精数据中心冷却大全

　　数据中心有多种冷却方式，这里对这些方式进行罗列，通过动图方式进行简单介绍：
　　一、风冷机房空调
　　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，如图1。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。
　　图1 风冷机房空调典型结构
　　1.2 送风方式：常规分为上送风方式（图2），风管送风方式（图3）和地板下送风（图4）：
　　图2 上送风方式
　　图3 风管上送风
　　图4 地板下送风
　　1.3 典型布置：为了优化气流和进一步提升冷却，采用下送风并进行冷池约束是比较通用的一种方式，如图5
　　图5 房间级空调典型气流
　　1.4 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
　　图6 数据中心风冷空调布置
　　1.5 内机方式：除房间级空调外，还有风冷行间空调和柜级空调，这种方式，可以降低气流的输配距离，减少风机耗电，行间空调配合冷热池封闭可以取得较好的冷却效果，图7，如果不封闭如图8。
　　图7 行间空调+热池封闭
　　图8 风冷行间空调
　　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，图9
　　图9 柜级空调
　　1.6 风冷机房空调优缺点
　　优点：系统简单、完全独立，投资低，分期建设方便，无单点故障，可靠性高。缺点：外机数量多；涡旋压缩能效低于离心机；外机风冷散热，大规模布置不宜，夏天容易高压；整体能效不高。适合：中小型数据中心。
　　二、集中水冷冷冻水型空调
　　水冷冷冻水系统包含两个水系统，冷却水系统和冷冻水系统，系统主要由水冷冷水机组、冷冻水泵、冷却塔、冷却水泵、水处理设备、定压补水系统、冷冻水空调末端及管路阀门等组成，如图11
　　图11 水冷冷冻水空调
　　2.1 压缩机，水冷冷冻水系统一般采用大型冷冻机组，冷量较大的选用离心机组以获得较好的能效比，图12，部分中型数据中心也会选用螺杆机组，图12
　　图12 离心机组工作原理
　　图13 螺杆机工作原理
　　2.2板换：为了进一步提升能效，降低能耗，也会选配板换系统，图14，当环境温度较低时，开启板换自然换热。
　　图14 板换工作原理
　　2.3 末端方式：冷冻水空调末端也分为房间级（图15）、行间级（图16）和柜级空调。
　　图15 冷冻水房间级架构
　　图16 冷冻水行间架构
　　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（图17）和立式（图18）
　　图17 顶置空调
　　图18 顶置柜级空调
　　2.4 冷却塔：冷却塔有开塔、闭塔，有横流和逆流之分，数据中心冷却塔一般选用钢塔，图19 为横流开式钢塔。
　　图19 冷却塔
　　2.5 循环水泵：水泵是一种把机械能转换为液体能量、让水在水系统中循环起来的装置，冷冻水和冷却水的循环都是通过水泵来进行的，常见循环水泵有端吸泵和双吸泵，如图20。，
　　图20 循环水泵
　　2.6 蓄冷罐：考虑市电中断后，冷冻机组从开机到正常运作需要一定的时间，故必须进行一定数量的冷冻水量储备，如建立蓄冷罐或者蓄冷池，确保机房设备安全运行。蓄冷罐有开式和闭式之分，闭罐又分为立式和卧式，如图21
　　图21 卧式蓄冷罐
　　2.7系统特点：优点：采用冷却塔散热，占地面积小且散热效果好；离心压缩能效高；冬季情况下使用板换可以实现免费供冷。缺点：系统构成复杂，投资大，有冷却和冷冻两个水系统，建设实施和运行维护复杂；水系统可靠性低，存在水浸机房可能；存在单点故障，需采用设备备份、环网或者双系统来解决可靠性问题。常见布置：冷机能效高，终期负荷配备板换自然冷却可以取得较好的能效，是目前大型数据机房中心普遍采用的方案。
　　三、集中风冷冷冻水空调系统
　　只有一个冷冻水系统，在壳管蒸发器内，冷冻水与冷媒进行热交换，冷媒系统吸收水中的热负荷，使水降温产生冷冻水﹐通过压缩机的作用使热量带到翅片式冷凝器，再由散热风扇散失到外界的空气中，也就是风冷却，如图31。
　　图21 风冷冷冻水空调原理
　　3.1系统组成：系统主要由风冷冷水机组、循环水泵、定压系统、冷冻水空调末端及管路阀门等组成，如图22。
　　图22 风冷冷冻水空调系统架构
　　3.2系统特点：优点：只有一个冷冻水系统，系统简单，运维方便；在冷冻水系统中加入防冻液，可以解决低温情况下的防冻问题。缺点：风冷机组满负荷能效低于水冷机组，外机采用风冷，夏季易高压。场景：在冷冻水系统加入防冻液可以防冻，故适合夏季气温不高，冬季气温低的东北、西北等极寒区域的数据中心。
　　四、水冷氟系统（集中冷却水空调系统）
　　只有一个冷却水系统，主要由冷却塔（推荐闭式）、冷却水泵、定压系统、壳管换热器、机房空调内机及管路阀门等组成，图23。
　　图23 集中冷却水空调系统原理
　　4.1系统特点：优点是系统简单，只有一个冷却水系统，建设维护方便；采用壳管换热，水管不进机房；采用冷却塔散热，解决普通风冷空调外机无法布置和夏季散热不良问题；部分负荷和满负荷情况下能效均较高。缺点：存在单点故障，需采用设备备份、环网或者双系统来解决可靠性问题。场景：适合大中型数据中心
　　五、双冷源空调
　　为了安全，部分数据中心有时还会选用双冷源空调，双冷源也有多种形式，有风冷/冷冻水/冷却水等方式，其中最常见的是风冷/水冷冷冻水型（图24）和风冷/风冷冷冻水（图25）等方式
　　图24 风冷/冷冻水双冷源空调
　　图25 风冷/风冷冷冻水双冷源空调
　　五、液体冷却技术
　　液冷技术，就是通过液体直接冷却设备，液体将设备发热元件产生热量直接带走；按照液体与发热器件的接触方式，大致分为冷板式、喷淋式和全浸没式
　　1、冷板式：就是将液冷冷板固定在服务器的主要发热器件上，依靠流经冷板的液体将热量带走达到散热的目的，如图24。
　　图24 冷板式液冷
　　2、喷淋式：就是在机箱顶部储液和开孔，根据发热体位置和发热量大小不同，让冷却液对发热体进行喷淋，达到设备冷却的目的，图25
　　图25 喷淋式液冷
　　3、浸没式液冷：将发热元件直接浸没在冷却液中，依靠液体的流动循环带走服务器等设备运行产生的热量。室外散热可以采用干冷器（图26）和冷却塔等（图27）形式；
　　图26 全浸没液冷一
　　图27 全浸没液冷二