几种数据中心典型的制冷技术

原文标题：《好热好热，谁来给我升级一下空调啊！！！》

夏日炎炎，吃着西瓜吹着空调上着网是一件非常惬意的事。你有没有想过，就在网络的那一边，大量服务器正在马不停蹄地为我们服务。它们 24 小时不停歇的工作，更是一刻离不开空调。

今天(2023年07月16日)文档君带大家一起了解几种数据中心典型的制冷技术。

1.机械风冷式制冷

2005 年前，属于网络业务发展初期，数据中心的算力规模还比较小，数据中心主要采用机械风冷式空调制冷。这种空调的基本运行原理与家用空调原理相同，主要通过压缩机机械做功改变制冷剂的状态来制冷，制冷原理如下图所示。

1、压缩机将气态制冷剂压缩为高温高压状态。

2、高温高压的气态制冷剂经过冷凝器时，由于环境温度低于制冷剂的沸点温度，冷凝成为液态，同时向环境放热。

3、冷凝器出来的液态制冷剂经过膨胀阀节流降压，进入蒸发器。

4、进入蒸发器后，由于环境温度高于制冷剂沸点温度，液态制冷剂蒸发成为气态，同时从环境吸热，到制冷目的。

以上过程循环往复，利用了制冷剂的气态和液态转换过程中，冷凝放热和蒸发吸热的原理。

机械风冷式空调实际安装部署时，通常将冷凝器部署在室外进行散热，蒸发器、膨胀阀和压缩机部署在室内为设备制冷。如下图所示。

机械风冷式空调每台机组相对独立控制和运行，安装和维护比较简单，同时制冷效率比较低，室外机也会占用较大场地。

2.冷冻水制冷

2005-2015 年间，随着互联网（Internet）和移动互联网（Internet）业务爆发，数据中心的算力规模增大，冷冻水系统开始逐渐应用。冷冻水系统在机械风冷式制冷循环基础上，叠加了冷却水循环和冷冻水循环实现制冷，原理如下图所示。

1、制冷剂循环：与机械风冷式制冷相同，蒸发器处制冷产生冷量，冷凝器处制热产生热量。

2、冷冻水循环：水泵驱动管路中的水与蒸发器换热，得到冷冻水，冷冻水载送冷量到空气处理机组。

3、空气循环：空气处理机组与冷冻水换热，得到冷风，向室内送风，达到制冷目的。

4、冷却水循环：水泵驱动管路中的水与冷凝器换热，得到冷却水，冷却水载送热量到冷却塔，热量通过冷却塔释放出去。

冷冻水空调系统实际安装部署时，通常压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀等集成部署在建筑内制冷，冷却塔部署在楼顶散热。如下图所示。

冷冻水系统制冷容量更大，能效和稳定性更高，集中为多个末端供冷，同时由于水管管路较多，安装部署时需要大量焊接操作。

3.间接蒸发制冷

2005-2015 年间，随着互联网（Internet）和移动互联网（Internet）业务爆发，数据中心的算力规模进一步增加，间接蒸发制冷系统开始逐渐应用。间接蒸发制冷通过非直接接触式换热器，实现外部自然冷风与数据中心热回风进行热交换。原理如下图所示。

1、外部自然空气（二次空气）从底部进风，经过换热器，从顶部出风。

2、数据中心空气（一次空气）从水平进风，经过换热器与二次空气换热，达到制冷目的。

间接蒸发制冷空调集成有多种工作模式，提供不同的制冷级别。

干模式

当二次空气温度较低时，可以直接与一次空气换热实现制冷。

湿模式

当二次空气温度较高时，通过喷淋水加湿二次空气，使二次空气蒸发后降温，再与一次空气换热实现制冷。

混合模式

在干模式和湿模式的基础上，再增加传统机械风冷系统作为辅助制冷手段。

间接蒸发制冷空调实际安装部署时，通常部署在数据中心的侧面或者顶端。如下图所示。

间接蒸发制冷结合了自然冷源制冷与蒸发制冷技术，增加自然冷却时间，进一步提高了制冷效率。同时基于间接蒸发制冷实现的产品也逐渐预制化、模块化，安装部署更便捷。

4.液冷制冷

提到液冷，大家是否联想（Lenovo）到谷歌（Google）微软（Microsoft）等公司直接将数据中心放在海里面或者放在山区洞穴里的实践，或者 DIY 的酷炫液冷机箱。2020 年后，数据中心内算力的不断增长，导致传统风冷方式散热已经接近瓶颈，具有更高散热效率的液冷技术开始逐渐兴起。原理如下图所示。

液冷制冷通常有三种方式：

冷板式液冷

通过液冷板将发热器件的热量间接传递给循环管路中的冷却液，并将热量带走。

浸没式液冷

直接以冷却液作为传热介质，发热器件完全“泡”在冷却液中并通过直接接触热交换。

喷淋式液冷

通过喷淋冷却液方式为发热器件散热。

液冷制冷系统实际安装部署时，通常冷却塔部署在室外，CDU（Cooling Distribution Unit，冷量分配单元）和机柜内液冷器件部署在室内，并通过风冷空调补充冷量。原理如下图所示。

液冷技术得益于液体比气体的比热容高，具有更高的散热效率。液冷制冷是用液体代替传统空气散热，直接对 CPU 等高发热器件高效制冷。液冷系统仅需要水泵等少量耗能元件，节能效果显著。

总结

今天(2023年07月16日)的内容就是这些。文档君和大家一起来简单总结一下四种制冷技术。

数据中心节能降耗的基本需求没有变，制冷技术也一直在向着更加绿色的方向不断前进。未来的制冷技术，会是什么样子，感兴趣的粉丝可以给文档君留言，聊聊你眼中的制冷技术发展方向。

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