常见数据中心冷却系统
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。
数据中心空调冷却及余热回收系统技术分析
第38卷,总第222期2020年7月,第4期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.38,Sum.No.222Jul.2020,No.4 数据中心空调冷却及余热回收系统技术分析崔 科1,赵进良2,付晓飞3(1.百度在线网络技术(北京)有限公司,北京 100000;2.广西建设职业技术学院,广西 南宁 530000;3.河南省锅炉压力容器安全检测研究院,河南 郑州 450000)摘 要:为解决数据中心冷却和余热利用问题,提出把数据中心贴建在自来水厂旁边,利用自来水厂处理的中间过程的源水对数据中心空调系统冷却和回收IT设备余热的系统,该系统不仅能全年不断的把余热回收至居民生活热水中,还能减少冷却塔补水水耗,并以某数据中心举例计算,结果表明采用本技术方案后,每年可节省616.5万kWh电能和37.4万t水,减少0.95万t标煤和2.48万t碳排放,每年还为居民节省生活热水然气加热费1767万元,极大的提高了数据中心能源和水资源利用效率,降低运行成本。
关键词:数据中心余热回收;冷却塔自然冷却;自来水源水自然冷却;数据中心PUE和WUE;居民生活热水加热中图分类号:TK019 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2020)04-0379-06Technical Analysis of Data Center Air Conditioning Cooling andWaste Heat Recovery SystemCUI Ke1,ZHAO Jin-liang2,FU Xiao-fei3(1.Baidu Online Network Technology(Beijing)Co.,Ltd.,Beijing100000,China;2.Guangxi Polytechnic of Construction,Nanning530000,China;3.The Boiler&PressureVessel Safety Inspection Institute of Henan Province,Zhengzhou450000,China)Abstract:In order to solve the problem of data center cooling and waste heat utilization,this paper puts forward to build the data center next to the water plant,and use the source water of the intermediate process from the water plant to cool the data center air-conditioning system and recover the IT equipment waste heat.This system can recycle waste heat into domestic hot water and reduce cooling tower water consumption,which calculates from a data center as an example.The results show that after adopting this technical solution,the data center can save61.65million kWh annually and374,000tons of water,re⁃duce9,500tons of standard coal and reduce24,800tons of carbon emissions.It also saves17.67million yuan in domestic hot water and natural gas heating costs each year.Key words:data center waste heat recovery;natural cooling tower;natural cooling source of tap water; data center PUE and WUE;resident hot water收稿日期 2019-08-20 修订稿日期 2019-09-19作者简介:崔 科(1982~),男,本科,高级工程师,研究方向为数据中心暖通系统架构、节能技术、余热回收技术。
数据中心液冷系统介绍
数据中心液冷系统介绍(1)数据通信设备冷却系统(DatacomEquipmentCoolingSystem-DECS)：此系统并不延伸到IT机架之外。
这是一个机架内的回路，用于将来自产热部件(中央处理器、存储器、电源等)的热量传给IT机架内的液冷换热器。
有些配置也许无此回路，让来日冷液分配装置(CoolantDistributionUnit一CDU)的流体百接流向负荷。
此回路也许以单相或两相换热形式进行工作，用热管、热虹吸管、泵送流体与/或蒸气压缩循环促进换热。
数据通信设备中采用的典型液体有：水、乙二醇或丙烯二醇与水的化合物、制冷剂或非导电介质。
数据通信设备冷却系统至少应有集热换热器、排热换热器，另外，也会有一些能进一步强化功能的活动部件，如压缩机/水泵、控制阀、电子控制器等。
(2)工艺冷却系统(TechnologyCoolingSystem-TCS)：该系统一般不延伸到IT房间之外，除非在系统配置时将CDU置于数据中心外。
它作为一个专用回路，是要将数据中心内设备冷却系统的热量传递给冷水系统。
此系统尤其受到惟荐，因为它需要处理数据通信设备冷却系统内换热器要求的流体的特殊质量问题--温度、纯度与压力等。
用于工艺冷却回路的典型流体有水、乙二醇或丙烯二醇与水的化合物、制冷剂或非导电介质。
此回路也以单相或两相换热形式进行工作，用热管、热虹吸管、泵送流体与/或蒸气压缩循环促进换热。
工艺冷却系统至少应有集热换热器(多半是数据通信设备冷却系统的集成件)、排热换热器与连接管路。
该系统也会有一些能进一步强化功能的活动部件，如压缩机/水泵、控制阀、电子控制器、过滤器和水力循环附件等。
(3)冷水系统(Chilled-WaterSytem-CWS)：此系统是典型的设施级系统，也可能含一个用于IT房间的专用系统。
它主要由数据中心冷水机组与CDU之间的系统组成。
冷水系统包括了冷水机组站房、水泵、水力循环附件和设施级所需的分布管路。
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。
数据中心自然冷却分析
数据中心自然冷却分析随着信息技术的迅速发展和大数据的兴起，数据中心的需求也日益增加。
然而，传统的数据中心冷却技术往往存在能源消耗高和运行成本昂贵的问题。
因此，研究和应用自然冷却技术成为了数据中心行业的热点。
一、自然冷却技术的概念自然冷却技术是指利用自然界的低温资源和自然对流现象来降低数据中心的温度，实现数据中心的有效冷却。
相比传统的机械冷却技术，自然冷却技术具有能耗低、可持续发展等优势。
二、自然冷却技术的原理1. 外部空气冷却自然冷却技术的一种常见方式是利用外部空气的低温对数据中心进行冷却。
通过设计合理的空气进出口，使外部空气能够有效地流过数据中心的设备，带走设备散热产生的热量，从而降低温度。
2. 直接空气冷却直接空气冷却是指将外部冷凉空气直接引入数据中心，与设备直接接触来提供冷却效果。
这种方式可以减少能源消耗，提高数据中心的能效比。
3. 冷水循环系统冷水循环系统利用低温水对数据中心进行冷却。
通过在数据中心设备周围布置冷水供应系统，将冷水循环进入设备，带走设备散热产生的热量。
三、自然冷却技术的优势1. 节约能源相比传统的机械冷却技术，自然冷却技术能够充分应用自然界的冷却能源，将数据中心的耗能降到最低，实现能源的高效利用。
2. 降低运行成本自然冷却技术不需要额外的能源消耗，因此可以大大降低数据中心的运行成本。
在长期运营中，对于数据中心运营商来说具有显著的经济效益。
3. 环保可持续自然冷却技术减少了对化石燃料的依赖，减少了温室气体的排放。
在推动可持续发展和环保社会建设方面具有重要意义。
四、自然冷却技术的应用案例1. Google数据中心Google是自然冷却技术的广泛应用者之一。
他们在全球各个数据中心都采用了自然冷却技术，通过合理设计风道和散热系统，利用自然界的冷却能源进行数据中心的高效冷却。
2. 某云计算公司某云计算公司的数据中心采用地下水自然冷却技术，通过将地下水引入数据中心进行冷却，降低了能源消耗和运行成本。
数据中心冷却技术
数据中心冷却[1]：热回收数据中心热回收是对数据中心空调系统的余热进行收集并回收利用，进而达到能源高效利用，提升热经济性。
由于数据中心全年处在运行状态，产生的余热量大且品质稳定，但温度水平较低，使得热利用面临效益低下问题，故数据中心余热回收利用是一个值得探讨的挑战性问题。
目前，数据中心热回收技术主要是通过收集冷凝器产生的余热满足周围建筑的供暖和生活热水需求。
图1数据中心典型的冷却系统数据中心热回收过程可分成三个组成部分。
首先是在数据中心侧，对其进行冷却，收集产生的余热。
接着将数据中心收集到的余热与热回收循环水换热，循环水温度通过热泵提升达到供暖设计温度后进入蓄热水箱进行统一的热管理，最后经水箱调节后进入民用供暖管网。
图2热回收过程示意图以冷板式液冷数据中心的热回收过程为例。
其散热包括两部分——冷板芯片散热及其他电气元器件的风冷散热。
由于液冷可以达到承受较高的水温，因此室外可采用干冷器直接散热，在液冷高温回水返回干冷器前进入串联的液冷散热热回收换热器，与管网回水换热，再送至用户端完成整个热回收过程。
同时冷板式液冷数据中心还有20%-30%左右的热量需通过风冷散热。
风冷散热可采用传统冷冻水精密空调末端制冷，利用全热回收冷水机组在制冷同时进行热回收，并配置闭式冷却塔平衡散热及热回收量。
此外，在闭式冷却塔与冷冻水系统之间可设置自然冷却换热器，供低温季节进行自然冷却。
图3冷板式液冷数据中心热回收示意图在目前的数据中心中使用冷凝热回收，满足周围建筑供暖和生活热水已经有许多成功的案例，例如瑞典的斯德哥尔摩数据中心，其产生的热量可满足2万套现代住宅公寓的供暖；国内腾讯在天津滨海的数据中心，其产生的余热可满足5100多户居民的用热需求。
热回收技术在数据中心中的应用，能够有效解决因数据中心散热导致的热岛效应，同时提高能源利用效率。
相信随着热回收技术的发展，还会有更多不同的余热利用形式在数据中心得以成功应用。
数据中心冷却[2]：冰蓄冷冰蓄冷技术是一种利用夜间用电低谷时段，把冷量以冰的形式储存起来，在白天用电高峰时段将储存的冷量释放出来，通过“削峰填谷”的运作方式，提高能源利用效率，优化资源配置的制冷技术。
常见数据中心冷却系统(两篇)
引言概述：随着大数据和云计算等科技的快速发展，数据中心的规模不断扩大，对冷却系统的需求也越来越高。
本文将对常见的数据中心冷却系统进行深入探讨，包括传统冷却系统、水冷系统、气冷系统、混合冷却系统以及新型冷却技术等方面。
正文内容：一、传统冷却系统1.1空气冷却系统1.2直接蒸发式冷却系统1.3水冷管冷却系统1.4传统冷却系统的优点与缺点1.5传统冷却系统的适用范围和局限性二、水冷系统2.1水冷系统的工作原理2.2水冷系统的构成和组成部件2.3水冷系统的优点与特点2.4水冷系统的应用场景2.5水冷系统的发展趋势和前景三、气冷系统3.1气冷系统的原理和技术3.2气冷系统的构架和工作过程3.3气冷系统的优点与特点3.4气冷系统的应用场景3.5气冷系统的挑战和未来发展方向四、混合冷却系统4.1混合冷却系统的结构和原理4.2混合冷却系统的优点与特点4.3混合冷却系统在数据中心中的应用4.4混合冷却系统的性能和效果评估4.5混合冷却系统的研究进展和前景展望五、新型冷却技术5.1相变材料在数据中心冷却中的应用5.2纳米流体在数据中心冷却中的应用5.3相变风扇在数据中心冷却中的应用5.4新型冷却技术的优点与挑战5.5新型冷却技术的发展方向和前景展望总结：本文对常见的数据中心冷却系统进行了全面的介绍和分析，包括传统冷却系统、水冷系统、气冷系统、混合冷却系统以及新型冷却技术等方面。
每个大点都细分了各个小点，从工作原理、构造、优点、应用场景以及发展趋势等多个角度进行了阐述。
数据中心冷却系统在未来的科技发展中将扮演越来越重要的角色，新型冷却技术的不断创新与应用将进一步提升数据中心的运行效率和可靠性。
引言概述:数据中心是一个用来存放和管理大量电子设备的场所，这些电子设备在长时间工作后会产生大量的热量。
冷却系统是数据中心中至关重要的组成部分，其主要功能是将这些产生的热量有效地排除出去，保持设备的正常工作温度。
本文将详细介绍常见的数据中心冷却系统，包括空调系统、水冷系统和热交换系统。
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。
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。
数据中心(IDC机房)空调冷却系统分类及散热特点
数据中心（IDC机房）空调冷却系统分类及散热特点合理、有效、最大化利用室外天然自然冷源，降低空调系统的能耗、提高空调系统全年运行效率是空调系统设计建设的基本原则。
在满足服务器设备正常安全运行需要的空气温度、湿度、洁净度的条件下，空调系统的冷却热交换环节少、各环节换热效率高、换热距离短，快速地把服务器散热带出机房，是数据中心选择空调冷却系统形式、提高冷却效率的关键，也是今后数据中心冷却系统发展的方向。
1、数据中心机房的散热特点数据中心机房内服务器设备散热属于稳态热源，服务器全年不间断运行，这就需要有一套全年不间断运行的空调冷却系统，把服务器散热量排至室外大气或其他自然冷源中。
为保证服务器的冷却需要，即使在冬季也需要提供相应的冷却系统运行。
随着IT 技术的不断发展，机柜的功率密度不断提高。
几年前，服务器机柜功率大多在1~2kW/机架，现在绝大多数数据中心的服务器功率达到了5~6kW , 最高的功率已高达35kW/机架，随着未来服务器技术进步，其功率密度还将进一步提高。
因此，数据中心需要根据数据中心功率密度的不同，同时考虑到建筑规模、负荷特点、当地气候条件、能源状况、节能环保要求等因素，综合比较后确定合理的空调冷却系统。
2、数据中心冷却系统组成数据中心空调冷却系统由空调末端设备、输配系统、冷源部分以及控制系统等几部分组成。
3、数据中心冷却系统冷源冷源分为自然冷源和人工冷源两大类，任何冷却系统在设计建设运行中，条件许可时应首选自然冷源，自然冷源不满足冷却需要时，才采用人工冷源。
在现有的冷却系统中，除了芯片级冷却方式采用纯自然冷源外，其他冷却系统一般采用相结合的方式，自然冷源和人工冷源在系统中相互融合配合使用。
4、数据中心冷却系统冷量输配空调系统冷量输配系统是冷源和末端之间能量交换的一个桥梁和渠道，通过流体（物质）的转运与分配，把冷源设备产生的冷量输送到空调末端，通过末端的热交换带走机房的IT 设备产生的热量。
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
数据中心(IDC机房)大型冷冻水制冷系统介绍
数据中心大型冷冻水系统介绍随着互联网行业高速发展，数据业务需求猛增，数据中心单机柜功率密度增加至6~15kw，数据中心的规模也逐渐变大，开始出现几百到上千个机柜的中型数据中心。
随着规模越来越大，数据中心能耗急剧增加，节能问题开始受到重视。
在办公建筑中大量采用的冷冻水系统开始逐渐应用到数据中心制冷系统中，由于冷水机组的COP 可以达到6以上，大型离心冷水机组甚至更高，采用冷冻水系统可以大幅降低数据中心运行能耗。
冷冻水系统主要由冷水机组、板式换热器、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵以及通冷冻水型专用空调末端组成。
系统采用集中式冷源，冷水机组制冷效率高，冷却塔放置位置灵活，可有效控制噪音并利于建筑立面美观，达到一定规模后，相对于直接蒸发式系统更有建造成本和维护成本方面的经济优势。
1、冷水机组冷水机组包括四个主要组成部分：压缩机，蒸发器，冷凝器，膨胀阀，从而实现了机组制冷制热效果。
中大型数据中心多采用离心式水冷冷凝器冷水机组。
冷水机组的作用：为数据中心提供低温冷冻水。
原理：冷水机组是利用壳管蒸发器使水与冷媒进行热交换，冷媒系统在蒸发器内吸收高温冷冻水（21℃）水中的热量，使水降温产生低温冷冻水（15℃）后，通过压缩机的作用将热量带至壳管式冷凝器，由冷媒与低温冷却水水进行热交换，使冷却水吸收热量后通过水管将热量带出到外部的冷却塔散热。
如图，开始时由压缩机吸入蒸发制冷后的低温低压制冷剂气体，然后压缩成高温高压气体送冷凝器；高压高温气体经冷凝器冷却后使气体冷凝变为常温高压液体；当常温高压液体流入热力膨胀阀，经节流成低温低压的湿蒸气，流入壳管蒸发器，吸收蒸发器内的冷冻水的热量使水温度下降；蒸发后的制冷剂再吸回到压缩机中，又重复下一个制冷循环。
2、板式换热器当过渡季节及冬季室外湿球温度较低时，可以使用板式换热器利用间接水侧自然冷却技术为数据中心制冷。
间接水侧自然冷却技术指利用室外较低的湿球温度通过冷却塔来制备冷水，部分或全部替代机械制冷的一项技术，冷却塔自然冷却属于水侧自然冷却，冷却塔自然冷却是目前数据中心采用最多的自然冷却技术之一。
数据中心制冷系统介绍及竞争分析
数据中心制冷系统介绍及竞争分析目录1. 内容简述 (2)1.1 数据中心制冷系统的重要性 (2)1.2 文档目的与结构 (3)2. 数据中心制冷系统概述 (4)2.1 数据中心制冷系统的组成 (5)2.2 数据中心制冷系统的分类 (6)2.2.1 传统制冷系统 (8)2.2.2 新型制冷系统 (9)2.3 数据中心制冷系统的设计原则 (10)3. 数据中心制冷系统工作原理 (11)3.1 冷源选择 (13)3.2 制冷剂循环 (14)3.3 冷却方式 (14)3.3.1 直接蒸发冷却 (16)3.3.2 水冷式冷却 (17)3.3.3 空气冷却 (19)4. 数据中心制冷系统技术发展 (20)4.1 制冷技术进步 (22)4.2 节能技术应用 (23)4.3 智能化管理系统 (25)5. 竞争分析 (26)5.1 市场竞争格局 (28)5.1.1 国内外市场对比 (29)5.1.2 主要竞争对手分析 (31)5.2 技术竞争分析 (32)5.2.1 关键技术对比 (33)5.2.2 技术创新趋势 (34)5.3 价格竞争分析 (36)5.3.1 价格策略对比 (37)5.3.2 成本控制与竞争力 (38)6. 行业发展趋势与挑战 (40)6.1 行业发展趋势 (41)6.1.1 绿色节能趋势 (42)6.1.2 智能化趋势 (44)6.2 挑战与应对策略 (45)6.2.1 技术挑战 (46)6.2.2 政策与法规挑战 (48)1. 内容简述本文档旨在全面介绍数据中心制冷系统，包括其基本原理、主要类型、关键组件及其工作流程。
首先，我们将概述数据中心制冷系统的背景和重要性，强调其在保障数据中心稳定运行、提高能源效率和降低运营成本方面的关键作用。
随后，文档将详细阐述不同制冷技术的原理和应用，如冷水系统、热回收系统、间接蒸发冷却系统等。
此外，还将分析数据中心制冷系统的设计原则、优化策略以及面临的技术挑战。
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。
数据中心新型冷却方式介绍(1)：顶置对流空调系统(OCU)
数据中心新型冷却方式介绍（1）：顶置对流空调系统从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，顶置对流空调、热管、水冷背板、液体冷却等等。
接下来，我将对新型冷却方式进行介绍。
1. 顶置对流空调系统组成顶置对流空调系统组机组主要由框架、冷冻水盘管、进出风温湿度传感器、控制系统、电动压差调节平衡阀、冷冻水管路等组成。
顶置对流空调安装位置为服务器机柜进风面上方，无需设置风机，利用空气的物理特性，冷、热空气自然流动。
某大型数据中心采用这种新型冷却方式。
单排设置20台机柜，2排一组，每排机柜上面设置3台顶置对流空调，每组设置6台顶置对流空调，按5+1冗余模式配置。
图1 顶置对流空调系统示意图一图2 顶置对流空调系统示意图二图3 顶置对流空调接管示意图2.运行原理顶置对流空调安装位置为服务器机柜进风面上方，无需设置风机，利用空气的物理特性，冷、热空气自然流动。
顶置对流空调运行时，气流组织CFD模拟图如下。
15℃低温冷冻水进入顶置对流空调的冷冻水盘管，被机房热空气加热后，成为21℃高温冷冻水，高温冷冻水经冷冻站冷水机组/板式换热器冷却后，再次成为15℃冷冻水，送往机房顶置对流空调，完成冷冻水循环。
服务器自带风扇，会使得热通道内压力大于冷通道。
服务器排出的32℃热风在热通道自然上升，在机柜顶部及顶置对流空调前部集聚，经冷冻水盘管冷却，成为18℃冷风，机组被服务器自带风扇吸入服务器内部降温，完成空气循环。
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。
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常见数据中心冷却系统
由于数据中心的发热量很大且要求基本恒温恒湿永远连续运行，因此能适合其使用的空调系统要求可靠性高(一般设计都有冗余备机)、制冷量大、温差小和风量大。
下面，我们简要介绍下适合数据中心部署的空调冷却系统。
1、风冷精密空调
这是数据中心最传统的制冷解决方案，单机制冷能力一般都在50到200KW之间，一个数据机房一般都是安装多台才能满足需要。
下面是风冷精密空调的工作原理图。
风冷精密空调工作原理图
风冷精密空调一般采用涡旋压缩机制冷(一般安装在精密空调内)，能效比相对比较低，在北京地区一般在1.5到3之间(夏天低，冬天高)。
风冷精密空调在大型数据中心中使用存在以下不足：
●安装困难
●在夏天室外温度很高时，制冷能力严重下降甚至保护停机
●对于传统多层电信机房，容易形成严重的热岛效应
●需要开启加湿除湿功能，消耗大量能源
2、离心式水冷空调系统
这是目前新一代大型数据中心的首选方案，其特点是制冷量大并且整个系统的能效比高(一般能效比在3到6之间)。
离心式制冷压缩机的构造和工作原理与离心式鼓风机极为相似。
但它的工作原理与活塞式压缩机有根本的区别，它不是利用汽缸容积减小的方式来提高气体的压力，而是依靠动能的变化来提高气体压力。
离心式水冷空调系统
水冷冷冻机组的工作原理
离心式冷冻机组在小负荷时(一般为满负荷的20%以下)容易发生喘振，不能正常运转。
因此，在数据中心水冷空调系统的设计中一般先安装一台小型的螺杆式水冷机组或风冷水冷机组作为过渡。
大型数据中心的水冷空调系统一般由以下五部分组成，示意图如下。
水冷空调系统示意图
免费冷却技术指全部或部分使用自然界的免费冷源进行制冷从而减少压缩机或冷冻机消耗的能量。
目前常用的免费冷源主要是冬季或春秋季的室外空气。
因此，如果可能的话，数据中心的选址应该在天气比较寒冷或低温时间比较长的地区。
在中国，北方地区都是非常适合采用免费制冷技术。
数据中心在环境温度较低的季节，将室外空气经过过滤后直接送入机房作为冷源，也能节省大量能源，称为风冷自然冷却。
这种自然冷却方式原理比较简单，成本也比较低，但存在以下不足之处：
●空气洁净度不易控制
●空气湿度不易控制
●温度过低易结露
●无法实现全年自然冷却
因此，在大型数据中心中对自然环境要求较高，因此不推荐使用风冷自然冷却方式。
采用水冷空调系统，当室外环境温度较低时，可以关闭制冷机组，采用板式换热器进行换热，称为水冷自然冷却。
这样减少了开启冷机的时间，减少大量能源消耗。
有专家建议，湿球温度在4℃以下时可以满足完全自然冷却，在湿球温度4到10℃之间可是实现部分自然冷却。
大型数据中心水冷系统参考示意图
另外，近年来也有采用封闭冷通道进行冷却进而节省能源的做法。
地板下送风，天花板上回风，精密空调设置单独安装在设备间，机柜面对面摆放冷热通道隔离并实现冷通道封闭(防止冷气短路)，示意图如下。
示意图
冷通道封闭要求做到以下四点：
●地板安装必须不漏风。
●冷通道前后和上面要求完全封闭，不能漏风。
●机柜前部的冷通道必须封闭，没有安装设备的地方必须安装盲板，建议使用免工具盲板。
●地板下电缆、各种管道和墙的开口处要求严格封闭，不能漏风。
地板下方除了消防管道外，尽可能不要安装任何电缆、线槽或管道，因为这些干扰物会干扰地板下空间的送风气流分布，增加风阻，使不同机柜中设备的冷却性能不均匀。
每个机柜的功率密度低于3KW时建议地板的高度为600mm，功率密度在3到5KW之间地板高度建议800mm，功率密度大于5KW时建议地板高度为1000mm。
冷热通道和机柜布局
冷热通道和机柜布局
由于防静电地板的尺寸为600mmX600mm，因此对于单个机柜功率密度小于5KW时的最佳布局是7块地板摆两排机柜。
而对于高密度机柜，可以根据功率密度和通风地板的通风率决定8块或9块地板摆放两排机柜。