浅谈数据中心制冷技术

丁国余

上海华东电脑股份有限公司 上海 200000

1 概述

现代的数据中心机房中都包括大量的计算机设备，对于这种场所的环境，都要求制冷系统必须在所有的时间都有效，扩容容易，维护简便，有冗余，最重要的是性价比高。数据中心机房是现代信息化建设的基础工程，为各个业务提供稳定、安全的工作环境，而机房的制冷系统就是这基础工程的核心，根据数据中心的实际需求选择合理的制冷技术，保证制冷系统的稳定，能够保障其它系统发挥作用和核心业务正常运行。

2 设计标准

数据中心有一个特殊的设计标准，并于2005年4月，TIA技术委员会建立了世界上第一个综合数据中心电信基础标准TIA-942“数据中心电信基础设施标准”。经（TR42）和美国国家标准协会（ANSI）批准。通过制定综合性国外标准和国内数据中心也创建了相关的国内标准和标准数据中心设计规范GB50174-2017“电子信息系统机房设计规范”也于2017年5月4日发布于2018年1月1月1日开始实施。GB50174-2017中数据中心的分类规则如下：电子信息系统室分为三个层次：A，B和C[1]。

3 数据中心制冷节能措施

（1）缩短冷热气传输距离，减少传输阻力：涉及到IT机房面积和长宽尺寸、送风方案（下送上回或上送下回）、是否铺设送风和回风管道、下送风地板高度。

（2）防止冷热气流混合：涉及到机架隔板的配置、机房冷热通道布局、空调设备的正确安放、冷或热通道封闭。

（3）就近制冷：对高密度机架采用就近制冷方案，可非常有效的减少冷热气流的混合，并大幅度降低空调功率，涉及到高密度机架的功率、数量和布局。另外，还必须配备就近制冷设备需要的冷源。

4 数据中心制冷技术

4.1 风冷直膨式精密空调

风冷直接膨胀精密空调主要包括压缩机，蒸发器，膨胀阀，冷凝器，鼓风机，加湿器，控制系统等。制冷剂一般为氟利昂，单机制冷量为10-120千瓦。由于每个空调器相对独立地控制和操作，因此具有容易冗余，高可靠性，易于安装和维护，低能效和COP（性能系数）的优点。该值小于3.0。外部单元受管道距离的限制。

4.2 风冷冷水机组

风冷冷水机组为冷源生产冷冻水，机组生产的低温冷冻水通过循环水泵进入冷冻水/冷媒换热器，空调末端采用冷媒/冷冻水换热型式精密空调，冷媒经换热器与冷冻水换热后进入机房空调，冷冻水管不进入机房。

4.3 水冷型冷水机组

传统的风冷直接膨胀系统具有相对较低的能量效率和消耗设备功率，因此在数据中心建筑物中安装风冷式冷凝器的位置非常差，并且数据中心的扩展受到限制。这是。此时，冷冻水系统将逐步应用于数据中心的制冷系统，冷水机组的COP可达3.0-6.0，大型涡轮冷水机组将更高，因此冷冻水系统将在数据中心消耗更多能源您可以显着减少金额。

冷冻水系统主要包括冷却器，冷却塔，冷冻水泵，冷冻水泵和冷冻水型空调器端。该系统采用集中式冷却源，冷却系统冷却效率高，冷却塔处于灵活位置，有效抑制噪音，便于建筑美观。

5 数据中心自然冷却技术

5.1 水侧自然冷却

冬季室外温度低，采用水侧自然冷却系统，冬季无需打开机械式冰箱，冷却塔和板式换热器“自由”制冷热源 降低中心的能耗。水侧自然冷却系统是原始冷水系统上方的一组板式换热器和相关的开关阀，冷却器的机械冷却仍然在炎热的天气中使用并由冷却塔制备 低温冷却水用于寒冷季节。通过与高温冷水进行热交换，可以在过渡期冷却前预冷低温冷却水和高温冷水，以缩短冷却负荷和运行时间。

5.2 采用二级盘管作为节能冷却模式

在这种类型的节能冷却模式下，直膨式机房精密空调包含一个独立的二级冷凝水盘管，可在节能冷却模式时使用。当室外空气条件在设定值范围内时，泵将冷凝水送入并穿过干式冷却器，在这里利用室外冷风使冷凝水冷却，然后将冷却后的冷凝水送到机房精密空调的二级盘管。

6 数据中心制冷技术发展趋势

6.1 节能方案和节能机房空调设备将大行其道

随着绿色数据中心概念的深化，制冷系统的节能比以往任何时候都更受关注。制冷系统是数据中心的高功率消费者，占总能耗的30%-45%。在节能方案方面，也呈现百花齐放的现象，如优化送风方式、采用冷热通道布局、冷热通道隔离、智能群控、利用室外自然冷源等多种方案。

6.2 动态制冷更能适应虚拟化的需求

数据中心虚拟化的发展导致服务器和其他设备产生更大的热波动，例如时间和空间的变化。这相应地要求冷却系统适应这种趋势，提供动态冷却解决方案以满足不同的时间和空间要求。目前，主要的应用技术是变排量压缩机，风量智能调节技术（温度控制或风压控制），以及柱间制冷。

6.3 高热密度制冷将成为数据中心发展的必然之路

伴随着数据中心和服务器的发展，高热密度冷却的需求已经越来越强烈，并将在未来几年逐渐渗透到各类型的数据中心。高热密度冷却在方案和设备上均和传统的方案有较大的区别，冷却末端越来越靠近热源，以便提供更大的散热能力和降低运行成本。

7 结论

随着高密度IT设备的广泛应用，对数据中心资源的要求致使服务器和存储的数量大幅度增长，机架化的配置，使热量进一步集中，能源成本不断攀升以及人们对绿色环保的愈加重视促使节能需求越来越强烈，节能冷却模式在某些天气条件下的节能潜力对IT环境非常具有吸引力，如果配置了节能冷却模式，寒冷月份可以利用室外空气制冷，让需要使用制冷剂的制冷组件，比如冷水机和压缩机，可以关停不用或在以较低负荷运行，以提高数据中心能源效率（PUE），目前制冷系统也随着数据中心的需求变化和能效要求而不断发展。