几种数据中心典型的制冷技术

原标题：“这么热这么热，谁给我升级空调！！！”

炎炎夏日，一边吃着西瓜，一边吹着空调上网，是一件非常惬意的事情。 你有没有想过，在网络的另一边，大量的服务器正在不间断地为我们服务。 他们一天24小时工作，一刻也离不开空调。

今天先生就带大家了解一下数据中心的几种典型冷却技术。

1、机械风冷制冷

2005年之前，在网络业务发展初期，数据中心的算力规模较小，数据中心主要采用机械风冷空调进行制冷。 此类空调的基本工作原理与家用空调相同。 它主要是利用压缩机的机械功来改变制冷剂的状态来进行冷却。 制冷原理如下图所示。

1、压缩机将气态制冷剂压缩成高温高压状态。

2、高温高压的气态制冷剂通过冷凝器时，由于环境温度低于制冷剂的沸点，因此冷凝成液态，同时向环境释放热量。

3、从冷凝器出来的液态制冷剂经过膨胀阀节流减压，然后进入蒸发器。

4、进入蒸发器后，由于环境温度高于制冷剂的沸点，液态制冷剂蒸发成气态，同时从环境中吸收热量达到制冷目的。

上述过程是循环的，利用了制冷剂气态和液态转换过程中冷凝放热和蒸发吸热的原理。

机械式风冷空调实际安装部署时，通常将冷凝器部署在室外进行散热，将蒸发器、膨胀阀、压缩机部署在室内对设备进行冷却。 如下所示。

机械风冷空调的每台机组相对独立控制和运行，安装和维护也比较简单。 同时，制冷效率比较低，室外机会占用较大的空间。

2.冷冻水制冷

2005年至2015年，随着互联网和移动互联网业务的爆发，数据中心的计算能力不断增强，冷冻水系统开始逐步应用。 冷冻水系统以机械风冷式制冷循环为基础，冷却水循环与冷冻水循环叠加实现制冷。 原理如下图所示。

1、制冷剂循环：与机械风冷制冷相同，在蒸发器处制冷产生冷量，在冷凝器处加热产生热量。

2、冷冻水循环：水泵中的水带动管道与蒸发器进行热交换，得到冷冻水，将冷量输送到空气处理机组。

3、空气循环：空气处理机组与冷冻水进行热量交换，得到冷空气，然后送入房间，达到制冷的目的。

4、冷却水循环：泵内的水带动管道与冷凝器进行热交换，得到网冷却水，将热量带到冷却塔，通过冷却塔释放热量。

冷冻水空调系统实际安装部署时，通常将压缩机、冷凝器、蒸网发器、膨胀阀等集成部署在建筑物内进行制冷，冷却塔部署在屋顶进行散热。 如下所示。

冷冻水系统制冷量更大、能效更高、稳定性更高，为多个终端提供集中制冷。 同时，由于水管数量较多，在安装和部署过程中需要进行大量的焊接作业。

3、间接蒸发冷却

2005年至2015年，随着互联网和移动互联网业务的爆发，数据中心的算力规模进一步提升，间接蒸发制冷系统开始逐步应用。 间接蒸发冷却采用非直接接触式热交换器，在外部自然冷空气与数据中心热回风之间进行热量交换。 原理如下图所示。

1、外部自然空气（二次空气）从底部进入，经过热交换器，从顶部排出。

2、数据中心内的空气（一次风）从水平方向进入空气，通过热交换器与二次风进行热量交换，达到制冷的目的。

间接蒸发冷却空调集成了多种工作模式并提供不同的制冷级别。

干燥模式

当二次风温度较低时，可直接与一次风进行热交换，实现制冷。

湿模式

当二次空气温度较高时，通过喷水对二次空气进行加湿，使二次空气蒸发并冷却，然后与一次空气进行热交换，实现制冷。

混合模式

在干式和湿式的基础上，增加了传统的机械风冷系统作为辅助冷却方式。

间接蒸发冷却空调在实际安装部署时，通常部署在数据中心的侧面或顶部。 如下所示。

间接蒸发制冷将自然冷源制冷与蒸发制冷技术相结合，增加自然冷却时间，进一步提高制冷效率。 同时，基于间接蒸发制冷的产品逐渐预制化、模块化，安装部署更加便捷。

4、液冷制冷

说到液冷，你是否会想到谷歌、微软等公司直接将数据中心放置在海里或者山洞里，或者DIY酷炫的液冷机箱。 2020年后，数据中心算力的持续增长，使得传统风冷方式的散热逼近瓶颈，散热效率更高的液冷技术逐渐出现。 原理如下图所示。

液冷通常有以下三种方式：

冷板液冷

加热装置的热量通过液冷板间接传递给循环管道中的冷却液体，将热量带走。

浸没式液体冷却

直接采用冷却液作为传热介质，加热元件完全“冒泡”在冷却液中，通过直接接触进行热量交换。

喷雾液体冷却

通过喷射冷却液来散发发热部件的热量。

液冷制冷系统实际安装部署时，冷却塔通常部署在室外，机柜内的CDU（Unit，冷却分配单元）和液冷装置部署在室内，由空气补充冷量- 冷却空调。 原理如下图所示。

液冷技术得益于液体比气体具有更高的比热容，具有更高的散热效率。 液冷制冷采用液体代替传统空气散热，直接高效冷却C网PU等高发热部件。 液冷系统仅需要水泵等少量耗能部件，节能效果显着。

总结

这就是今天的全部内容。 文件君和大家简单总结一下四种制冷技术。

制冷技术

应用场景

冷却效率

部署和运营

机械风冷制冷

小型数据中心

降低

更轻松

冷冻水制冷

中型和大型数据中心

高的

相当复杂

间接蒸发冷却

微模块/集装箱数据中心

更高

更轻松

液体冷却

大型数据中心

很高

相当复杂

数据中心节能降耗的基本需求没有改变，制冷技术一直朝着更加绿色的方向发展。 未来的制冷技术会是什么样子？ 感兴趣的粉丝可以给Docs先生留言，谈谈你眼中的制冷技术的发展方向。