数据中心制冷系统理念.
数据中心冷却技术
T tw,r tw,o 供水泵
换 热 器 阀门 2 阀门 1
机房回水
冷 凝 器
膨胀阀
• 机组表冷器与填料塔共同承 担降温任务，减少表冷器排 数，减少冬季水的蒸发量； • 根据室外湿球高低，调节填 料塔排风机频率，保证稳定 的出水温度； 10
蒸 发 器
压缩机
水冷电制冷机组
机房供水
间接蒸发冷却塔冬季典型工况-防冻原理
间接蒸发冷却塔+电制冷机
耗电量 kW
冷机耗电量 风机耗电量
3500
3000 2500 2000 1500 1000 500 0
普通水冷系统
冷机耗电量 风机耗电量
1500
1000 500 0
3500
30பைடு நூலகம்0
测试结果：塔内湿球温度基本在0℃以上。
15
冬季防冻测试结果
防冻实验—空气水换热器的表面温度分布
风水逆流
测试结果 管内水温在12℃以上。 管壁温度在5℃以上。 对于冬季防冻来说，顺流比 逆流的温度更高, 防冻效果 更好。
风水顺流
16
间接蒸发冷却塔的夏季运行模式
排风 C 排风机
间接蒸发冷水机
tw,p
• 夏季大幅度降低冷凝温度，提高电制冷机的COP，降 低电制冷机的电耗; • 自然冷却时间显著增加，显著降低系统的PUE；
20
实际工程可能遇到的问题
• 如果不能保证水的供应，部分时间缺水怎么办？
• 如果数据中心内部空间有限，没有地方放置大型 电制冷机怎么办？
21
如果不能保证水的供应，部分时间缺水怎么办？
12个标准数据中 心平均电力分布图
能耗高，增长速度快，空调用电比例高
2
数据中心空调设计浅析
数据中心空调设计浅析摘要随着网络时代的发展，服务器集成度的提高，数据中心机房的能耗急剧增加，这就要求数据中心的空调设计必须高效、节能、合理、经济，本文结合某工程实例浅谈下数据中心空调的特点和设计思路。
关键词：数据中心气流组织机房专用空调节能措施数据中心是容纳计算机房及其支持区域的一幢建筑物或是建筑物中的一部分。
数据中心空调系统的主要任务是为数据处理设备提供合适的工作环境，保证数据通信设备运行的可靠性和有效性。
本文结合工程实例浅析一下数据中心机房空调设计的特点和机房空调的节能措施。
一、冷源及冷却方式数据中心的空调冷源有以下几种基本形式：直接膨胀风冷式系统、直接膨胀水冷式系统、冷冻水式系统、自然冷却式系统等。
数据中心空调按冷却方式主要为三种形式：风冷式机组、水冷式机组以及双冷源机组。
二、空调设备选型（1）空气温度要求我国《电子信息系统机房设计规范》（ gb50174—2008 ）中规定：电子信息系统机房划分成 3级。
对于a级与b级电子信息系统机房，其主机房设计温度为2 3±1°c，c级机房的温度控制范围是1 8—2 8°c 。
（2）空气湿度要求我国《电子信息系统机房设计规范》（gb50174—2008 ）中规定：电子信息系统机房划分成3级。
对于a级与b级电子信息系统机房，其主机房设计湿度度为40—55%，c级机房的温度控制范围是40—60%。
（3）空气过滤要求在进入数据中心机房设备前，室外新风必须经过滤和预处理，去除尘粒和腐蚀性气体。
空气中的尘粒将影响数据机房设备运行。
（4）新风要求数据中心空调系统必须提供适量的室外新风。
数据通信机房保持正压可防止污染物渗入室内。
三、气流组织合理布置数据中心的气流组织形有下送上回、上送侧回、弥漫式送风方式。
1.下送上回下送上回是大型数据中心机房常用的方式，空调机组送出的低温空气迅速冷却设备，利用热力环流能有效利用冷空气冷却率，如图1所示为地板下送风示意图：图1地板下送风示意图数据中心内计算机设备及机架采用“冷热通道”的安装方式。
数据中心机房空调系统设计分析
数据中心机房空调系统设计分析随着云计算和大数据技术的兴起，数据中心在现代社会中扮演着至关重要的角色。
而数据中心机房的运行环境对于高效运转和数据安全至关重要。
机房温度、湿度等参数的控制是保证机房正常运行的基础，其中空调系统的设计尤为关键。
本文将对数据中心机房空调系统的设计进行分析，并提出优化建议。
一、需求分析数据中心是大规模的计算设备集群，其密集的服务器运行会产生大量热量，因此需要一个稳定而高效的空调系统来排除这些热量，维持机房温度在合适的范围内。
首先，机房空调系统需要能够提供足够的制冷量，以满足机房内各种设备的散热需求。
其次，机房空调系统需要具备良好的温湿度控制能力，确保机房内的温度和湿度处于合适的范围内，以防止设备故障或数据丢失。
此外，机房空调系统还需要具备高可靠性和可扩展性，以适应不同规模的机房，并能在各种异常情况下正常运行。
二、空调系统设计原则1. 制冷效率高：机房空调系统应采用高效率的制冷设备，如变频压缩机和高效蒸发器，以降低能耗和运行成本。
2. 温湿度控制精准：空调系统应能够实时感知机房的温湿度变化，并及时做出调整，以保持机房内的稳定环境。
3. 可靠性和冗余设计：机房空调系统应具备冗余设计，以保证在设备故障或停电等意外情况下，仍能正常运行。
此外，还应考虑备用电源、UPS电池等设备，以提供电力保障。
4. 可扩展性：机房空调系统应具备良好的可扩展性，可以根据机房规模的变化进行扩充或缩减。
三、优化建议1. 采用新型制冷设备：可以考虑采用新型的高效制冷设备，如风冷式或液冷式的高温热泵，以提高制冷效率和能源利用率。
2. 温湿度感知设备：引入温湿度感知设备，实时监测机房的温湿度变化，并通过自动化控制系统调整空调工作状态，以保持机房内适宜的环境。
3. 空调系统冗余设计：应采用冗余设计，如多台空调机组的并联运行，以保证在某一台设备故障时不影响机房的正常运行。
4. 配电设备冗余设计：机房空调系统的电力供应也需要进行冗余设计，采用备用电源和UPS电池等设备，以防止电力供应中断导致的机房温度上升。
说明+动图,保证让你把数据机房空调系统弄得明明白白
说明+动图，保证让你把数据机房空调系统弄得明明白白机房空调属于精密空调的一种，是为了满足精密设备特殊工艺及特定环境的要求而设计的，其目的是精确控制其温度、湿度等并要求控制在一定范围。
机房空调具有高显热比、要求大风量。
为达到所需空气参数，空调系统由制冷循环和空气循环两个循环部分组成，制冷循环主要分为水冷和风冷两类。
下面我们就通过系列动图，来了解下机房空调的制冷循环和空气循环。
Pt.1制冷循环原理制冷循环由压缩过程、冷凝过程、膨胀过程、蒸发过程组成。
就是利用有限的制冷剂在封闭的制冷系统中，反复地将制冷剂压缩、冷凝、膨胀、蒸发，不断的在蒸发器处吸热汽化，进行制冷降温，将热量从室内搬运到室外。
所谓水冷和风冷的区别，其实就是与水或者空气进行热量交换的区别。
制冷循环Pt.2空气循环2.1 送风方式末端的送风方式常规分为上送风方式，风管送风方式和地板下送风。
上送风方式风管送风地板下送风2.2 典型布置为了优化气流和进一步提升冷却，采用约束送风是比较常用的通风并划分冷池的一种方式，冷热通道分离，如下图。
冷热通道分离除此之外，为了降低气流输配距离，还有行间空调和柜级空调。
传统的房间级空调到微模块的演变部分数据中心也会采用顶置空调，采用热通道封闭方法，进一步缩短气流循环距离，安装顶置空调的放置方式，可以分为卧式和立式。
卧式顶置空调立式顶置空调为了进一步降低气流输配距离，部分数据机房也会采用柜级冷却方式，如热管背板。
柜级空调Pt.3机房风冷系统这是最传统的冷却方法，空调由内机和外机通过氟管路连接而成，内机由压缩机、膨胀阀和蒸发器等组成，可以实现制冷和气流输送等功能，外机则用来散热。
风冷制冷原理常规采用定速涡旋压缩机制冷，少量采用数码涡旋或者变频涡旋压缩机；风冷室外机安装在室外或楼顶，内外机距离有限制：常规不高于室内机20米，不低于室内机5米，室内外管路长度推荐小于60米，超出需要延长组件和措施。
风冷机房空调典型结构3.1 适合场景风冷空调相互间独立，无单点故障，特别适合中小型数据中心，当输送气流距离较短时，可以单侧布置，当输送距离较远时，采用双侧布置，如图6。
数据中心常用制冷解决方案
小型数据中心制冷解决方案
空调机型号
SD(U)A0151
总冷量（Kw）
5.5
总显冷量（Kw）
5.2
总风量（m3/h） 1580
SD(U)A0251 7.7 6.1 1580
SD(U)A0331 9.3 7.4 1950
SD(U)A0351 12 10.4 3020
空调机型号
SUA0501
总冷量（Kw）
15.4
总显冷量（Kw） 14.9
总风量（m3/h） 4700
● 6种规格产品
SDA0501 15.4 15.4 4940
SUA0601 18 15.9 4700
SDA0601 18.1 16.3 4940
数据中心常见制冷方式对应空调类型
风冷型空调机组
1、房间级风冷型空调机组
中大型数据中心制冷解决方案
数据中心常用的制冷解决方案
施耐德电气信息技术（中国）有限公司 华东区售前技术工程师 韩超
主要内容
● 数据中心13种散热方法
● 数据中心常见制冷方式对应空调类型
风冷型空调机组 水冷型空调机组 乙二醇/乙二醇自然冷却型空调机组 冷冻水型空调机组 双冷源型空调机组 冷水机组 自然冷却空调机组 顶置空调机组
TUAV0721
总冷量（Kw）
26
总显冷量（Kw） 26
空调机型号
TDAV0721
总冷量（Kw）
26
总显冷量（Kw） 26
总风量（m3/h） 8220
TUAV0722 26 26
TDAV0722 26 26
8220
TUAV0921 31.8 30.2
TDAV0921 31.8 30.2 8220
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。
数据中心制冷技术白皮书
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
资源链接
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）。
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。
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数据中心制冷系统理念
本课来源于互联网,就以下几方面提出一些观点:
1、IT设备的制冷需求
2、数据中心气流组织
3、用于数据中心的各种制冷技术
4、数据中心制冷系统的可用性
5、数据中心制冷系统的节能冷却模式
IT设备的制冷需求
数据中心气流组织
1、上送风
2、下送风
3、水平送风
4、冷通道封闭送风
5、热通道封闭送风
6、机柜级封闭送风
数据中心制冷系统的节能冷却模式
在过去,制冷系统节能冷却模式在大多数数据中心内并没有得到重视。这主要
是因为那时电力成本较低,IT设备供风温度较低,并且还没有颁布碳排放法规。
今天,各种标准,例如ANSI/ASHRAE 标准90.1-2010,和各项法规,如《英国碳减
排承诺》,均要求数据中心减少耗能。一些节能冷却模式在许多气候条件都能有效
减少能耗。
在某些天气条件时,一些制冷系统在节能冷却模式下运行可以节省超过70%的
年度制冷能源成本,相应的年度PUE也会有超过15%的改善。对不同种类节能冷却
模式的术语和定义进行了介绍并且利用关键数据中心特性比较它们各自的性能表现,
以帮助设计师根据实际情况作出最佳选择。
控制的复杂程度 节能冷却模式和制冷剂模式之间的转换过渡可能会非常复
杂，在转换过渡期间还可能会造成暂时的制 冷损失。从根本上说，这种转换过渡
的可靠性取决于控制系统。配有节能冷却模式的标准预制制冷系统， 其控制系统
结合硬件同步进行设计和配置。这类控制系统就比根据特殊制冷系统现场定制的控
制系统要可 靠得多。 利用空气换热器或热轮换热器作为空调旁通的节能冷却模
式，其控制系统最为简单。控制系统最为复 杂的是利用热交换器作为冷水机组旁
通的节能冷却模式，因为板式换热器需要冷凝水温度较低而冷水机组 需要冷凝水
温度较高，这之间形成了一个“死区”。 影响节能冷却模式运行的因素 地理位置 节
能冷却模式的使用完全取决于数据中心的地理位置。即使在部分节能冷却模式下工
作时，地理位置 的季节性气候条件也至关重要。ASHRAE、美国国家再生能源实
验室、美国国家海洋和大气局是少数几家提 供天气数据以供评估节能冷却模式可
用时间的机构。这些数据通常称作“bin 气象数据”，因为气象数据 以温度范围进行
表现。利用某个地理位置的气象数据可以计算出节能冷却模式的可用时数。 制冷
系统制冷设定值 增加节能冷却模式可用时间的方法主要有两种： 1）将数据中心搬
到较为寒冷的地区。 2）提高服务器的设计进风温度。 第一种方法对于已有数据中
心来说显然是不现实的。
第二种方法则具有可行性，而且现在不论是新建数据中心还是已有数据中心都
适用。事实上，ASHRAE TC9.9 标准的 2008 年版本已经将服务器的最大进风（干
球）温度从原来的 25°C (77°F提高到 27°C (80.6°F。不过，IT 送风温度能够提升多
少取决于热风和冷风隔离遏制的效果。 热冷气流隔离 如果机柜布置不合理或者气
流管理不当，数据中心内的热风和冷风会发生混合。如果制冷设定值提高 到
27℃ ，到送风到达服务器进风口时，温度可能已经接近 32℃。这就是为什么制冷
系统设定值通常远远 低于服务器进风温度的原因。 为了提高制冷系统设定值并从
而延长节能冷却模式可用时间，必须将热风和冷风分开。我们可以利用 冷通道气
流遏制系统和热通道气流遏制系统达到这个目的。但是，热通道遏制可以提供更多
的节能冷却模 式可用时间，因此更受新建数据中心青睐。