如何选择数据中心制冷技术？10年运维工程师现身说法 ,数据中心制冷方式

对数据中心管理者来说，制冷技术的选择很复杂，既要保证可靠性、节能性、易维护性，还要综合考虑当地的地理环境、气候条件、市政配套设施、政策规定以及数据中心自身的建设规模、空间布局等因素。

中科仙络为全国各地数据中心提供技术咨询和长期运维服务。接下来，和大家分享一些我们认为在实践中比较高效好用的制冷技术。

1、过度依赖水冷制冷

水冷制冷对水资源消耗巨大，不适合缺水地区。水资源匮乏的乌兰察布已出台政策，禁止辖区内大数据企业使用地下水进行冷却。

2、忽略自然冷却的潜力

自然冷却并非只能在气温低或低温水源充足的地区使用。通过合理的规划和设计，自然冷却可以在各种环境中实现。在条件相对不足的地区，可采用自然冷却+机械制冷降低能耗。

3、过度依赖单一制冷技术

每种制冷技术都有其优点和局限性，水冷受水资源及水价的影响，风冷受位置布局、建设成本及电耗的影响，自然冷却对环境和规划设计有要求，应根据实际情况灵活融合多种技术。

二、关于七大高效制冷技术的经验分享

1、间接蒸发冷却空调机组技术

技术原理：

主要依托蒸发冷却技术，利用水蒸发吸热的效应来冷却空气，通过水与空气间的热湿交换，实现对空气的冷却降温，利用被降温的湿空气（二次空气）通过高分子露点间接蒸发冷却芯体，将冷量传递给待处理的空气（一次空气）。

应用案例：

张家口某数据中心园区大规模采用间接蒸发冷却技术，结合当地气候变化及IT负载，自动调整干、湿及混合模式，最大化利用室外低温，减少机械制冷时长，降低能耗，灵活调整节水节电模式，投产初期即已实现年均PUE低于1.25。

经验分享：

（1）间接蒸发冷却技术已在多个数据中心应用，年均气温越低的地方，节能效果越明显，可靠性高；

（2）换热原理科学，利用室外干球温度和降低的湿球温度的温差进行换热，蒸发效率高，能耗低，降温效果好；

（3）适用于干湿球温差较大的地方，对机房负载有一定要求，需要较高的进/出风温度。更适用于空气干燥的地区，比如京津冀枢纽、甘肃枢纽、宁夏枢纽等；

（4）使用复合高分子材料，避免了金属材料长期使用易腐蚀、亲水性差的缺点；

（5）系统架构简单，安装调试相对便捷，建设施工周期短，能够灵活扩容。单一故障影响面较小，维护用时更短，运维更简单；

（6）由于系统气流组织、排风管道、维护通道等条件限制，间接蒸发冷却空调机组更适合新建数据中心；

（7）间接蒸发冷却技术的核心是换热芯体，芯体的材料不同对水质的要求也不同，因此在设计阶段，对水质的处理无法统一化。芯体结露/冰、机房气流组织等问题需要运维人员重点关注。

2、自然冷却风冷螺杆冷水机组

技术原理：

利用室外环境的低温空气，对末端的循环水进行预冷，降低回水温度，从而降低压缩机的负荷。机组具有压缩机制冷、完全自然冷却、压缩机制冷+自然冷却三种运行方式，将根据环境温度自行决定制冷方式。

自然冷却风冷螺杆机制冷原理

应用案例：

哈尔滨某国家绿色数据中心的冷源系统采用冷水机组和干冷器组成自然冷却系统，实现绿色节能功效，PUE可达到1.3以下。

经验分享：

（1）与传统冷水机组相比，该技术利用自然冷却，节电明显；

（2）不需配置冷却塔，没有冷却水蒸发损耗，节水效果显著，设备安装简单灵活；

（3）连续运行能力强，适用于大规模、连续制冷需求；

（4）由于该技术依托于自然冷却，对环境要求高，适用于常年气温较低地区；

（5）单台设备制冷量受螺杆机制冷原理限制。

3、热管复合多联冷却机组

技术原理：

利用风冷/水冷/蒸发冷/+液（氟）/气泵驱动热管技术，灵活配置房间级、列间级、风墙、背板末端，根据室外温度切换不同运行模式，通过气泵热管/氟泵替代蒸汽压缩制冷。

热管复合多联冷却机组制冷原理图

应用案例：

深圳某大型数据中心采用复合冷源热管冷却新型节能技术，蒸发侧模块由蒸发侧风机、蒸发换热器、冷热通道风口、电子膨胀阀以及控制部分组成，冷凝侧模块由冷凝侧风机、DX压缩机、热管动力循环泵、冷凝换热器、冷凝控制部分及其系统阀件组成，年PUE小于1.24。

经验分享：

（1）利用自然冷源，实现节能降耗；

（2）可选择多种制冷方式对制冷剂进行冷却，如：完全自然冷却、部分自然冷却、压缩机制冷、蒸发冷却等；

（3）模块化部署，多台并联，节省物理空间；

（4）室外采用蒸发式冷凝器，冷却效果更好；

（5）由于室内机采用多联机系统，结构比较复杂，对运维要求高。

4、蒸发冷却新风系统

技术原理：

主要依托蒸发冷却技术，利用水蒸发吸热的效应来冷却空气，通过水与空气间的热湿交换，空气的显热转变为水的潜热，从而实现对空气的冷却降温。

经验分享：

（1）根据制冷原理，该系统水蒸发量大，故而带走的热量大，节能率可达80%，投资回报周期相对较短；

（2）采用特殊材料制作湿帘，使用寿命长，便于运维；

（3）该技术以水蒸发带走热量为核心，因此更适用于空气干燥的地区。蒸发冷却过程中空气越干燥，干湿球温差越大，“干空气能”的利用率越高，能获得的温度就越低（干空气能即干燥空气所具有的能量。空气越干燥，吸收水分的能力越强）；

（4）由于水蒸发量大，年用水量大，需具备稳定可靠的水源支持。

5、复合冷源热管冷却空调技术

技术原理：

复合冷源热管冷却为热管末端提供液态制冷剂，其在末端吸热蒸发变成气态，通过管路流向机房外复合冷源热管冷却空调内，并在复合冷源热管冷却空调内凝结成液态。

复合冷源热管冷却技术工作原理

经验分享：

（1）复合冷源，可利用自然冷源实现节能降耗；

（2）多种冷源结合使用，可灵活应对不同使用场景及环境变化；

（3）不需要冷冻水，可解决无冷冻水或不具备建立冷冻站的条件等问题，适用于中小型新建和改造的数据中心；

（4）对热管背板的运行维护要求较高。

6、气泵/氟泵一体型空调机组

技术原理：

将蒸汽压缩制冷技术、气泵驱动热管技术以及液（氟）泵驱动热管技术进行融合，设备采用一体化设计，并使用新的送回风方式，可实现灵活部署，如侧装、顶装等多种安装方式，并能根据室外温度切换不同运行模式。

经验分享：

（1）一体型把传统氟泵/气泵空调中的室内机和室外机组合在一起，缩短了两种换热器之间的距离，减少了中间连接部分，降低了故障风险；

（2）氟泵/气泵和压缩机相互配合，可实现多种制冷模式（完全自然冷/混合制冷/机械制冷），部分还可实现热能回收功能；

（3）工厂预制，节省现场加工时间及成本；

（4）不需要用冷却水及冷冻水，适用于水资源匮乏地区；

（5）由于单台制冷量限制，大型及超大型数据中心需要配置的设备数量较多，不便于安装和运维；

（6）一体机由于其技术特点，一般紧靠机房，并采用侧面或顶部安装方式，对机房物理结构和安装位置的设计有较高要求。

7、智能免维护湿膜新风机组

技术原理：

通过与数据中心空调联动，优先引入经滤芯净化和湿膜加湿系统净化、降温处理过的自然冷源——新风（温度下降4-10℃），把数据中心的热量通过排风系统排出。

智能免维护湿膜新风机组工作原理

经验分享：

（1）在气温常年较低的地区，该技术可持续引入室外新风进行使用，并智能调节风量，减少空调使用时间，实现节能降耗；

（2）净化滤芯使用寿命长、易打理，有自清洁系统自动清理附着杂质；

（3）对环境及气候有要求，虽配置自动清洁滤芯，但也不能在空气质量过于恶劣时使用。

参考资料：

《中国数据中心冷却技术年度发展研究报告（2022）》

《国家通信业节能技术产品应用指南与案例（2021）——绿色数据中心高效冷源技术产品》

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