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数据中心常见冷却方式介绍

数据中心机房内部温湿度环境的控制要依靠室内空调末端得以实现，机房专

用精密空调具有高效率、高显热比、高可靠性和灵活性的特点，能满足数据中心

机房日益增加的服务器散热、湿度恒定控制、空气过滤及其他方面的要求。数据

中心传统冷却方式主要有：风冷型直接蒸发式空调机组、水冷型直接蒸发式空调

机组、冷冻水型空调系统、双冷源空调系统。

传统数据中心冷却方式存在传热效率低、局部热点难以消除以及制冷系统能

耗大等问题。针对常规机房能耗较高及使用局限性的问题，数据中心行业新型的

冷却方式被越来越开发及使用。新型的冷却方式有：风侧自然冷却技术、水侧自

然冷却技术和热管自然冷却技术等。下面分别介绍这几种数据中心传统与新型的

冷却方式。

1.风冷型直接蒸发式空调系统

风冷型直接蒸发式空调系统如图一所示，机组主要有框架、压缩机、蒸发器、

冷凝器、电子调节阀、室内风机、室外风机、机组控制系统、温湿度传感器等组

成室外侧翅片换热器作为冷凝器，室内侧翅片换热器作为蒸发器，压缩机排出的

制冷剂高温气体在室外侧翅片换热器冷凝成液体后，经膨胀阀节流降压成为低温

气液混合体，再流入室内侧翅片换热器，吸收热量蒸发后回到压缩机，完成一个

制冷循环;同时，从室内来的回风经过室内侧蒸发器后则被冷却降温，处理后的

冷风由室内侧风机再送入室内。

2.水冷型直接蒸发式空调系统

水冷型直接蒸发式空调系统，室内机配置水冷冷凝器，由室外冷却塔提供冷

却水。机组冷凝器、蒸发器均在室内机组内，制冷循环系统管路短。风冷型与水
冷型直接蒸发式空调系统的主要区别在于冷凝器的冷却方式。所有机组的冷却水

可以做到一个系统当中，由水泵为冷却水循环提供动力。

3.冷冻水型空调系统

冷冻水型精密空调系统一般由冷水机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、冷

冻水型精密空调、管路及附件组成。冷冻水型空调机组，采用冷水机组或板式换

热器提供冷冻水，对机房进行温湿度控制。冷冻水型精密空调具有高能效、结构

紧凑、可远距离输送冷量的特点。

4.双冷源空调系统

风冷/冷冻水系统分别由风冷直接蒸发制冷系统和冷冻水盘管组成。机组运

行时优先使用冷冻水系统，当冷冻水系统无法满足制冷需求或冷冻水中断时，机

组控制器自动启动风冷型制冷系统。水冷双冷源系统与风冷双冷源系统结构类似，

系统由两个制冷盘管组成，由水冷直接蒸发制冷系统和冷冻水系统两个独立的制

冷系统组成，通过控制器控制系统运行，两套系统互为备份。

5.风侧自然冷却系统

直接新风自然冷却系统，即当外界空气满足数据中心的温度要求时，直接引

进外界满足温度条件的外界空气或通过使用换热器使得室外冷风与室内热风进

行换热对数据中心进行冷却，从而节省了制取冷源的功耗，提高了整个系统的能

耗。直接风侧自然冷却技术要求外界空气满足温湿度要求，因此需要添加过滤装

置和加除湿设备满足数据中心环境对湿度、洁净度及污染物浓度的要求。

6.水侧自然冷却系统

水侧自然冷却技术既包括直接利用自然环境中低温水的直接水侧自然冷却

方式，还包括通过冷却塔或者干冷器利用冷空气获得低温水的冷却方式。采用水
侧自然冷却方式时，冷水机组不再使用，大大降低制冷系统能耗，提升系统的整

体能效。在配备板式换热器的水侧自然冷却系统中，在室外空气湿球温度较低时，

冷却水通过冷却塔塔后温度降低，与机房区高温冷冻水回水在板式换热器内进行

热量交换，从而制取低温冷冻水，实现对数据中心的冷却。

7.热管冷却系统

独立热管系统能通过热管提供冷量，无需机械制冷实现机房冷却。典型的热

管冷却系统由蒸发器、冷凝器、气管以及液管组成。制冷剂在蒸发器中气化吸收

室内传导过来的热量，后经气体总管输送至冷凝器散热冷凝为液体，在重力作用

下流回蒸发器，再次蒸发吸热，完成热量输送过程，机房产生的热量通过热管系

统传递给室外环境。受到外界环境温度条件的限制，独立热管机组需要配合蒸汽

压缩循环制冷系统使用。

8、总结

1）冷冻水型精密空调利用冷水机做为集中冷源，冷水机组能效较高；冷冻

水型精密空调无室外机，其冷水机组的冷却塔集中放置，节省安装空间；冷冻水

型精密空调的冷冻水输送采用水泵作为输送动力，可远距离输送冷冻水至各个机

房空调。

2）更高效的冷冻水型末端设备比如顶置盘管、冷水背板等可近距离为机柜

服务器精确制冷，大幅度提高冷源利用效率。由于冷冻水盘管与机柜服务器距离

过近，存在漏水影响机房安全的风险，目前应用范围较小。

3）间接式自然冷却技术占地面积和投资较大，自然冷却时间有限，目前更

多采用直接空气侧自然冷却。直接式自然冷却技术对室外环境的洁净度要求较高，

在空气洁净的地区效果理想。
4）热管式自