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。
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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。