對于數據中心而言，空調系統是為降低服務器CPU溫度的必配系統，若空調系統供冷中斷，則數據機房送風溫度降急劇升高，造成服務器高溫宕機，影響業務安全。除此之外，根據Uptime報告指出，全球大型數據中心年均PUE為1.59，暖通能耗占比為30%。因此，空調系統能耗是制約數據中心PUE值的關鍵因素。而據中國信通院統計各國家和地區相繼公布碳中和的目標和承諾，美國政府通過DCO數據中心優化倡議、FDCCI美國聯邦數據中心整合計劃、FITARA聯邦政府信息技術采購改革法案等一系列舉措整合和關閉數據中心，已經實現數據中心數量減少7000個，占比約50%。數據中心平均PUE從2.0降低到近一半大型數據中心達到1.5甚至1.4以下。2020年歐盟數據中心能源效率行為準則的最佳實踐指南和歐洲數據中心能源效率現狀白皮書：規范了PUE、SUE、DCIE等指標。歐洲數字戰略和塑造歐洲的數字末來中表示歐洲需要在數據中心和整個電信行業都提高能源效率并使用更多可再生能源，ICT基礎設施和數據中心應確保在2030年之前達到氣候中性 (climate neutral)。2050年成為世界第一個實現氣候中性的大陸。這些國際上數據中心的目標和節能減排實例已經向數據中心行業的發展和未來提出更加嚴苛的要求和期望，綠色、低碳、節能將是數據中心未來發展恒久的主題。

回顧數據中心冷卻技術的發展

一、風冷冷卻技術

? ? 常見的數據中心服務器CPU冷卻形式為風冷，風冷的優點是散熱器與基板（CPU）的裝配具有標準化特征，雖然散熱器的種類形式各異，但在組裝方法上基本可以做到標準化或規范化，有利于大規模生產。而常見的風冷末端空調的布置形式主要有：房間級地板下送風、行列間冷/熱通道封閉、熱管背板等。

? ? 在IT設備中，服務器有內部的風扇通風功能，將設備散發的熱量進行導流而不具備制冷能力，除此外我們需要部署機房冷卻系統，也就是精密空調，以保障服務器良好運行。而就數據中心未來綠色節能的發展趨勢來說，在保障服務器良好運行的基礎上，努力做到更低的PUE才是大勢所趨。降低PUE意味著降低數據中心的能耗，從制冷技術層面來說數據中心要想做到這一點，無論哪一種制冷技術都是為了讓冷卻介質在末端盡可能的貼近設備，減少換熱次數，以便于介質更加高效的與設備進行熱交換，從而提高換熱效率、降低冷損失。

? ? 1、房間級空調采用的彌漫式送風，可謂是“大水漫灌”。從氣流組織管理的角度來說，在機房中安裝的集中空調由于沒有合理導向將冷氣精準的輸配到發熱設備，只有部分冷介質與IT設備產生的熱量進行熱交換，這樣的氣流組織形式只能浪費其余的大部分冷量。這樣的房級空調對數據中心能耗損失較大，進而影響的PUE值只能在2.0～2.5之間徘徊，也就是說這樣的數據中心2度的電能最多只有1度用于IT負載。

? ? 2、老舊的數據機房以及通信間一般使用房間級地板下送風空調，房間級地板下送風空調一般集中布置在空調間內，通過架空地板形成靜壓箱，冷空氣通過架空地板上吹后，經過服務器將CPU降溫后回到空調回風口。房間級下送風空調因輸送距離較長，且在輸送風路上個點靜壓不同，呈先小后大再小的形勢，以此容易造成機房局部熱點的產生。以此，在使用過程中常將房間級空調的風機轉速調大，溫度調低，減少局部熱點的產生，因此往往造成能枆浪費。

? ? 3、新建的數據機房大多采用行列間空調冷通道封閉的形式，近年也有不少工聯網企業提出行列間熱通道封閉的形式。與房間級下送風空調相比，采用行列間空調冷/熱通道封閉的形式可以獲得較高的能效比，使冷量可以更加集中，氣流組織更加均勻。對于行列間空調，機柜的布局方式對氣流組織有較大影響，近年也有很多專家通過CFD模擬對機柜的布置形式對氣流組織的影響做了研究。圖中所展示的，合理的機柜布置可以讓氣流組織更加均勻 ，冷氣更容易進行熱交換。圖示中左側為對立布置服務器的機柜的氣流組織CFD模型 ，右側為交叉布置服務器的機柜氣流CFD模型，不難看出對立布置服務器的機柜氣流組織較為均勻。前面我們提到服務器內部是有內置的風扇來輔助服務器進行散熱，而內置風扇對氣流的調節都是線性的，一般風扇會根據環境溫度和溫差進行啟停維持服務器內部溫度在合適范圍。之所以不能忽略服務器內部的風機對氣流組織的影響，是因為服務器運行過程中風機產生的能耗也算IT負載能耗，降低PUE值不能只關注分子，而忽略分母，降低整體能耗的同時也要想辦法降低IT能耗。??

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二、液冷冷卻技術?

? ? 任何一項技術的迭代和更新優化都是權衡技術本身優點和效益而產生的，而液冷發展的三個核心原因正是風冷冷卻無法做到且對于數據中心未來發展更高期望的具體表現：

1、芯片熱功率已經達到風冷極限350w-400w。

2、國家對數據中心PUE提出了更高的要求，數據中心是能耗大戶，2015年我國數據中心能耗高達1000億千瓦時，降低PUE對節能減排大有裨益。

3、液體比空氣散熱的優勢明顯；同體積液體帶走熱量是空氣的3000倍、液體導熱能力是空氣的25倍、同等散熱水平時，液體系統噪音的比風冷降低10～15db、液冷系統約比風冷系統節點30%。?

? ? 而液冷冷卻技術是如何做到這些的呢，還是那句話無論哪一種制冷技術都是為了讓冷卻介質在末端盡可能的貼近設備。

? ? 現有的液冷技術主要有緊耦合式(間接接觸）液冷技術及浸泡式（直接接觸）液冷技術。緊耩合式液冷技術就是用管道將冷凍液輸送到機柜內部的發熱元器件附近甚至緊貼發熱元器件的散熱片。浸泡式液冷技術就是將服務器浸泡于一種特殊的礦物油或氟利品中進行降溫，此系統對礦物油及氟利昂化學成分、密閉和凈化條件要求非常高。一般單機架功率超12KW建議采用液冷方式，相對于風冷而言，液冷可以效率更高。但液冷服務器均需定制，初始投資高，對建筑物稱承重有一定要求，且后期維保投入大。如華為可拔插型的水冷板液冷服務器，均需要華為專配的蒸餾水。其實這也就體現出液冷技術的一些弊端，比起常規的風冷服務器而言，特殊液冷的服務器會對日常的機房運維工作帶來一定困難。

? ? 冷板式液冷是一種緊耦合式(間接接觸）的液冷技術主要通過3種核心部件來實現末端更加貼近設備，它們分別是cold plate（冷板）、manifold（分歧管）、CDU（冷卻分配裝置）。冷板相當于冷卻系統中的“皮膚”，對于高密散熱的服務器而言，服務器內部的散熱空間是極其狹小的，這就意味著需要更加貼近服務器內部發熱元器件的冷板貼合進行高效的換熱。而分歧管則負責輸送冷卻介質分布在服務器兩端同時連接冷板，相當于人體中連接心臟和人體組織的“血管”，那么冷卻分配裝置就相當于冷卻系統中的“心臟”，保證冷卻介質在冷卻系統中的循環效率。理想狀態下的液冷冷卻技術在精準化的制冷過程中產生PUE可達到1.01～1.2,可大幅降低數據中心的能耗。目前業界比較廣泛的采用液冷技術大多是間接液冷（板式），也有在使用直接液冷模式，如阿里就是采用的單向浸沒式的液冷制冷技術。由此可見液冷技術對于數據中心來說，在可預見的未來液冷技術將極具規模的占據制冷系統的一席之地。

三、間接蒸發冷卻技術

? ? 其實提到綠色節能的制冷技術，在大學課程及行業應用中都會涉及和應用到間接蒸發冷卻技術，它是一項利用水蒸發吸熱制冷的冷卻技術。簡單的說，原理是將室外新風與循環水直接接觸后等焓降溫后間接的通過換熱器帶走機房熱空氣中的熱量，從而對機房進行降溫。間接蒸發冷卻技術相對于水冷空調而言，減少了冷水機組、水泵、冷卻塔等設備能枆，在低溫環境下可以高效的提供自然冷源給機房供冷，因此，在北方寒冷區域使用，可以有效降低空調能耗。但南方高溫高濕地區則不適用。這種制冷技術存在的弊端就是有著比較強的地域性，也就是和當地的氣候條件關聯性比較緊密。業內應用并不廣泛，但是不影響這項技術在未來建設更多綠色節能的數據中心時成為甲方和工程師們考慮的方案之一。目前這項冷卻技術有著較大的地域氣候壁壘，但是不妨礙行業建環暖通專業工程師和行業建設方對它的技術突破和嘗試。間接蒸發冷卻技術在南方地區也有使用的案例，目前也有數據機房在嘗試使用液冷加間接蒸發冷卻技術。如儀征的騰訊機房，以及已經在建設的南京佳力圖機房。但江蘇地區夏季不屬于高溫高濕地區，它的自然冷源利用時長 一般僅2～3個月，因此，在非自然冷源期間需利用電能制冷進行冷量供給，因此在南方地區單純的利用間接蒸發冷卻技術未必可以實現節能。液冷技術的出液溫度一般50℃，而南京地區最高濕球溫度28.5℃，因此完全可以利用蒸發冷卻技術與液冷技術相互結合，減少電能制冷的使用，從而實現數據中心空調系統的節能。

? ? 技術革新永遠沒有盡頭只會愈加精益求精，數據中心行業的發展應該與時代同頻共振。自2020年開啟的雙碳時代已經走過快兩個年頭，綠色、節能、低碳的時代發展主題無論對于哪一個行業都是不可抗拒的，數據中心更應該走在綠色行業的前排，加快降低碳排放步伐，引導好綠色技術創新，提高產業和經濟的競爭力，做好綠色、節能、低碳生產的排頭兵。