数据中心作为高能耗行业，其能耗问题一直备受。据权威机构统计，数据中 心的能耗已经占据了全球总电量的很大一部分。因此，如何降低数据中心的能耗， 提高能源利用效率，已成为当前亟待解决的问题。
数据中心制冷技术白皮书
水冷式冷水机
冷却塔
资源链接
第 163 号白皮书
集装箱式数据中心电源和 制冷模块
• 乙二醇冷却式冷水机组， 从外观看上去与水冷式冷水机组是一样的。乙二醇冷却式冷水机
缺点
• 由于需要在制冷系统中增加额外的泵以及热交换器，因此初投资较高。
通常用于
• 这些系统通常用作用于紧靠 IT 设备的冷却系统，比如行级和机柜级的高密度制冷。 • 对于芯片级制冷，冷却液将通过管道直接进入服务器。
风冷式系统 （分体型）
风冷式机房 空调机组
制冷剂
冷凝器
图 1 的第三行描述的是一个风冷式机房空调机组与冷凝器的组合。这个组合通常被称为风冷机房 空调直膨式系统。“直膨式”表示的是制冷剂直接膨胀蒸发，尽管这个术语通常指的是风冷系统， 但事实上，任何使用制冷剂和蒸发盘管的系统都可以称作直膨式系统。
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。
数据中心新型冷却方式介绍(8)：芯片级冷却空调系统(浸没式液冷与热管式液冷)
数据中心新型冷却方式介绍（8）：芯片级冷却系统（浸没式液冷与热管式液冷）从2018年开始，北京、上海、深圳等一线城市，陆续出台“PUE新政”。
2018年9月，北京提出全市范围内禁止新建和扩建互联网数据服务、信息处理和存储支持服务数据中心（PUE值在1.4以下的云计算数据中心除外）。
上海也出台类似政策，存量改造数据中心PUE不得高于1.4，新建数据中心PUE限制在1.3以下。
2019年4月，深圳提出PUE1.4以上的数据中心不再享有支持，PUE低于1.25的数据中心，可享受新增能源消费量40%以上的支持。
为了降低PUE，近几年数据中心新型末端冷却方式不断涌现，水冷背板空调、热管、水冷背板、液体冷却等等。
本文主要对芯片级冷却系统进行介绍。
1、形式组成及系统分类近年芯片技术飞速发展，芯片集成度的提高，受到了电子元器件发热而引起的热障所限制，快速、及时排走服务器芯片散热的高性能冷却技术引起行业的高度关注，极高热流密度芯片、微系统的散热冷却系统研究成为非常重要而又十分活跃的研究领域。
由于芯片冷却系统直接将芯片的散热通过空调末端管路、换热设备排至室外大气，换热效率高、环节少，不需要增加人工冷源（制冷机），在所有空调冷却系统中冷却效率最高。
适用于单机柜耗电大于15kW的高热密度数据中心，随着其技术的成熟和完善，将会是高密度数据中心冷却系统的首选方案。
芯片冷却技术中涉及的冷源设备部件大多位于芯片或者服务器的外部，而应用在芯片内部与芯片相同体量的微型制冷压缩机技术也处于研发阶段。
目前较为成熟的芯片冷却技术主要有浸没式液冷设备、直接接触冷板式液冷、热管式液冷等。
采用浸没式液冷设备冷却技术，服务器与浸没式液冷设备融为一体，冷却介质需要具有高可靠性（稳定性、绝缘性、安全性）和接触材料的兼容性及良好的热力学性能，其服务器外形、布置方式等均与传统机房差异较大，目前工程实际应用比较少。
直接接触冷板式液冷设备，因液冷空调末端与服务器芯片的配合连接等技术问题，目前工程实际应用比较少，多数处在实验研发阶段。
数据中心冷机制冷原理
数据中心冷机制冷原理
数据中心是许多企业和组织存储、管理和处理大量数据的关键
设施。
为了确保数据中心的正常运行和数据的安全性，必须保持适
宜的温度和湿度。
而冷机制冷是数据中心中常用的一种制冷方法。
冷机制冷的原理是利用蒸发冷却的物理原理，通过循环系统将
热量从数据中心中抽出，从而降低数据中心的温度。
这种制冷方法
主要包括以下几个步骤：
1. 蒸发器，在数据中心中安装蒸发器，蒸发器中充满了制冷剂。
当热空气通过蒸发器时，制冷剂会吸收热量并蒸发成为低温的气体。
2. 压缩机，蒸发器中的制冷剂蒸发后成为低温低压的气体，然
后被压缩机压缩成高温高压的气体。
3. 冷凝器，高温高压的制冷剂气体通过冷凝器，与外部空气接触，散发热量并冷却成为高压液体。
4. 膨胀阀，高压液体通过膨胀阀减压成为低温低压的制冷剂，
然后再次进入蒸发器，完成制冷循环。
通过这样的循环过程，冷机制冷系统能够持续地将热量从数据中心中排出，从而保持数据中心的适宜温度。
冷机制冷在数据中心中的应用有许多优势，例如可以精确控制温度和湿度、能够适应不同规模的数据中心、具有较高的制冷效率等。
然而，也需要注意的是，冷机制冷系统的运行需要消耗大量的能源，因此在设计和运行中需要考虑能源消耗和环保等因素。
总的来说，冷机制冷是数据中心中常用的一种制冷方法，通过循环系统将热量从数据中心中排出，保持数据中心的适宜温度。
在数据中心的设计和运行中，合理利用和优化冷机制冷系统，可以有效地保障数据中心的正常运行和数据的安全性。
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。
数据中心空调系统各种冷却方式对比
无水飘洒问题；无需水处理装罝； 选用乙二醇系统可适应低温运行， 并具有自然冷却功能可选；室内外 机不受距离和高差限制
系统劣势
管道的长度及高差受到严格 限制（60米内-80米）；室外 机安装较分散，需要合适的 位置安装风冷冷凝器
管道的长度及高差受限，但较 风冷系统得到改善（100-120 米）；室外机安装可集中布 置，需要合适的位置安装风冷 冷凝器
受距离和高差限制
系统组成较复杂；需要进行水系统的 清理和维护，有飘水问题；解决容错 问题时成本较高
系统复杂；由两套系统所组成；维护量 大；成本非常高
在低温环境 下需要采取防冻措施
可根据不同的环境，选择不同的冷却方式
适合大型数据中心具有集中制冷系统 的机房使用；制冷系统有备份和全年 运行
适合配有冷水系统的机房使用；适合对机 房可靠性要求极高的机房采用
主管路系统需要提前安装到位，制冷 主机可分期实施，末端管路系统因主 管系统限制，调整余地小
管路系统和主机系统一般需要规划设计预 留好，否则后期扩容难度大
维护复杂，需要专门的人员对制冷系 统进行专门的维护
两套系统维护复杂
规划以避免水浸机房的风险，并严格 需合理规划以避免水浸机房的风险，并严
设计并不断检验部件安全性
格设计并不断检验部件安全性
整体投资较大，冷冻水系统需要一次 性完成投资
初期投资大
冷量由冷水机组统一提供；室外机占 地面积小；在大型数据中心有优势， 具有自然冷却功能可选；室内外机不
具有自然冷却功能可选，室内外机不受距 离和高差限制
双冷源系统
由冷水机房空调和冷水机组、冷却塔 由室内机、冷水机组、冷却塔及水泵、第
及水泵等组成（风冷冷冻水系统不需 二冷源的散热系统（风冷冷凝器、冷却塔
常见数据中心冷却系统
常见数据中心冷却系统日期:目录•引言•风冷系统•水冷系统•液冷系统•蒸发冷却系统•数据中心冷却系统的设计和实施引言保证设备稳定运行数据中心内的服务器和其他IT设备在运行过程中会散发出大量的热量。
如果热量不能得到有效的控制，可能会导致设备过热，影响其稳定性和可靠性。
因此，冷却系统是保证数据中心设备正常运行的重要环节。
延长设备使用寿命过高的温度会对IT设备的硬件和软件产生负面影响，导致设备老化和故障。
良好的冷却系统可以降低设备的工作温度，延长其使用寿命。
提高能源效率在高温环境下，IT设备需要消耗更多的电能来维持正常运行。
相比之下，在适宜的温度下运行可以降低设备的能耗，提高能源效率。
数据中心冷却系统的重要性自然对流利用自然对流原理，将服务器和其他IT设备产生的热量传递到外部环境。
这种方法的优点是简单、节能，但受限于空间高度和设备布局。
热量传递冷却系统通过将数据中心的热量传递到外部环境来降低室内温度。
这通常通过使用冷媒（如水、乙二醇等）和散热器等组件来实现。
强制风冷通过风扇或其他机械装置产生的气流将IT设备的热量带走。
这种方法适用于大型数据中心，但需要较高的维护成本。
冷却系统的基本原理风冷系统风冷系统是利用空气作为冷却介质来冷却数据中心内的设备。
空气通过冷通道上的散热器，将设备产生的热量带走，再通过热通道上的排风口将热量排出室外。
风冷系统通常采用行间冷却方式，即冷空气从设备上方进入，经过设备后，热空气从设备下方排出。
这种方式可以更有效地利用冷却空气，提高冷却效率。
风冷系统的基本原理1. 散热器：用于将设备产生的热量传递给冷却空气。
2. 风扇：用于将冷却空气吹向散热器，将热量带走。
4. 控制装置：用于控制风扇和排风口的开关，以及调节冷却空气的流量和速度。
3. 排风口：用于将热空气排出室外。
风冷系统主要由以下几个部分组成风冷系统的组成风冷系统的优缺点结构简单、易于维护、成本低等。
此外，风冷系统还可以根据实际需要灵活地布置设备，适用于各种不同规模的数据中心。
数据中心常见冷却方式介绍(3)：冷冻水型精密空调机组
数据中心常见冷却方式介绍（3）：冷冻水型精密空调系统数据中心机房内部温湿度环境的控制要依靠室内空调末端得以实现，机房空调具有高效率、高显热比、高可靠性和灵活性的特点，能满足数据中心机房日益增加的服务器散热、湿度恒定控制、空气过滤及其他方面的要求。
随着不同地域PUE的严苛要求以及高密度服务器的广泛应用，数据中心新型的冷却方式被越来越开发及使用。
下面分别介绍几种数据中心传统与新型的冷却方式。
1. 冷冻水型精密空调系统组成冷冻水型精密空调机组结构简单，组成如下图所示。
机组主要由框架、冷冻水盘管、室内EC风机、电磁两通调节阀（电动球阀）、控制系统、进出风温湿度传感器、冷冻水管路等组成。
图1 冷冻水型精密空调机组结构图15℃低温冷冻水经过精密空调冷冻水盘管，将机房30℃回风冷却为为18℃冷风为机房IT设备降温；15℃低温冷冻水经机房热空气加热成为21℃高温冷冻水。
一般设置为：出风温度控制精密空调两通阀开度，回风温度控制EC风机转速。
2. 冷冻水系统原理图冷冻水型精密空调机组实现制冷，需要外部提供低温冷冻水（目前大型数据中心普遍供水温度为15℃左右）。
冷冻水型精密空调系统一般由冷冻水型精密空调、冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、管路及附件组成。
冷水机组或板式换热器为精密空调提供15℃低温冷冻水。
图2 大型集中式冷冻水精密空调系统原理图3.产品特点及应用（1）冷冻水型精密空调利用大型冷水机组或板式换热器做为集中冷源，制冷系统能效较高；冷冻水型精密空调无室外机，其冷冻水系统的冷却塔集中放置，节省安装空间；冷冻水型精密空调的冷冻水输送采用水泵作为输送动力，可远距离输送冷冻水至各个机房空调。
（2）冷冻水型精密空调机组具有大风量、小焓差的特点，显热比达95%以上，主要承担数据中心机房的显热负荷。
机房内的潜热负荷由恒湿机来处理。
显冷量140kW以上冷冻水型精密空调机组采用高效EC风机（如EBM航空级复合材料叶片），能效比可达20以上，相比风冷型直接蒸发式空调机组节能效果明显。
数据中心常见冷却方式
数据中心常见冷却方式
数据中心常见的冷却方式有：
1. 空调冷却：通过安装空调系统，利用制冷剂制冷、空气对流等方式将热量排出室外，从而达到冷却的目的。
2. 冷水机组冷却：通过冷水机组将冷水引入数据机房，通过循环管路降低室内温度。
3. 直接空气冷却：将外界低温空气直接引入数据机房，通过风扇等设备使空气流通，从而进行冷却。
4. 间接空气冷却: 采用换热技术，将热空气与冷却介质进行间接热交换，从而实现数据机房的冷却。
5. 水冷系统：通过水路循环，将冷却的水带入数据机房，利用水道将热量带出室外，从而达到冷却的目的。
数据中心用浸没式冷却液的研究进展
随着数字化社会的加速发展，数据中心已经成为支撑经济社会数字化转型必不可少的“算力底座”，是助推数字经济蓬勃发展的重要引擎。
截至2020年底，中国在用数据中心机架总规模达到400万架，大型及超大型大数据中心占比75%以上；市场规模从2016年的714.5亿元快速增长至2020年的2238.7亿元，预计2022年增至2803.9亿元。
2018年，全国数据中心总耗电量1500亿千瓦时，达到社会总用电量的2%。
为满足数据量的爆炸式增长需求，通过增加单机柜的功率密度来提升服务器的计算能力和数据中心的承载能力。
2020年，全球数据中心单机柜平均功率达到16.5 kW，比2008年增长175%，预计2025年达到25 kW。
数据中心的散热占电力消耗的比重巨大，电力消耗的43%是用于数据中心的散热。
随着数据中心单机柜功率越来越大，采用传统的风冷技术进行散热已不能满足数据中心快速、高效的制冷要求。
在“双碳”战略目标的指引下，开发低碳高效的冷却技术来解决当前数据中心散热困难的技术难题，实现数据中心的绿色低碳发展成为必然的选择。
液冷方式主要分为冷板式液冷、浸没式液冷和喷淋式液冷3种。
与传统的风冷技术相比，液冷技术具有高效制冷、节能降耗、静音低噪、系统稳定、节约空间的优点。
针对目前浸没式冷却液存在行业标准混乱、应用场景混乱、成本较高等不足，综合考虑数据中心浸没式液冷的实际需求，本文首先提出了理想浸没式冷却液的技术要求，通过综述目前数据中心用浸没式冷却液的发展现状，探究现有的哪些产品符合理想浸没式冷却液的技术要求，同时指出浸没式冷却液的未来发展趋势，以期对浸没式冷却液的开发与应用提供指导性建议。
摘要：液冷技术是解决数据中心散热难题的有效方案。
在液冷的3种方式中，浸没式液冷是最理想和环保绿色的液冷技术。
该文综述了浸没式液冷技术的关键材料——浸没式冷却液的发展现状，提出理想浸没式冷却液的技术指标，介绍了目前浸没式冷却液的分类、物化性能特点，综合考虑环境性能、电绝缘性能、热传递性能、热稳定性、安全性等因素，认为全氟烯烃是当前最为理想的浸没式冷却液。
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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。