数据中心常见冷却方式介绍(2)：水冷型直接蒸发式空调系统
水冷空调工作原理
水冷空调工作原理水冷空调是一种常见的空调系统，它利用水作为冷却介质来降低空气温度。
它的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 压缩机工作：水冷空调系统中的压缩机是关键组件之一。
它的主要作用是将低温低压的制冷剂气体吸入，通过压缩提高其温度和压力。
这使得制冷剂能够释放更多的热量。
2. 冷凝器散热：压缩机压缩后的高温高压制冷剂气体进入冷凝器。
冷凝器通常是一个由许多金属管组成的换热器，这些管内流动着冷却水。
当制冷剂气体通过冷凝器时，它会释放热量，并在冷却水的作用下冷却成为高压液体。
3. 膨胀阀控制：高压液体制冷剂通过膨胀阀进入蒸发器。
膨胀阀的作用是限制制冷剂的流量，使其压力和温度下降。
这样，制冷剂能够吸收空气中的热量，并将其冷却下来。
4. 蒸发器冷却：在蒸发器中，制冷剂液体吸收空气中的热量，从而使空气温度下降。
蒸发器通常是一组金属管，内部流动着制冷剂。
当空气通过蒸发器时，它会与制冷剂发生热交换，从而使空气冷却。
5. 循环往复：制冷剂在蒸发器中变成低压气体后，再次被压缩机吸入，开始新一轮的循环。
这个过程不断重复，从而使空气持续降温。
水冷空调相对于其他类型的空调系统有一些优势和特点：1. 散热效果好：水冷空调利用水作为冷却介质，相比于空气冷却，水的散热效果更好。
这使得水冷空调在高温环境下能够更有效地降低空气温度。
2. 噪音较低：由于水冷空调的压缩机通常安装在室外，因此室内噪音相对较低。
这使得水冷空调适用于需要安静环境的场所，如办公室、酒店等。
3. 能耗较低：水冷空调系统通常采用水冷却器和冷却塔来降低制冷剂的温度。
相比于其他类型的空调系统，水冷空调在能耗方面有一定的优势。
4. 适用范围广：水冷空调适用于各种规模的建筑物，从小型住宅到大型商业建筑都可以使用。
同时，水冷空调也适用于不同的气候条件，无论是干燥的沙漠地区还是湿润的热带地区。
总结起来，水冷空调利用水作为冷却介质，通过压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器等组件，将空气中的热量转移到水中，从而实现降温的效果。
数据中心新型冷却方式介绍(6)：热管背板空调系统
数据中心新型冷却方式介绍（6）：热管背板空调系统从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，水冷背板空调、热管、水冷背板、液体冷却等等。
本文主要介绍热管背板空调系统。
1、热管背板空调系统组成热管背板空调系统组机组主要由框架、蒸发器盘管、进出风温湿度传感器、控制系统、氟利昂管路等组成。
热管背板空调安装位置为服务器机柜回风口位置。
2、热管背板的基本原理热管背板冷却技术是利用工质相变（气/液态转变）实现热量快速传递的一项传热技术。
通过小温差及重力驱动热管系统内部循环工质的气液变化，形成自适应的动态相变循环，将数据中心机房内IT设备的热量带到室外，实现管道内制冷工质无动力，自适应平衡的冷量传输。
机柜内IT设备散发的热量使室内末端中热管换热器的冷剂吸热汽化；汽化的制冷剂依靠压差经连接管路流向室外热管中间换热器；制冷剂蒸汽在热管中间换热器内被来自自然冷源冷水系统的冷水冷却，由气态冷凝为液态；液态制冷剂借卑重力回流至室内末端中的热管换热器中，完成一个冷量输送的热力循环。
热管背板规格包括:3kW、4kW、5kW、7kW、10kW、15kW等，设备能效比可以达到60以上。
图1 热管背板空调运行原理图3、热管背板的主要性能参数标准19英寸服务器机柜的热管背板空调单机柜供冷量超过12kW,供冷密度高。
单机柜可提供的冷量随着热管背板进风温度（服务器排风温度）的提高而升高，随着冷源（冷水）温度的提高而降低。
数据中心用于IT环境的不同类型的空调系统
用于IT 环境的不同类型的空调设备版次1作者：Tony Evans引言 2 排热方法2 吊顶式和落地式精密制冷系统 8 制冷方式的组合 10 IT 环境的制冷方式选择 12 制冷系统选件 18 可用性考虑及实践 19 结论 20 参考文献 21点击其中一节可跳转目录59号白皮书摘要数据中心和IT 机房排热是所有关键IT 环境过程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，数据中心内会有更多热量产生。
精密制冷和排热设备用于收集这些有害的热量并将其输送至室外大气中。
本文介绍产生冷空气（排热）的设备。
文中解释了旨在将热量由IT 环境输送至室外大气的不同的组件和制冷方法。
它提供了对可提高制冷系统可用性并降低成本的不同IT 环境、常见规范以及设备选件的最佳配置的说明信息。
以本文所提供的信息为基础，IT 专业人士能够成功地管理IT 环境制冷系统的规格选择、安装和运行。
空调机如何工作APC 白皮书57号《信息技术用空调机的基本原理》提供了关于IT 环境的热学性质、制冷循环运行以及精密制冷设备及室外排热设备之基本功能的信息。
气流分配APC 白皮书55号《关键业务设施的气流分配架构体系的选择》提供了利用空气对数据中心和网络机房内的IT 设备进行冷却的9种基本方式的相关信息。
这是制冷系统的一个非常重要的部分，因为IT 设备的气流分配会大大影响其整体性能。
从IT 环境收集有害热量并将其输送至室外环境有5种基本方式。
这些方法中的一种或多种用于对几乎所有关键业务计算机房和数据中心进行冷却。
每种方法均采用将热量由数据中心或计算机房输送或泵送至室外环境的制冷循环。
有些方法会将制冷循环的组件移离IT 环境，有些则是在过程中加装水及其他液体的辅助环路（一体化管道）。
以下各节将详细介绍采用这些方法的系统。
风冷型系统（分体式）风冷型机房空调广泛用于所有规模的IT 环境，并已在小型和中型机房领域确立了“常用设备”的地位。
数据中心空调系统
噪声对环境的影响
数据中心空调系统的噪声对环境产生一定的影响，主 要表现在以下几个方面
2. 环保：过大的噪声可能对周边生态环境产生影响， 如影响鸟类和昆虫的栖息和迁徙。
1.生活质量。
3. 设备损坏：过高的噪声可能导致设备损坏，增加维 修和更换成本。
优化建议及未来发展方向
• 优化建议：针对以上问题，可以采取以下措施进行优化 • 采用高效、低能耗的空调设备，如采用先进的制冷技术和设备，降低能耗和碳排放。 • 对数据中心进行合理的布局和设计，减少对周边环境和居民的影响。 • 加强设备维护和管理，减少设备损坏和维修更换的频率。 • 未来发展方向：随着科技的不断进步和环保意识的增强，未来数据中心空调系统的发展方向可能包括以下
《数据中心空调系统》
2023-10-29
contents
目录
• 数据中心空调系统概述 • 数据中心空调系统技术 • 数据中心空调系统设计 • 数据中心空调系统运行与管理 • 数据中心空调系统对环境的影响及优化建
议
01
数据中心空调系统概述
定义和作用
定义
数据中心空调系统是指用于保障数据中心服务器、网络设备等关键设备正常 运行，通过冷却、加湿、除尘等技术手段提供适宜的环境条件的系统。
气流组织设计是确保数据中心空调系统有 效工作的关键。应通过合理的布局和避免 涡流来确保气流畅通。同时，应确保设备 均匀散热，以避免任何部分的设备过热。
噪声与振动控制
总结词
低噪声、减震措施、符合环保标准
详细描述
数据中心空调系统的噪声和振动控制对于确 保设备的稳定运行和员工的舒适环境至关重 要。应采取有效的减震措施，降低设备运行
监控与报警
运行状态监控
数据中心空调系统通过监控设备对运行状态进行 实时监测，包括温度、湿度、空气质量等参数。
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。
直接蒸发式空气冷却器-
直接蒸发式空气冷却器这类蒸发器通过制冷剂的蒸发直接冷却房间或冷藏间的空气，达到冷却降温的目的，所以称为直接蒸发式空气冷却器，以区别于采用载冷剂的空气冷却器。
用于冷却空气的蒸发器可分为自然对流和强制对流式两大类，自然对流式常称为蒸发排管，广泛使用于冷库，如墙排管、顶排管等，常用于冻结物冷藏间。
强制对流式的空气冷却器称为冷风机，冷风机常用于冷库冻结间等冷间。
一、冷风机冷风机是强制空气循环的冷却设备，按其安装位置可分为落地式与吊顶式两大类。
落地式冷风机按其适用范围又分三种型号，共十几种规格，KLD型适用于冻结物冻藏间，KLL 型适用于冷却物冷藏间，KLJ型适用于冻结间。
这三种型号冷风机的结构基本相同，只是在全风压与空气循环量上有所差别。
吊顶式和落地式冷风机的外形如图6—3所示，技术参数见表6—1，外形尺寸见表6—2。
吊顶式风机装在库房平顶之下，不占用冷间面积，常用于冻结间与冷却间。
吊顶式冷风机型号全国也不统一，多个厂家生产的吊顶式冷风机有DDKLD—FA和SDKLJ—FB型两种型号，有关技术数据见表6—3。
用于氟利昂系统的吊顶式冷风机，有武汉冷冻机厂生产的DL—F型，冷却面积25m2和45m2及150m2三种规格，上海第一冷冻机厂生产的GL—F型，冷却面积由60m2到230m2五种规格。
具体技术数据可参见有关资料。
图6—3 冷风机外形图a）吊顶式b）落地式干式冷风机性能表6—1* 6为风机号，4为叶片数，20为叶片的角度。
冷风机外形尺寸表6—2吊顶式冷风机技术参数表6—3二、蒸发排管蒸发排管根据管道材料有无缝钢管和铝管两类。
传统的冷却排管多用光滑管，一般采用Φ38×2.5、Φ45×2.5、Φ57×3.5等规格的无缝钢管制做，用L50×5角钢加固，管卡采用Φ8圆钢制成U型或L型卡钩，加固角钢的间距为3000mm，两端角钢外侧的排管长度一般不超过500mm。
铝管制作的蒸发排管多用规格为Φ21、Φ25、Φ28或Φ32 mm的铝合金管，管外表面有2～3条加强型换热翼片。
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在当今数字化飞速发展的时代，数据中心已经成为了支撑各行各业运行的关键基础设施。
而在数据中心的众多关键系统中，空调系统起着至关重要的作用。
它不仅要确保设备在适宜的温度和湿度环境下稳定运行，还要实现高效节能，以降低运营成本和对环境的影响。
一、数据中心空调系统的重要性数据中心内的服务器、存储设备和网络设备等在运行时会产生大量的热量。
如果不能及时有效地将这些热量排出，设备的性能将会受到严重影响，甚至可能出现故障，导致数据丢失和业务中断。
此外，过高的温度和湿度还会缩短设备的使用寿命，增加维护成本。
因此，一个可靠、高效的空调系统对于保障数据中心的正常运行和数据安全是不可或缺的。
二、数据中心空调系统的类型1、风冷式空调系统风冷式空调系统通过风扇将室内的热空气排到室外，利用室外的冷空气进行冷却。
这种系统结构简单，安装和维护相对容易，但制冷效率相对较低，适用于小型或中低密度的数据中心。
2、水冷式空调系统水冷式空调系统利用水作为冷却介质，通过冷却塔或冷水机组将热量散发到室外。
它的制冷效率较高，能够满足中大型和高密度数据中心的制冷需求，但系统较为复杂，需要定期维护和管理水路。
3、冷冻水型空调系统冷冻水型空调系统将冷冻水输送到机房内的空调末端，通过换热器进行热交换。
这种系统具有较高的灵活性和可扩展性，但对水质要求较高，需要配备完善的水处理设备。
4、风冷冷水型空调系统结合了风冷和水冷的特点，在室外采用风冷冷凝器，室内则通过冷水进行冷却。
它在一定程度上兼顾了安装和维护的便利性以及制冷效率。
5、间接蒸发冷却空调系统利用自然冷却和蒸发冷却的原理，降低空调系统的能耗。
在气候条件适宜的地区，能够显著降低数据中心的制冷成本。
三、数据中心空调系统的设计要点1、热负荷计算准确计算数据中心的热负荷是设计空调系统的基础。
需要考虑设备的发热量、机房的面积、人员数量、照明等因素，以确定合适的制冷容量。
2、温度和湿度控制数据中心的设备通常要求在特定的温度（一般为 20-25℃）和湿度（40%－60%）范围内运行。
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数据中心常见冷却方式介绍（2）：水冷型直接蒸发式空调系
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. 水冷型直接蒸发式空调系统组成（DX）
水冷型直接蒸发式空调系统如下图所示，机组主要有框架、压缩机、蒸发器、冷凝器、电子调节阀、室内风机、室外风机、机组控制系统、温湿度传感器、板式换热器（氟利昂与冷却水）、室外冷却塔（干冷器）、冷却水管路、循环水泵等组成。
压缩机排出的制冷剂高温气体在室内侧板式换热器被冷却水冷凝成液体后，经膨胀阀节流降压成为低温气液混合体，再流入室内侧翅片换热器，吸收机房内的热量蒸发后回到压缩机，完成一个制冷循环; 同时，从机房热通道来的回风经过室内侧蒸发器后则被冷却降温，处理后的冷风由空调风机再送入室内。
图1 水冷型直接蒸发式空调系统组成
2. 水冷、风冷冷凝器冷却区原理图
风冷型与水冷型直接蒸发式空调系统的主要区别在于冷凝器的冷却方式。
水冷型直接蒸发式空调系统室内机配置水冷冷凝器，由室外冷却塔（干冷器）提供冷却水，通过板式换热器（或壳管式换热器）进行换热。
机组冷凝器、蒸发器均在室内机组内，制冷循环系统管路短。
所有机房空调机组冷凝器所需的冷却水可以做到一个系统当中，由水泵为冷却水循环提供动力。
图2 风冷型直接蒸发式空调系统室外冷凝器冷却原理图
图3 水冷型直接蒸发式空调系统室外冷凝器冷却原理图
3.产品应用
（1）与风冷直接蒸发式空调系统相比，水冷直接蒸发式空调系统避免了制冷剂输送距离较长、回油困难等问题。
水冷冷凝器使空调机组的冷凝温度低，提高制冷效率。
初期投入成本比风冷、蒸发冷低。
冷却效果好，适用于中大型制冷系统。
（2）风冷冷凝器的温度由环境温度来决定，环境温度越高，那么冷凝温度也越高。
一般地，采用风冷冷凝器，冷凝温度比环境温度高7～12℃，7～12℃这个值我们称为换热温差。
冷凝温度越高，空调机组的制冷效率就会越低，所以我们就要控制这个换热温差不应太大。
但是如果要使换热的温差太小，那么风冷冷凝器的换热面积及循环的风量就要越大，风冷冷凝器的造价成本就越高。
水冷冷凝器的温度由环境湿球温度来决定，环境湿球温度越高，那么冷凝温度也越高。
一般地，采用水冷冷凝器，冷凝温度比环境湿球温度高5～7℃左右。
通常情况下，环境温度超过42℃的地区都不建议采用风冷冷凝器，可采用水冷冷凝器。