详解数据中心冷却方式及其工作原理

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。

数据中心设备散热水冷机风冷和液冷冷却方式介绍随着数据中心的进展建设中，其能耗要求在不绝降低，数据中心设备散热水冷机的液冷冷却方式是使用液体作为冷媒为发热部件散热的一种技术，接下来为您介绍风冷和液冷的冷却方式。

一、数据中心风冷冷却方式介绍以前数据中心设备散热水冷机以风冷为主，风冷是将空气作为冷媒，把服务器主板、CPU等散发出的热量传递给散热器模块，再利用风扇或空调制冷等方式将热量吹走，这也是散热系统消耗数据中心近半电力的重要原因。

风冷包含直接空气自然冷技术和间接空气自然冷技术。

直接空气自然冷可以依据室外温度结合机械制冷给数据中心内部设备散热，这种技术能效高，但空气质量的不确定性会带来较大风险，特别是室外空气湿度过高或者有害气体过多会对IT设备造成损坏。

为了躲避这种情况发生，近些年的数据中心开始采纳间接空气自然冷技术，将室外冷空气通过空气热换器对室内热空气进行冷却，躲避室外空气进入数据中心内部，受环境影响较直接冷较小。

这两种风冷技术效率都比较高，但对环境和安装要求较高，会对IT设备造成损耗降低牢靠性。

随着数据中心规模加添及单机柜功率密度加添，对制冷也提出了更高要求，面对下一代IT系统的液冷技术应运而生。

二、数据中心液冷冷却方式介绍液冷作为当前数据中心设备散热水冷机的散热方式，通过外部冷却水或冷冻水系统实现系统换热，实在是使用高比热容的液体作为传热工作介质来充足IT设备（如服务器）的冷却需求。

目前，基于液冷技术的主流方案包含冷板式液冷和浸没式液冷两种。

冷板式液冷也称间接式液冷，也就是冷媒和被冷却对象分别，不会直接接触。

通过液冷等热传导部件，将被冷却对象的热量传递到冷媒中。

一般冷板式液冷只用于冷却CPU、内存等关键器件，只占总发热量的一半左右，因此还需要搭配风冷散热，可以削减IT设备自带风扇的数量和电耗，实现很大程度的。

浸没式液冷也叫直接式液冷，是将IT设备包含服务器主板、CPU、内存等发热量大的元器件全部浸入冷却液中，用冷却液体替代空气给IT设备降温，让被冷却对象与冷媒直接接触，因发热元器件冷却均匀度更好，可以选择肯定温度下相变的液体。

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。

数据中心机柜冷却技术随着数字化和网络化时代的发展，数据中心的需求日益增多，而数据中心机柜的冷却技术则成为了一个重要的问题。

良好的冷却技术可以确保服务器和设备的正常运行，同时降低耗电量，提高能效。

因此，本文将介绍几种数据中心机柜冷却技术以及它们的特点和应用。

一、热交换器冷却技术热交换器冷却技术是目前应用较为广泛的一种技术。

它通过利用冷却液与热量产生源进行热交换，达到冷却的效果。

这种技术可以有效地控制温度，保持数据中心的稳定运行。

同时，它可以减少能源的消耗，并提高能源的利用效率。

热交换器冷却技术具有可靠性高、维护成本低的特点，在数据中心中得到了广泛的应用。

二、风冷却技术风冷却技术是一种传统且常见的冷却方式。

它通过利用空气进行传热，将热量带走，实现冷却的效果。

风冷却技术具有成本低、易于实施的优势。

然而，它也存在一些问题，比如过热点的问题。

在数据中心中，由于机柜的密集布置，某些区域可能形成热量聚集的过热点，从而影响冷却效果。

因此，在应用风冷却技术时，需要合理规划机柜的布局，以提高冷却效果。

三、液冷却技术液冷却技术是一种高效的冷却方式。

它将液体引入机柜内部，通过直接接触加热元件的方式进行冷却。

相比于风冷却技术，液冷却技术可以实现更高效的散热，同时还可以减少噪音和能源消耗。

然而，液冷却技术在实施过程中也存在一些挑战，比如技术要求高、维护成本高等问题。

因此，在应用液冷却技术时，需要根据实际情况进行评估和选择。

四、热回收技术热回收技术是一种能源利用的方式。

它通过将机柜产生的热量进行回收再利用，用于供暖、热水或其他用途。

热回收技术可以提高能源的利用效率，减少能源的浪费。

在数据中心中，机柜产生的大量热量如果能够得到合理的回收利用，将有效降低数据中心的能源消耗，实现可持续发展。

综上所述，数据中心机柜冷却技术是确保数据中心正常运行的关键因素之一。

热交换器冷却技术、风冷却技术、液冷却技术和热回收技术都是常见的冷却技术。

根据实际情况和需求，选择适合的冷却技术对于提高数据中心的能效、降低能源消耗具有重要意义。

数据中心常见冷却方式介绍（5）：AHU风墙空调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. AHU风墙空调系统组成AHU（Air Handle Unit）组合式空调箱:主要是抽取室内空气(return air) 和部份新风以控制出风温度和风量来并维持室内温度。

AHU机组组成如下图所示。

机组主要由框架、两到多组冷冻水盘管、室内EC风机、电磁两通调节阀、控制系统、进出风温湿度传感器、室外新风温湿度传感器、室外新风调节阀、室内回风调节阀、加湿系统、冷冻水管路等组成。

图1 AHU机组结构图2. 运行原理2.1 AHU风墙空调本体两种运行模式第一种模式为内循环模式，AHU机组放置在空调机房，侧送风至主机房，冷却IT服务器，热排风经热通道顶部设置的回风口进入吊顶静压箱，回至空调机组。

每台AHU机组配有空气过滤段，多个冷冻水盘管，多个EC风机，控制单元。

第二种运行模式为风侧自然冷却模式，AHU机组放置在空调机房，侧送风至主机房，冷却IT服务器，热排风经热通道顶部设置的回风口进入吊顶静压箱，根据室外空气焓值（温度、湿度计算得出）控制新风、回风、排风的比例，充分利用室外新风，节约能源。

图2 AHU系统原理图2.2 AHU风机转速控制逻辑送风机转速控制主要依据是AHU回风温度进行转速调速，当控制器检测到回风温度升高后，控制器将发指令让风机转速提高，同时根据监测到的送风静压值异常时可晋级停止风机运转。

空调检测到的实际的回风温度与设定的回风温度的差值作为风机转速调节的依据。

图3 风机转速控制逻辑2.3 AHU电磁两通阀控制逻辑冷冻水流量控制主要依据为空调的送风温度，当送风温度高于送风温度设定值时增大水流量；当送风温度低于送风温度设定值时减小水流量；冷冻水流量的控制也可以设为依据远程IT机房的温度值控制。

常见数据中心冷却系统（二）引言概述：数据中心是现代信息技术的重要基础设施，为了保障数据中心设备的正常运行，冷却系统是不可或缺的。

本文将探讨常见的数据中心冷却系统，以便更好地了解和选择适合的冷却系统。

一、空调冷却系统1. 精密空调系统：采用高精度温度控制和湿度控制，保证数据中心的环境稳定性。

2. 风冷式空调系统：利用强制循环冷却的原理，通过风扇将热空气带出，保持数据中心的良好散热效果。

3. 水冷式空调系统：利用冷却水循环系统，通过水冷却设备将热量带走，确保数据中心的正常工作温度。

二、自然冷却系统1. 自然风冷却系统：利用室外空气的自然对流，通过设计合理的进气口和出气口，提供充足的新鲜空气和散热效果。

2. 冷水柜系统：通过提供冷却水来冷却设备，而冷却水则是通过地下水或蓄冷塔来提供的，既节能又环保。

三、间接蒸发冷却系统1. 蒸发式冷却系统：通过蒸发冷却原理，将冷却水喷洒在热交换器上，通过风扇将热空气带走，实现数据中心的降温。

2. 吸附式冷却系统：利用化学吸附材料吸附水分和热量，通过脱附过程将热量带走，达到冷却效果。

四、直接蒸发冷却系统1. 直接蒸发冷却系统：将冷却介质和空气直接接触，通过物质的蒸发吸热原理，将数据中心的热量带走。

2. 溴化锂吸收式制冷系统：利用溴化锂和水的吸收－脱吸附过程，实现对热能的吸收和释放，对数据中心进行冷却。

五、液体冷却系统1. 直接水冷系统：将冷却介质直接引入设备，通过水管将热量带走，有效降低设备的工作温度。

2. 直接液体冷却系统：利用低沸点液体来吸收设备的热量，通过循环将热量带走，确保数据中心的正常运行。

总结：选择适合的数据中心冷却系统对于数据中心的正常运行至关重要。

通过本文的讨论，我们了解到了常见的数据中心冷却系统，包括空调冷却系统、自然冷却系统、间接蒸发冷却系统、直接蒸发冷却系统和液体冷却系统。

根据具体需求和资源条件，可以选择适合的冷却系统来提高数据中心的运行效率和稳定性。