自然冷却方案
数据中心冷却方案
数据中心冷却方案随着现代社会的快速发展，数据中心成为了我们日常生活中不可或缺的一部分。
它们是存储、处理和分发大量数据的关键设施，为我们提供了快速的信息交流和便利的互联网体验。
然而，数据中心的高温和能源消耗问题也逐渐引起人们的关注。
因此，设计高效的数据中心冷却方案成为一项迫切的任务。
数据中心冷却方案的目标是保持设备运行在适宜的温度范围内，同时尽量减少能源的浪费。
传统的冷却方法，如空调和冷水系统，在大型数据中心中耗费了大量的电力。
除此之外，传统的冷却方案还会产生大量的热能，并对环境造成一定的负面影响。
因此，研究和开发新型的、更高效的数据中心冷却方案变得至关重要。
一种创新和环保的冷却方案是采用自然冷却技术。
这种方法利用周围环境的自然资源来降低数据中心的温度。
例如，充分利用室外的低温环境，在夜间通过外部风扇将冷空气引入数据中心，从而实现设备的冷却。
这种方法不仅节省了大量的能源，还减少了对环境的影响。
然而，这种技术在炎热的地区可能会有一定的限制，因为夜间温度可能仍然较高，无法满足数据中心的冷却需求。
另一种新型的冷却方案是液体冷却技术。
与传统的空气冷却相比，液体冷却技术在热量传递方面更加高效。
通过将冷却液体直接接触到设备上，可以更快、更有效地吸收和传递热量。
目前，有两种主要的液体冷却技术，分别是直接液冷和间接液冷。
直接液冷是将冷却剂直接引入设备的散热元件中，实现散热。
而间接液冷是通过循环系统将冷却剂从设备中引出，然后将其通过热交换器冷却，再重新输送回设备。
这种液体冷却技术不仅提高了数据中心的冷却效率，还减轻了设备的负荷，延长了其寿命。
除了上述的冷却方案，还有一种基于相变材料的热管理技术近年来得到了广泛的关注。
相变材料可以通过在温度变化时释放或吸收热量来实现温度调节。
这种技术可以应用于数据中心的散热板、散热片等部件，有效地提高冷却效果。
同时，相变材料的使用也可以减少能源的消耗，并改善数据中心的能效比。
在设计数据中心冷却方案时，还需要考虑未来的发展和可持续性。
储能逆变器散热方案
储能逆变器散热方案
储能逆变器散热方案是为了解决储能逆变器使用中出现的过热问题，保障设备正常运行而采
取的一种散热方案。
储能逆变器是将电能转化为储能电池能量的过程，这个过程会产生热量，如
果不能及时散热，就会导致设备过热，影响设备的性能和使用寿命。
以下是常见的几种储能逆变器散热方案：
1. 风扇散热方案：在储能逆变器设备上安装风扇，通过空气对散热片进行散热，将热量带走，降低储能逆变器温度。
2. 自然冷却散热方案：将储能逆变器设备安装在通风良好的地方，利用自然的对流作用实现
散热。
可以在散热片上设置鳍片，增加散热效果。
3. 液冷散热方案：在储能逆变器设备内部安装一定量的液体，通过液体循环流动来吸收和带
走热量，此方案可以采用水冷和油冷两种方式。
4. 热管散热方案：在储能逆变器设备上安装热管，热管将热量从高温区域传递到低温区域，
最终实现热量的散发。
热管散热方案可以轻松应对高功率储能逆变器设备。
5. 冷凝散热方案：在储能逆变器设备内部安装制冷系统，通过制冷剂对设备内部进行制冷，
降低储能逆变器设备温度。
以上是常见的几种储能逆变器散热方案，具体选择哪种方案需要根据具体的设备、环境及使
用情况来做出选择。
建议在选择之前进行模拟仿真测试，以及对设备进行实际测试，以保障设备
的正常运行。
自然冷却技术在数据中心的应用探讨
自然冷却技术在数据中心的应用探讨在当今数字化的时代，数据中心已经成为了支撑各种信息技术服务的关键基础设施。
随着数据处理量的不断增加，数据中心的能耗问题也日益凸显。
为了降低能耗、提高能源利用效率，自然冷却技术逐渐受到了广泛的关注和应用。
自然冷却技术，顾名思义，是指利用自然界的冷源来降低数据中心的温度，从而减少对机械制冷设备的依赖，达到节能的目的。
其基本原理是在环境温度较低时，通过直接引入室外冷空气、利用冷却塔的冷水或者其他自然冷源来冷却数据中心的设备，而不是一直依靠传统的空调系统进行制冷。
数据中心的发热量大是众所周知的。
服务器、存储设备、网络设备等在运行过程中会不断产生大量的热量，如果不能及时有效地将这些热量散发出去，将会导致设备温度过高，影响其性能和可靠性，甚至可能造成设备损坏。
因此，良好的冷却系统对于数据中心的正常运行至关重要。
传统的数据中心冷却方式主要依赖于机械制冷，如空调系统。
然而，这种方式不仅能耗高，而且在运行过程中还会产生大量的温室气体排放，对环境造成不利影响。
相比之下，自然冷却技术具有显著的优势。
首先，自然冷却技术能够显著降低数据中心的能耗。
在适宜的气候条件下，合理利用自然冷源可以大大减少机械制冷设备的运行时间，从而降低电力消耗。
据统计，采用自然冷却技术的数据中心，其能耗可以降低20%至50%，这对于降低数据中心的运营成本具有重要意义。
其次，自然冷却技术有助于提高数据中心的可靠性。
由于减少了机械制冷设备的使用，降低了系统的复杂性和故障概率。
同时，自然冷却方式通常更加温和，不会对设备造成过大的温度波动，有利于延长设备的使用寿命。
再者，自然冷却技术对环境更加友好。
它减少了对化学制冷剂的需求，降低了温室气体排放，符合可持续发展的要求。
然而，自然冷却技术在数据中心的应用也并非一帆风顺，存在一些挑战和限制。
气候条件是一个重要的影响因素。
自然冷却技术在气候较为寒冷或者温差较大的地区效果更为显著，但在炎热潮湿的地区，其应用可能会受到一定的限制。
冬季自然冷模式 数据中心 冷却水供回水温差
冬季自然冷模式是指利用环境自然气温低的特点，降低数据中心冷却能耗的一种高效节能方案。
其中，冷却水供回水温差作为冬季自然冷模式的关键参数，对整个系统的运行效率和能耗水平有着重要影响。
下面将从不同的角度来分析冷却水供回水温差在冬季自然冷模式中的作用和影响。
一、对冷却系统运行效率的影响冷却水供回水温差是衡量冷却系统运行效率的重要指标之一。
当冷却水供回水温差越大时，系统的制冷效果越好，冷却效率越高。
合理调控冷却水供回水温差可以有效提升冷却系统的运行效率，减少能耗。
二、对节能减排的作用在冬季自然冷模式中，通过合理设置冷却水供回水温差，可以充分利用室外环境温度低的优势，减少冷却设备的运行频率和时长，进而减少电力能耗，实现节能减排的目的。
冷却水供回水温差的合理控制对于降低数据中心的碳排放和能源消耗具有重要意义。
三、对设备性能和寿命的影响适当的冷却水供回水温差不仅有利于冷却系统的运行效率和节能减排，同时也能保障冷却设备的性能和寿命。
过大的供回水温差会导致冷却设备长时间在高负荷状态下运行，从而加剧设备的磨损和老化，降低设备的使用寿命；而过小的供回水温差则可能导致冷却设备无法达到预期的制冷效果，影响数据中心的正常运行。
在冬季自然冷模式中，需要合理设置冷却水供回水温差，以确保冷却设备的良好运行状态和长期稳定性。
四、对系统安全稳定运行的保障冷却水供回水温差的合理控制不仅关乎能耗和设备的使用寿命，更关系到整个数据中心系统的安全稳定运行。
过大或过小的供回水温差都可能引发冷却系统的故障和异常，甚至对数据中心的正常运行造成严重影响。
在设计和运行中需要将冷却水供回水温差作为重要参数进行科学合理的设置和监控，以确保系统的安全稳定运行。
冬季自然冷模式中的冷却水供回水温差是一个至关重要的参数，涉及冷却系统的运行效率、节能减排、设备性能和寿命以及系统的安全稳定运行。
合理设置和控制冷却水供回水温差，对于提升数据中心的运行效率、降低能耗、延长设备寿命和保障系统安全稳定运行具有重要意义。
停炉冷却方案
停炉冷却方案
1、锅炉熄灭后，维持至少30％的风量进行10min吹扫，吹扫结束后，停送、引
风机，严密关闭各风烟挡板，保持炉膛烟道的严密封闭。
保留空预器运行。
2、自然冷却过程中应保持较高的汽包水位，如果汽包水位降低时，要及时补水，
补水时严密监视汽包壁温及过热器温度，用小于100t/h流量上水至水位计最高可见水位，控制好流量及时间，防止水溢入过热器。
上水时应关闭省煤器再循环门，完毕后再将其开启。
3、严密监视锅炉金属各部温度、烟道各部温度变化，每小时记录一
次，若发现烟温有不正常回升趋势，应根据情况开启空气预热器消防水。
严密监视汽包上、下壁和内、外壁温差不得超过40℃。
4、停炉6小时后，汽包上下壁温差<28℃，开启所有风、烟挡板，
开启引风机静叶，开启挤渣门，保持炉膛压力－50Pa～－100Pa，进行自然通风冷却。
8小时后，联系检修开启炉本体所有人孔门。
5、若因检修需要需强制冷却时：
①：若为了加快冷却速度，汽包可进行换水，在汽包壁温差不大于40℃情况
下进行，但水位应维持在高水位进行，控制好补、换水量，防止满水溢入过热器。
②：停炉18小时后，汽包上下壁温差<28℃，根据检修需要可启动一台引风
机，微开各挡板，加快冷却速度，若汽包壁温差有上升趋势，立即停止快速冷却。
③：当转向室烟温及金属壁温降至60℃以下时，停止风机运行，关闭所以风
烟挡板。
6、压力降至0.8MPa，汽包上下壁温差<20℃时，汽包温度小于150℃时将炉水放
尽，利用余热烘干法防腐。
7、开启下降管放水各门放水。
8、压力降至0.2MPa，开启上部各空气门。
板式换热器数据中心自然冷却有哪些解决方案
）下产生紊流，所以传热系数高，
一般认为是管壳式的
3~5
倍。
b.
对数平均温差大，末端温差小
在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，
总体上是错流流动，
对数平均温差修正系数小，
而板式换热器多是并流或逆流流动方式，
其
修正系数也通常在
0.95
左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无
只要增加或减少几张板，
即可达到增加或减少换热面积的
目的；
改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而
管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。
e.
重量轻
板式换热器的板片厚度仅为
0.4~0.8mm
，而管壳式换热器的换热管的厚度为
2.0~2.5mm
，
管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，
框架由固定压紧板、活动压紧板、上下导杆和夹紧螺栓等构成。
板式换热器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、
活动压紧板中间，
然后用夹紧螺栓夹紧
而成。
1.2
板式换热器的特点（板式换热器与管壳式换热器的比较）
a.
传热系数高
由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈
旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般
辅助蒸发自然冷却
空调室外机雾化水喷淋系统将软化水进行增压后通过高速直流马达进行雾化处理，将每一滴水雾化成原水滴的体积1/500左右直接喷洒在冷凝器翅片上实现辅助蒸发，使得冷凝器的整体散热量增大、功耗降低。这种通过室外机雾化喷淋延长自然冷却运行时间的方式，在干燥气候下最为有效，如中国西部和东北部。
2直接自然冷却
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。
自然通风冷却塔与机力通风冷却塔的方案比较
自然通风冷却塔与机力通风冷却塔的方案比较引言在现代工业中，对空气温度和湿度的控制对于许多应用非常重要。
温度过高和湿度过高都会导致机器损坏和人员不适。
为了解决这个问题，需要使用一种冷却系统。
在此类系统中，自然通风冷却塔和机力通风冷却塔都是常见的选择。
我们将在本文中比较这两种方案，并评估其优缺点。
自然通风冷却塔自然通风冷却塔是一种使用流体力学原理的传统冷却方案。
它通过使用风力来移动空气，并将其流过通过水蒸发从而冷却热介质。
它的具体运作方式是通过水在顶部间歇地注入塔中，如此一来就会形成小水滴，然后通过塔的填料层流下。
由于风力在填料层中的流动，水滴就会与空气接触，然后蒸发。
在这个过程中，水的热量就会被拒绝；空气就被吸热了。
自然通风冷却塔的优点非常显而易见。
首先，它不需要任何电力驱动。
这意味着可以减少能源成本和减少对设施的维护要求。
其次，由于自然通风冷却塔使用行业标准的填料，所以系统的成本相对较低。
最后，自然通风冷却塔是一种非常可靠的系统，并且需要较少的维护。
机力通风冷却塔机力通风冷却塔是一种通过使用电力来驱动风扇和水泵的系统。
它使用同样的原理来冷却热介质。
它的具体工作方式是通过水在顶部喷洒，如此一来就会形成小水滴，接着通过填料流下，粗糙的表面可以增强水的流动，并且增强空气水分的冷却效果。
这可以通过一个或多个梯级来实现，具体工作方式是通过压缩壳体上方的空气将水蒸发。
机力通风冷却塔的优点在于其能够产生更凉爽和相对湿度较低的空气。
这个特性很重要，因为这样可以提供更好的舒适度和更长的设备寿命。
可以通过使用更高效的设备和优化操作参数来实现高效冷却。
但是，这种系统的缺点是它需要更多的能源和金钱来操作和维护。
机力通风冷却塔的能耗通常比自然通风冷却塔高许多，所以它需要更多的电力资源。
方案比较自然通风冷却塔和机力通风冷却塔在工业应用中都有其缺点和优点。
以下是两个方案之间的特定比较：1.经济效益自然通风冷却塔的成本通常比机力通风冷却塔低，因为它不需要使用电力设备。
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中国一些城市的气候数据:
(来源于Meteonorm研究所, 瑞士)
Guangzhou
Changchun
Hong Kong
Shenyang
Shanghai
Chengdu
Beijing
Harbin
哈 尔 滨 Hours per year at 18°C and lower 年不高于18°C的小时数 Percentage per year 年百分比
以北京为例
直接自然冷却系统（DFC2）
Relative Humidity Temperature 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 11 6 6 6 9 13 10 15 19 3 1 10 20 30 40 3 2 2 4 15 24 24 18 34 24 22 27 2 8 14 28 36 40 43 44 34 33 1 1 4 8 17 37 35 37 48 46 2 5 6 21 24 37 40 1 2 8 8 13 19 28 38 2 2 1 8 16 19 3 4 3 50 60 70 80 90 100 Total 3 5 9 13 40 70 98 120 160 166 203 237
可提供的产品:
• 冷冻水型:
a) 110 kW b) 140 kW c) 180 kW
直接自然冷却系统（DFC2）
如何构建直接自然冷却系统
•
• • • •
allowable air condition in front of server rack
27°C, RH25%
18°C, RH60%
•
ASHRAE TC 9.9 – 2004 美国采暖、制冷和空调工程师学会 TC 9.9 – 2004 ASHRAE TC 9.9 – 2008 美国采暖、制冷和空调工程师学会 TC 9.9 – 2008
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动态自然冷却系统（DFC）
通过以下部件和系统设计降 低能耗
• • • • • • • 技术卓越的EC风机 电子膨胀阀的应用 低气流阻力的热交换器 低气流阻力的过滤网 加大的机壳 可选的热气再热器 受控的超声波加湿器
4
6 1 1 1 2 3 3
181
164 149 110 71 57 32 20 11
2
10 1
1174
1641
1611
1311
930
928
529
214
8760
直接自然冷却系统（DFC2）
如何构建直接自然冷却系统
Outdoor Temperature Time (h) Percentage
Under 18°C 5397 62%
动态自然冷却系统（DFC）
Standby
高室外温度
DX MIX EFC
FC
ON
Max
CW: Off DX: Max
OFF
Min
Variable
Step
Max
CW: Max DX: Var
ON
Max
Max
OFF
Variable西 安
北 京
上 海
成 都
广 州
香 港
6790 6610 6180 5590 5560 5020 4890 2200 1180
77%
75%
70%
64%
63%
57%
56%
25%
20%
直接自然冷却系统（DFC2）
如何构建直接自然冷却系统 可提供的产品:
1. 直接蒸发型 (风冷型产品): a) ASD 742 / 822 AE b) ASD 882 / 952 AE c) ASD 1002 / 1102 AE
• • •
Return air temperature 28°C, supply air temperature 18°C 空调工况：回风28°C，送风18°C Outdoor relative humidity 30%-80% allowable for direct free cooling 新风工况，室外相对湿度30%~80% Higher the water temperatures, longer the runtime of free cooling and smaller and cheaper chiller. Selected water temperature inlet 13°C, outlet 19.8°C with high performance coil 冷冻水工况：13/19.8°C ESP 150 Pa due to the filter box 空调机外余压150 Pa
直接自然冷却系统（DFC2）
Relative Humidity Temperature 11 10 9 8 7 6 5 4 1 3 3 10 20 25 18 16 16 21 19 25 22 30 25 37 34 40 38 37 46 51 40 28 24 43 30 37 54 53 55 50 44 34 34 30 35 24 35 44 60 27 27 29 27 30 23 19 18 70 21 23 12 18 17 23 11 6 80 17 12 21 17 10 17 10 4 90 7 3 1 3 5 6 5 7 100 6 5 1 2 2 Total 200 183 191 186 195 203 205 210
C7000控制系统整合进每一台空调单元，就像我们的神经中枢
动态自然冷却系统（DFC）
好处： =直接自然冷却+安全可靠性（不受室外空气品质 的影响）+ 更少的维护
安全的自然冷却系统
直接自然冷却 vs. 间接自然冷却?
直接自然冷却是指直接利用室外冷空气来 冷却房间或设备。它通常用在对温湿度要 求不高的低负荷通讯基站 间接自然冷却是指利用干冷器间接利用室 外冷空气将水冷却到可以用来给房间冷却 的水平
24
20 27 28 36 37 29 28
38
24 30 28 30 31 32 32
23
25 27 31 25 26 18 24
41
53 29 31 23 21 14 19
30
26 30 22 21 24 6 5
7
12 6 5 4 5 7 2
232
238 220 227 211 216 188 176
...but an acceptable footprint is still achieved !
动态自然冷却系统（DFC）
自然冷却运行管理
• 根据室外温度和室内的热负荷自动的选择冷却模式 • 具有压缩机运行和自由冷运行的四种运行模式 • 采用电子膨胀阀提高压缩机冷却模式下的COP值
能耗 DX MIX FC
绿色数据中心制冷
摘 要
1．机房空调的现状 2．我们想要的机房空调系统 3．Stulz直接自然冷却空调系统（DFC2） 4．Stulz动态自然冷却空调系统（DFC） 5．Stulz自然冷却冷水机组CyberCool
数据中心制冷的现状
• 我们未来的数据中心 • 假设：IT负荷100*5kw*10=5000kw • 传统空调系统按照国家节能空调系统能效比EER=3.2计算 • 完全自然冷却系统按照EER=20计算 •
26
25 24 23 22 21 20 1 1
5
3 1 1 8 10 12
19
17 26 35 48 36 23
33
28 16 22 23 23 28
35
35 35 32 31 28 24
40
34 42 42 35 40 37
48
57 47 32 35 39 33
53
54 54 60 53 51 66
19 °C - 27 °C 2476 28%
Over 27 °C 887 10%
Modul
Time (h) Percentage
CW
887 10%
MIX
2476 28%
FC
4808 55%
FC+H
354 4%
CW2
235 3%
瑞士“METEOTEST”研究所提供气象数据
直接自然冷却系统（DFC2）
直接自然冷却系统（DFC2）
如何构建直接自然冷却系统 • 解决对热密度 的需要
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压 缩 机 冷 却 压 缩 机 冷 却 和 自 然 冷 却 扩 展 自 然 冷 却 自 然 冷 却
EFC
动态自然冷却系统（DFC）
external control panel Gateway to all common BMS systems
C7000 I/O-Controller
C7000 Advanced user interface
Source: Lawrence Berkeley National Lab; Data centre energy benchmark case studies
我们想要的空调系统
ASHRAE 2008 TC9.9
我们想要的空调系统
我们想要的是什么样的空调系统？
消耗更少