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。
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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。
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第 55 号白皮书 用于 IT 环境不同类型的气流 分配方案
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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
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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。