幾種數(shù)據(jù)中心典型的制冷技術(shù)

原文標(biāo)題：《好熱好熱，誰(shuí)來(lái)給我升級(jí)一下空調(diào)啊?。。　?/span>

夏日炎炎，吃著西瓜吹著空調(diào)上著網(wǎng)是一件非常愜意的事。你有沒(méi)有想過(guò)，就在網(wǎng)絡(luò)的那一邊，大量服務(wù)器正在馬不停蹄地為我們服務(wù)。它們 24 小時(shí)不停歇的工作，更是一刻離不開(kāi)空調(diào)。

今天文檔君帶大家一起了解幾種數(shù)據(jù)中心典型的制冷技術(shù)。

1.機(jī)械風(fēng)冷式制冷

2005 年前，屬于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)發(fā)展初期，數(shù)據(jù)中心的算力規(guī)模還比較小，數(shù)據(jù)中心主要采用機(jī)械風(fēng)冷式空調(diào)制冷。這種空調(diào)的基本運(yùn)行原理與家用空調(diào)原理相同，主要通過(guò)壓縮機(jī)機(jī)械做功改變制冷劑的狀態(tài)來(lái)制冷，制冷原理如下圖所示。

1、壓縮機(jī)將氣態(tài)制冷劑壓縮為高溫高壓狀態(tài)。

2、高溫高壓的氣態(tài)制冷劑經(jīng)過(guò)冷凝器時(shí)，由于環(huán)境溫度低于制冷劑的沸點(diǎn)溫度，冷凝成為液態(tài)，同時(shí)向環(huán)境放熱。

3、冷凝器出來(lái)的液態(tài)制冷劑經(jīng)過(guò)膨脹閥節(jié)流降壓，進(jìn)入蒸發(fā)器。

4、進(jìn)入蒸發(fā)器后，由于環(huán)境溫度高于制冷劑沸點(diǎn)溫度，液態(tài)制冷劑蒸發(fā)成為氣態(tài)，同時(shí)從環(huán)境吸熱，到制冷目的。

以上過(guò)程循環(huán)往復(fù)，利用了制冷劑的氣態(tài)和液態(tài)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，冷凝放熱和蒸發(fā)吸熱的原理。

機(jī)械風(fēng)冷式空調(diào)實(shí)際安裝部署時(shí)，通常將冷凝器部署在室外進(jìn)行散熱，蒸發(fā)器、膨脹閥和壓縮機(jī)部署在室內(nèi)為設(shè)備制冷。如下圖所示。

機(jī)械風(fēng)冷式空調(diào)每臺(tái)機(jī)組相對(duì)獨(dú)立控制和運(yùn)行，安裝和維護(hù)比較簡(jiǎn)單，同時(shí)制冷效率比較低，室外機(jī)也會(huì)占用較大場(chǎng)地。

2.冷凍水制冷

2005-2015 年間，隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)爆發(fā)，數(shù)據(jù)中心的算力規(guī)模增大，冷凍水系統(tǒng)開(kāi)始逐漸應(yīng)用。冷凍水系統(tǒng)在機(jī)械風(fēng)冷式制冷循環(huán)基礎(chǔ)上，疊加了冷卻水循環(huán)和冷凍水循環(huán)實(shí)現(xiàn)制冷，原理如下圖所示。

1、制冷劑循環(huán)：與機(jī)械風(fēng)冷式制冷相同，蒸發(fā)器處制冷產(chǎn)生冷量，冷凝器處制熱產(chǎn)生熱量。

2、冷凍水循環(huán)：水泵驅(qū)動(dòng)管路中的水與蒸發(fā)器換熱，得到冷凍水，冷凍水載送冷量到空氣處理機(jī)組。

3、空氣循環(huán)：空氣處理機(jī)組與冷凍水換熱，得到冷風(fēng)，向室內(nèi)送風(fēng)，達(dá)到制冷目的。

4、冷卻水循環(huán)：水泵驅(qū)動(dòng)管路中的水與冷凝器換熱，得到冷卻水，冷卻水載送熱量到冷卻塔，熱量通過(guò)冷卻塔釋放出去。

冷凍水空調(diào)系統(tǒng)實(shí)際安裝部署時(shí)，通常壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器、膨脹閥等集成部署在建筑內(nèi)制冷，冷卻塔部署在樓頂散熱。如下圖所示。

冷凍水系統(tǒng)制冷容量更大，能效和穩(wěn)定性更高，集中為多個(gè)末端供冷，同時(shí)由于水管管路較多，安裝部署時(shí)需要大量焊接操作。

3.間接蒸發(fā)制冷

2005-2015 年間，隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)爆發(fā)，數(shù)據(jù)中心的算力規(guī)模進(jìn)一步增加，間接蒸發(fā)制冷系統(tǒng)開(kāi)始逐漸應(yīng)用。間接蒸發(fā)制冷通過(guò)非直接接觸式換熱器，實(shí)現(xiàn)外部自然冷風(fēng)與數(shù)據(jù)中心熱回風(fēng)進(jìn)行熱交換。原理如下圖所示。

1、外部自然空氣（二次空氣）從底部進(jìn)風(fēng)，經(jīng)過(guò)換熱器，從頂部出風(fēng)。

2、數(shù)據(jù)中心空氣（一次空氣）從水平進(jìn)風(fēng)，經(jīng)過(guò)換熱器與二次空氣換熱，達(dá)到制冷目的。

間接蒸發(fā)制冷空調(diào)集成有多種工作模式，提供不同的制冷級(jí)別。

干模式

當(dāng)二次空氣溫度較低時(shí)，可以直接與一次空氣換熱實(shí)現(xiàn)制冷。

濕模式

當(dāng)二次空氣溫度較高時(shí)，通過(guò)噴淋水加濕二次空氣，使二次空氣蒸發(fā)后降溫，再與一次空氣換熱實(shí)現(xiàn)制冷。

混合模式

在干模式和濕模式的基礎(chǔ)上，再增加傳統(tǒng)機(jī)械風(fēng)冷系統(tǒng)作為輔助制冷手段。

間接蒸發(fā)制冷空調(diào)實(shí)際安裝部署時(shí)，通常部署在數(shù)據(jù)中心的側(cè)面或者頂端。如下圖所示。

間接蒸發(fā)制冷結(jié)合了自然冷源制冷與蒸發(fā)制冷技術(shù)，增加自然冷卻時(shí)間，進(jìn)一步提高了制冷效率。同時(shí)基于間接蒸發(fā)制冷實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)品也逐漸預(yù)制化、模塊化，安裝部署更便捷。

4.液冷制冷

提到液冷，大家是否聯(lián)想到谷歌微軟等公司直接將數(shù)據(jù)中心放在海里面或者放在山區(qū)洞穴里的實(shí)踐，或者 DIY 的酷炫液冷機(jī)箱。2020 年后，數(shù)據(jù)中心內(nèi)算力的不斷增長(zhǎng)，導(dǎo)致傳統(tǒng)風(fēng)冷方式散熱已經(jīng)接近瓶頸，具有更高散熱效率的液冷技術(shù)開(kāi)始逐漸興起。原理如下圖所示。

液冷制冷通常有三種方式：

冷板式液冷

通過(guò)液冷板將發(fā)熱器件的熱量間接傳遞給循環(huán)管路中的冷卻液，并將熱量帶走。

浸沒(méi)式液冷

直接以冷卻液作為傳熱介質(zhì)，發(fā)熱器件完全“泡”在冷卻液中并通過(guò)直接接觸熱交換。

噴淋式液冷

通過(guò)噴淋冷卻液方式為發(fā)熱器件散熱。

液冷制冷系統(tǒng)實(shí)際安裝部署時(shí)，通常冷卻塔部署在室外，CDU（Cooling Distribution Unit，冷量分配單元）和機(jī)柜內(nèi)液冷器件部署在室內(nèi)，并通過(guò)風(fēng)冷空調(diào)補(bǔ)充冷量。原理如下圖所示。

液冷技術(shù)得益于液體比氣體的比熱容高，具有更高的散熱效率。液冷制冷是用液體代替?zhèn)鹘y(tǒng)空氣散熱，直接對(duì) CPU 等高發(fā)熱器件高效制冷。液冷系統(tǒng)僅需要水泵等少量耗能元件，節(jié)能效果顯著。

總結(jié)

今天的內(nèi)容就是這些。文檔君和大家一起來(lái)簡(jiǎn)單總結(jié)一下四種制冷技術(shù)。

數(shù)據(jù)中心節(jié)能降耗的基本需求沒(méi)有變，制冷技術(shù)也一直在向著更加綠色的方向不斷前進(jìn)。未來(lái)的制冷技術(shù)，會(huì)是什么樣子，感興趣的粉絲可以給文檔君留言，聊聊你眼中的制冷技術(shù)發(fā)展方向。

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