1 水冷冷水机组+水侧节能器(板换)
　　
　　采用水冷空调系统,当室外环境温度较低时,可以关闭制冷机组,采用板式换热器进行换热,称为水冷自然冷却。这样减少了开启冷机的时间,减少大量能源消耗。简单来说,就是在冷机蒸发器前串联一个板式换热器,冷冻水回水先经过板换,然后与冷塔出来的冷却水进行热交换,冷冻水在板换处得到预冷,再进入冷机,从而降低冷负荷,直至冷机停止运行。系统的原理图如图1所示。
　　
　　水冷冷水机组+水侧节能器有三种工作方式:
　　
　　①夏季制冷模式
　　
　　夏天完全靠冷冻机制冷,通过阀门控制使板换不工作,如图2所示。
　　
　　②春秋季制冷模式
　　
　　春秋季节部分自然冷却,如图3所示。这时冷却水和冷冻水要首先经过板换,然后再经过冷水机组,阻力要大一些,水泵的扬程在设计时相应要大一些。
　　
　　③冬季制冷模式
　　
　　冬天完全自然冷却,冷机关闭,通过阀门控制冷冻水和冷却水只通过板换,如图4所示。
　　
　　水冷自然冷却由于只需要增加一台不需要动力的板式换热器,投资和占地都比较少,是我们推荐的大型数据中心最佳免费制冷节能方案。该水冷系统的节能效果在北方寒冷地区较明显。但由于耗水量大,不适合缺水地区。
　　
　　2 风冷冷水机组+水侧节能器(空气冷却盘管)
　　
　　在风冷冷水机组的蒸发器前串联一个空气冷却盘管,冷冻水回水先进入盘管再与室外冷空气进行热交换。冷冻水在盘管中先预冷,再进入冷机,降低冷机负荷,节约冷机能耗。该系统属于无冷却水系统(省去了冷塔,冷却水泵及相关管道阀门),比水冷冷机系统简单,且不需要大量补水,一旦停水不会对系统运行造成威胁,适合缺水地区。制冷效率较水冷机组低。
　　
　　风冷冷水机组+水侧节能器有两种工作模式,即夏季工况(见图5)和冬季工况(见图6)。
　　

　　3 风冷冷水机组或水冷机组+风侧直接自然冷却
　　
　　当室外空气参数满足服务器进风要求时,利用空气机组将室外的空气不经过温度处理直接送入服务器机房。当室外空气参数不能满足服务器对进风参数的要求时,关闭室外新风口,启用备用冷源——水冷冷冻水系统或者风冷冷水机组为服务器机房供冷。
　　
　　风侧直接自然冷却的原理图如图7所示。
　　
　　这种类型的节能冷却模式PUE值低,在北方地区可达约1.3,并且无需高架地板,降低了层高。但是由于空气质量问题,会使得过滤空气的材料消耗极大,而且即便已经经过过滤,但是不能完全消除颗粒,比如防止烟雾和化学气体进入数据中心。因此,这种冷却方式对自然环境要求较高。对于大型数据中心,由于距离远,风量特别大,这样就需要很大的风道,风机的电能消耗也非常大。实际的设计和安装也是很困难的事。
　　
　　4 风冷冷水机组或水冷机组+风侧间接自然冷却(转轮或热管散热)
　　
　　当室外空气条件在设定值范围内时,间接风侧节能冷却模式利用室外空气间接为数据中心制冷。板换热交换器、热轮换热器和热管是三种常见的隔离技术,可隔离室外湿度的影响并防止室外污染物进入IT空间。这种类型的节能冷却模式PUE值低,进口的转轮热交换效率高,控制系统自带,较成熟,而且无室外空气直接进入机房,空气净化成本较低,无需进行化学过滤。但是对于热轮换热器或热管及其控制系统采购渠道单一,成本高昂,投资回收期较长。并且占地面积过大,布置困难。国内数据中心采用此种制冷方式较少。风侧间接自然冷却原理图如图8所示。
　　
　　5 风冷或水冷冷机+风侧干冷器+双盘管精密空调
　　
　　末端采用双盘管精密空调,一个盘管接干冷器,一个盘管接冷水机组。干冷器盘管对回风进行预冷,减轻冷机负载。这种制冷方式实际上也是风侧自然冷却的一种形式，节能效果好，投资适中，在缺水的地区采用风冷冷机的情况下，可以以较小投资取得不错的投资效果。
　　
　　图9为干冷器+双盘管精密空调原理图。
　　
　　6 液冷
　　
　　根据液体冷媒和发热源的接触方式,分为浸没式(直接接触,见图10)和冷板式(间接接触,见图11)。浸没式液冷就是把所有的热源浸没在冷媒液体里,通过液体的蒸发或者流动把热量带走。冷板式液冷是把一个装有液体的腔体和热源接触,通过腔体内液体的流动,将热量带走。冷板式液冷由于增加了传热过程热阻,传热温差增大,制冷效果逊于浸没式液冷。液冷更适用于高功率密度和全新的服务器架构设计,由于液冷服务器无法兼容现在主流的风冷服务器的架构和设计,改造难度较大,成本较高,目前液冷技术应用并不广泛。
　　

　　7 结束语
　　
　　简述了数据中心几种常见的冷源方案。用户需要根据自己的需求及相关的环境条件,综合考虑来选择属于自己的最佳解决方案。
　　
　　作者简介
　　
　　于洪爽,女,天津蓟县人,1984年4月生。长沙理工大学能源与动力工程学院硕士研究生。专业:供热、供燃气、通风及空调工程。现就职于紫光华山科技服务有限公司。
　　
　　编辑：Harris