摘 要

節能減排是國家大政方針，科普是我們的共同任務。隨著氣候變化的加劇，碳中和已成為全球共識，節能降碳成為社會所有行業的共同使命。

經濟發展、社會需求和技術變革推動我國數據中心飛速發展，受規模提升的影響，全國數據中心耗電量增長率連續多年超過 12%，遠高于其他用能行業，數據中心的節能降耗工作顯得尤為必要。在國家部委的政策引領下，在領頭企業的探索中，中國數據中心正在逐漸向規?；?、低能耗、綠色可持續發展的方向邁進，數據中心節能工作亦不斷取得新突破，這里對節能技術進行羅列和介紹，作為綠色數據中心建設和運維的參考。

一、電能效率提升

01 高壓輸配電

正常情況下，電廠發電機組輸出電源的額定電壓為3.15～20KV，進行升壓到500KV以上電壓后進行傳輸，可以減少線路能耗、電路壓降，在節能的同時也可以節約有色金屬，降低線路工程造價，如圖1所示。

圖1 高壓遠距離輸電

02 非晶合金變壓器

在電壓變化過程中，變壓器存在空載損耗和負載損耗，其中空載損耗，不管有無負載，它一直存在。使用非晶合金材料制作的鐵芯，如圖2，可以大幅降低空載損耗，這種材料具有高的磁化率，非常優異的導磁性能，降低了磁阻；另外這種材料電阻阻抗較高，而且非常薄，厚度為常規硅鋼片1/10，大大降低交變磁場的渦流損耗，可以比傳統的變壓器降低70-80%空載損耗，使用非晶合金可帶來較好的節能效果，如表3中，一臺S15 2000Kva變壓器比S9變壓器空載損耗要低2.05KW，可以給PLF帶來0.0012改善。

圖2 非晶合金變壓器

表3 非晶合金變壓器節能效果

03 -48V開關電源

傳統通信電源采用48V供電，可靠性高，可以采用高效模塊，模塊休眠等技術實現系統節能。但其本身缺點也非常明顯，輸出電壓低，輸送的電流大，線路損耗大，整體效率較低，只有83.8%，如圖4。

圖4 -48V供電系統效率

04高壓直流

為了降低損耗，可以提升直流供電電壓，如采用節能高效高壓直流技術，降低線路損耗和轉換損耗，從而提升整體系統效率，降低能耗，整體效率為92.19%，如圖5；高壓直流也可以采用智能休眠冗余技術，進一步提升效率。

圖5 240V HVDC供電系統效率

05高頻模塊化UPS

數據中心建設，優先使用節能高效高頻模塊化UPS，UPS主機效率高達95%，效率比工頻機有了大幅提升，系統效率最高達到了91.23%，如圖6所示。

圖6 高頻UPS效率

06一路市電/一路UPS

使用一路市電，一路UPS技術，可以讓系統效率達到93.63%, 相比兩路UPS供電，供電可靠性有一定的下降，但PLF可以帶來了0.024 的改善，如圖7所示。

圖7 一路市電/一路UPS效率

07一路市電/一路高壓直流

使用一路市電，一路HVDC技術，可以讓系統效率達到94.11%, 相比兩路UPS供電，PLF帶來了0.03 的改善，如圖8所示。

圖8 一路市電/一路HVDC效率

08中低壓一體化技術

中低壓一體化就是讓變壓器和低配貼近負荷中心，實現高壓輸配電，讓10KV深入到負荷中心，簡化低壓配電架構。最簡單的方法就是直接將變壓器、低配和UPS拼裝在一起，縮短了配電距離，讓配電系統簡潔高效，可以給PLF帶來0.01的改善，如圖9所示。

圖9 中低壓一體化技術

09巴拿馬電源

巴拿馬電源就是中低壓一體化技術的一種，只是UPS換成了高壓直流，通過整合，將低壓配電變成設備內部，電源系統效率比傳統架構可以提升1%，如圖10所示。

圖10 巴拿馬電源技術

巴拿馬電源主要由進線柜、壓變柜、整流柜和輸出柜組成，如圖11所示

圖11 巴拿馬電源組成

10高壓油機

采用10KV高壓油機并機運行，利于機組并機、負荷分配以及遠距離 ，降低工程投資和運行損耗，如圖12所示。

圖12 高壓油機并機系統

11電梯電能回饋

電梯電能回饋，就是將電梯剎車的熱能轉換成電能，也叫回饋制動。在采用變頻調速的設備里，這部分電能一般是通過能耗制動電阻轉換為熱能浪費了。能量回饋裝置使用的電力電子變換技術，將電梯在運行過程中所產生的再生電能利用起來，并轉換為同步的交流電能回送到電網，起到節電的效果。當電梯處于輕載上行和重載下行時，機械能轉化為電能，通過市電跟蹤技術，把電能反饋回電網，如圖13所示，再生利用，從而有效節省電能。

圖13 電梯電能回饋原理

12照明節能

照明燈具優先選用節能型LED光源，燈具控制方式采用相對集中、分散控制相結合，公共樓道等采用節能自熄開關控制，節約電能。

二、使用綠能

13水電

水電站是把位于高處的水體引向低處的水輪機來進行發電，如圖14所示，將水能轉換成電能。由于水能來自河川等天然徑流，而河川天然徑流主要是由自然界氣、水循環形成，水的循環使水能可以再生循環使用，故水能稱為“再生能源”。

圖14 水電工作原理

14光伏電池

企業形象片是整合企業資源，統一企業形象，傳遞企業信息。它可以促進受眾對企業的了解，增強信任感,從而帶來商機。

在太陽光照射下，一些特定的半導體內會產生自由電荷，這些自由電荷定向移動和積累并產生一定的電動勢，可以向外電路提供電流，如圖15所示，這種現象被稱為光生伏特效應或光伏效應。

圖15 光伏電池原理

太陽能光伏電池可以模塊化制造，并根據需要組合成不同功率的電站，如圖16所示，通信基站通過光伏電池的不同組合，可以達到500W——10KW左右的輸出功率。

圖16 光伏系統組成

15風力發電

風力發電是指把風的動能轉為電能。風能也是一種清潔無公害的可再生能源，利用風力發電非常環保，且風能蘊量巨大，因此日益受到世界各國的重視，在運營商的基站里，光伏電池可以和風力發電組成風／光互補系統，如圖17所示，因為風力資源和太陽光資源具有較好的互補特性。沒有太陽的時候經常有風，沒有風的時候常常有太陽，可以提高通信站點供電的可靠性。

圖17 風光互補系統

16太陽能空調

太陽能空調可以采用蒸氣噴射式制冷，是以噴射器代替壓縮機，以消耗熱能為代價，在噴射器的噴氣室形成低壓區，如圖18，利用工質在低壓下氣化吸熱實現制冷。

圖18 噴射器形成低壓原理

太陽能對加熱器進行加熱，形成高溫高壓工作蒸汽，在噴射器噴嘴中絕熱膨脹，形成一股低壓高速氣流，從而將蒸發器里的低壓水蒸氣抽吸到噴射器中，形成低壓吸熱制冷，如圖19所示

圖19 太陽能空調原理

17氫能

氫能作為公認的清潔能源，作為低碳和零碳能源正在脫穎而出。采用普通的電解技術，就可以將光伏、風電等再生能源轉換成氫能進行儲存，從而供給氫能源汽車和燃料電池使用，氫儲能技術，很好的解決了清潔能源的儲存問題，可以說氫能源是能源儲存的終極方式，目前我國已在氫能領域取得了多方面的進展，有望成為氫能技術和應用領先的國家之一。

水電解制氫是一種較為方便的制取氫氣的方法，在電解槽通上直流電，水分子在電極發生電化學反應，分解成氫氣和氧氣，其中陰極附近產生氫氣，如圖20所示。

圖20 電解制氫原理

水電解制取的氫氣，經過加壓，儲存在容量里，供給氫能源汽車和燃料電池使用，很好的解決了清潔能源的儲存問題，如圖21所示。

圖21 水解制氫儲存使用過程

18核能

核能將原子核裂變釋放的核能轉換成熱能，再轉變為電能。用鈾制成的核燃料在“反應堆”的設備內發生裂變而產生大量熱能，再用處于高壓下的水把熱能帶出，在蒸汽發生器內產生蒸汽，蒸汽推動汽輪機帶著發電機一起旋轉，電就源源不斷地產生出來，并通過電網送到四面八方，核電站工作原理如圖22所示。

圖22 核電站工作原理

由于核能發電排放少，不會造成空氣污染；核能發電為無碳排放，溫室效應不明顯；鈾燃料成本低，發電成本低，所以一定程度上也算是一種清潔能源。

三、儲能技術

19抽水蓄能

抽水蓄能電站利用電力負荷低谷時的電能抽水至上水庫，通過這種方式將其他電源(包括火電站、核電站和水電站)的多余電能，抽水至上水庫儲存起來，在電力負荷高峰期再放水至下水庫發電的水電站。又稱蓄能式水電站。

當電網用電量處于低谷值時，把多余的電能用來抽水，即把下游調節池中的水重新提到上游位置，以備再度發電充分利用水資源。這個過程是電能轉化機械能，再轉化為水的勢能，如圖23所示。

圖23 抽水蓄能原理

儲能發電過程，當電力高峰時，放水發電，水的勢能變成動能，推動水輪機轉動，再轉化成電能， 如圖24所示。

圖24 發電原理

20深井拉鐵

深井拉鐵儲能，也叫深井重物儲能，是重力儲能的一種，就是在深井內，采用提升重物進行能力儲存，在需要的時候，利用重物下降釋放能量來進行發電。這個深井，可以現場挖掘，也可以尋找廢棄的礦井，但是需要一定的深度，一般在500米到幾千米的樣子，然后掛上幾千噸的重物，并垂到井底。

當需要蓄能時，就利用富余的電能去驅動電機，將這個重物提升到地面，如圖25所示。

圖25 深井拉鐵儲能模式

需要發電時，就讓重物往下落，重物下落的過程，就可以帶動發電機對外發電，如圖26所示。深井拉鐵技術好比一枚巨大的儲能電池，顯然，這個深井越深，掛的重物重量越重，這枚電池的容量也就越大，能儲存的電量也越多。

圖26 深井拉鐵釋能模式

21飛輪蓄能

飛輪儲能是利用高速旋轉的飛輪將能量以動能的形式儲存起來的一種方式。儲能時，利用電動機帶動飛輪高速旋轉，電能轉換為飛輪的動能，如圖27所示；在需要能量的時候，飛輪帶動發電機減速運行，將存儲的能量釋放出來，航母上的飛機電磁彈射系統用的就是飛輪儲能系統。

圖27 飛輪儲能

釋能時，高速旋轉的飛輪拖動電機發電，經電力轉換器輸出適用于負載的電流與電壓，完成機械能到電能轉換的釋放能量過程，如圖28所示。

圖28 飛輪釋能

22壓縮空氣儲能

壓縮空氣蓄能是利用電力系統負荷低谷時的多余電量，由電動機帶動空氣壓縮機，將空氣壓入作為儲氣室的密閉大容量地下洞穴，也可以是報廢礦井、沉降的海底儲氣罐、山洞、過期油氣井或新建儲氣井，當電力系統發電量不足時，將壓縮空氣經換熱器與油或天然氣混合燃燒，導入輪氣機作功發電。

儲能模式，在電網負荷低谷期將電能用于壓縮空氣，并將空氣高壓密封在，如圖29所示

圖29 儲能模式

在電網負荷高峰期，釋放壓縮空氣，推動汽輪機發電，如圖30所示

圖30 釋能模式

23液流電池

液流電池由電池單元、電解液、電解液存儲供給單元等部分構成。液流電池的正極和負極電解質溶液儲存于電池外部的儲罐中，通過泵和管路輸送到電池內部，通過正、負極電解質溶液活性物質發生可逆氧化還原反應，實現電能和化學能的相互轉化。

這里以全釩液流電池為例，釩化學性質活躍，呈現多種價態，釩液流電池以釩離子的不同價態的溶液為電解液，使其在正負極板上發生可逆反應，完成充電、放電和再充電過程。電池充電后，正極物質為V5+離子溶液，負極為V2+離子溶液；電池放電后，正、負極分別為V4+和V3+離子溶液。

充電時，正極發生氧化反應活性物質價態升高，負極發生還原反應活性物質價態降低，如圖31所示。

圖31 液流電池充電過程

液流電池放電時，正極活性物質價態降低，負極活性物質價態升高，液流電池釋放出它所儲存的能力，如圖32所示。

圖32 液流電池放電過程

24水蓄冷

數據中心為了防止冷源中斷，往往配置蓄冷罐，如果蓄冷罐夠大，或者熱負荷較小是，這時可以用它進行調峰運行，在尖峰電價時，利用蓄冷罐直接向末端釋放冷量，從而降低尖峰電量的使用，起到調峰作用，如圖33所示。

圖33 蓄冷罐放冷模式

當谷電電價時，冷水機組向末端設備供冷的同時向蓄冷罐進行蓄冷，如圖34所示。

圖34 蓄冷（充冷）模式

25冰蓄冷

冰蓄冷技術，就是在電力負荷較低的夜間，也就是用電低谷期的時候，采用電制冷機進行制冰，將冷量以冰的方式儲存起來，夜間蓄冰模式（制冰工況）如圖35所示

圖35 冰蓄冷蓄冷模式

而在電力負荷較高的白天，也就是用電高峰的時期，再把儲存的冷量釋放出來，在滿足數據中心空調對冷量需要的同時，實現用電負荷的“移峰填谷”，如圖36所示，通過峰谷電的差價，降低用電費用。

圖36 冰蓄冷供冷模式

四、機房空調節能

26機房空調變頻

通過變頻技術，改變壓縮機馬達轉速，從而改變壓縮機容量，如圖37所示，利用變頻器調節輸出頻率，對負載流量進行控制實現節能。

圖37 壓縮機變頻技術原理

當室內負荷要求高時，變頻壓縮機馬達頻率隨之增大，從而導致馬達轉速更快，吸排氣容量升高。當室內負荷要求降低時，變頻壓縮機的頻率減小，容量降低，如圖38。

圖38 頻率改變對變頻壓縮機容量影響

變頻器應用變頻技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的一種電力控制設備。通過壓縮機變頻，在部分負荷情況下，可以提升冷凝器和蒸發器效率，降低冷凝壓力，如圖39所示，節能率達10%-30%以上，配合EC風機，可以給CLF帶來0.2的改善；壓縮機變頻，無頻繁啟停，對部件及控制電路無沖擊，機房溫度波動小。

圖39 變頻節能原理

27氟泵技術

氟泵節能空調主要由氟泵、管路閥門等組成，氟泵節能空調分為雙氟泵機組和單系統氟泵機組，氟泵機組可以采用專用型機組或者改裝后的風冷型機房空調機配套使用，組成兩套不同的制冷循環模式，即壓縮式制冷循環和氟泵制冷循環，經過試驗，氟泵技術可以改善CLF高達0.3。

當室外環境溫度較高時，如室外環境溫度>20℃時，氟泵開始壓縮機制冷模式，這時壓縮機正常運行，氟泵停止工作，系統類似于一臺普通的機房空調，如圖40所示。

圖40 壓縮機工作模式

當室外環境溫度較低，達到系統控制的設定點時，如室外環境溫度<10℃時，,這時壓縮機停止工作，氟泵啟動，如圖41所示。蒸發器中與室內空氣換熱后的制冷劑，直接進入風冷冷凝器與室外冷源進行換熱，冷卻成液態后的制冷劑在氟泵的作用下克服管阻回到蒸發器繼續換熱，達到節能效果。

圖41 氟泵模式（節能模式）

當室外環境溫度略低時，如10℃<室外環境溫度<20℃時，這時系統處于混合模式，壓縮機和氟泵同時工作，如圖42所示。

圖42 混合制冷模式

28動態雙冷源技術

動態雙冷源技術在集中冷卻水冷卻+機房空調系統基礎上，疊加自然冷卻模塊（水盤管），可以進一步降低空調能耗；采用閉塔冷卻+集中冷卻水+數碼渦旋技術+EC風機等技術組合，通過動態調節的方法，可以實現壓縮機制冷和自然冷卻的平穩過渡，延長自然冷卻時間，提升節能效率，經過試驗，某數據中心CLF從0.55減低到0.28， 節能明顯。雙冷源空調使用過程有三種工作模式：壓縮機模式如圖43所示。

圖43 壓縮機工作模式

自然冷卻模式如圖44所示。

圖44 自然冷卻模式

動態雙冷源模式如圖45所示，在過渡季節，壓縮機完全作為自然冷卻冷量補充，壓縮機按照需求在20-100%之間調節輸出，數碼壓縮機和水盤管進行完美匹配。

圖45 動雙冷源模式

五、水冷冷凍水系統節能

29變頻機組

離心壓縮機靠電機通過增速齒輪帶動葉輪高速旋轉，葉輪高速旋轉產生的離心力提高制冷劑氣體的速度，然后通過擴壓室，并在其中完成動能與壓力能的轉化。壓縮機的最大壓頭由壓縮機葉輪的最大線速度決定。對于制冷量較大的冷水機組，采用變頻技術，可以改善啟動性能，防止機組在滿負荷啟動時扭矩過大并啟動節能運行目的，同時也增加機組的適應能力，使機組的負荷能與系統用戶的負荷相匹配，避免頻繁的開啟機組，如圖46所示。

圖46 變頻離心機組

30中壓冷機

采用中壓冷機，一方面可以減少低壓冷機所用變壓器的損耗，另外一方面由于運行電流小，大大降低運行損耗，如圖47所示。

圖47 中壓冷機和低壓冷機比較

31磁懸浮冷機

磁懸浮就是依靠磁力，讓物體懸浮的一種技術。磁懸浮軸承先通過磁力，讓轉子懸浮起來，再保證轉子處在中心位置工作，如果轉子往下偏離，就增加上部磁鐵的電流，減少下部磁鐵的電流；如果轉子向右偏離，就增加左邊磁鐵的電流，減少右邊磁鐵的電流，如圖48所示。

圖48 磁懸浮軸承原理

有了磁懸浮軸承，就可以制造磁懸浮壓縮機。磁懸浮壓縮機就是采用磁懸浮軸承技術的一種制冷壓縮機，它利用磁場原理，讓壓縮機的轉子工作時處于一種懸浮狀態，從而在旋轉時和機座不產生機械接觸，避免了機械磨擦，這給超高速運轉的離心制冷壓縮機帶來了很大的好處，磁懸浮壓縮機結構如圖49所示。

圖49 磁懸浮壓縮機結構

32板換+冷塔自然冷卻

當冷卻水出水水溫較低時，可以直接使用自然冷源，如T冷塔出水≤ 12 ℃時，關停冷機，開啟板換，將自然冷源直接送到機房內。這種情況下板換承擔所有的負荷，如圖50。

圖50 板換模式

當冷卻水水溫略為上升時，如 12 ℃≤T冷塔出水≤ 18℃時，冷凍水先進板換，和冷卻水先進行熱交換降低溫度，之后再在進入冷機，由冷機將水溫冷卻到要求的溫度，這種條件下，板換的使用時間可以延長，自然冷卻使用的時間可以增加如圖51。

圖51 聯合模式

33余熱回收

空調在制冷的同時，需要往室外排出熱量，這種熱量就是常說的廢熱，不僅無用，而且會產生熱污染；在數據中心，冷凝產生的熱量是非常驚人的，如果這些冷凝熱能夠利用起來去制取熱水，就能變廢為寶，在免費獲得熱水的同時，也可以降低空調的能耗。

只需要在冷凝器前增加一個熱交換器，或者直接選擇帶熱回收功能的機組，進入熱回收裝置的冷水通過換熱器吸收壓縮機排出的高溫高壓制冷劑釋放的熱量，降低制冷劑溫度的同時變成45度～60度的熱水，供給機房的油機水套加熱，也可以作為辦公的生活用水，甚至可以作為養殖業的熱水供應。系統原理如圖52所示。

圖52 冷凝熱回收系統圖

34地源熱泵

地源熱泵是一種以土壤、地下水或地表水作為低溫熱源的一種供熱空調系統。地源熱泵供暖空調系統主要分三部分：地源換熱系統、熱泵主機系統和末端系統。地源熱泵主要利用地能進行冷熱交換，冬季從地能中取熱，夏季從低能中取冷，工作過程如圖53所示。

圖53 地源熱泵工作原理圖

五、自然冷卻

35新風系統

直接利用室外冷空氣冷量，通過風機將室外冷空氣過濾后直接引入到機房里，圖54，這種冷卻效率最高，適合在空氣質量較好的情況下使用，圖55為常見的新風機柜。

圖54新風節能技術

圖55 新風節能技術

36板換換熱技術

通過板換隔絕室外空氣進行換熱，讓冷卻后的空氣送入機房，如圖56。由于室外空氣無法直接進入機房，如圖57，空氣板換適合在空氣污染的環境下使用，冷卻效率要低于新風系統，適合在有空氣污染，不適合安裝新風系統的環境；當室外氣溫較高時，需要機械制冷。

圖56 空氣板換冷卻設備示意圖

圖57 空氣板換結構圖

37轉輪換熱技術（京都轉輪）

這是一種全熱交換技術，早期在日本東京都使用，所以也叫京都轉輪，它不僅可以交換熱量，還可以交換濕度，可以同時節約降溫和加/除濕能耗，降溫作用和板換換熱相似，通過轉輪的旋轉，讓室外空氣和室內空氣在轉輪處進行熱濕交換，原理如圖58，京都轉輪在數據機房應用如圖59，這種方式冷卻效率較高，適合在有空氣污染、不適合安裝新風系統的環境，轉輪工作示意圖如圖60；由于使用中有輕度的交叉污染，轉輪全熱交換和板換相比并沒有明顯優勢。

圖58 京都轉輪換熱工作原理

圖59 京都轉輪換熱數據機房應用

圖60 京都轉輪示意圖

38直接蒸發節能技術

直接蒸發冷卻是使空氣和水直接接觸，通過水的蒸發后，空氣的溫度會下降，其特點是對空氣實現等焓加濕降溫過程，送風降溫的極限溫度為進風的濕球溫度，如圖61所示。

圖61 直接蒸發原理

使用加濕后冷卻的空氣可以對機房進行降溫。實際使用中，可以和新風系統配合使用，當室外溫度較低時，直接利用新風降溫；當室外溫度升高時，開啟加濕系統，水蒸發后空氣溫度降低后，再進入機房冷卻，這樣可以延長自然冷卻的時間和效率，適合在空氣質量較好的情況下使用，如圖62；要注意的是蒸發過程會影響機房濕度。

圖62 直接蒸發技術

39間接蒸發節能技術

間接蒸發冷卻是指通過非直接接觸式換熱器，將直接蒸發冷卻得到的濕空氣的冷量傳遞給機房循環空氣，實現空氣等濕降溫的過程，如圖63，在這個過程中，二次空氣經處理后其干球溫度和濕球溫度都下降了，而含濕量不變，對送風氣流實現減焓等濕降溫過程，送風降溫的極限溫度為進風的露球溫度。

圖63 間接蒸發原理

通過蒸發換熱器隔絕室外空氣，室外空氣無法直接進入機房，適合在空氣污染的環境下使用，冷卻效率雖然低于直接蒸發技術，但是室外的污染物無法進入機房，另外蒸發過程不影響機房濕度，制冷原理如圖64，間接蒸發的核心器件是蒸發模塊，如圖65，其氣流組織包含兩部分，分別為機房內氣流和室外氣流，如圖66。

圖64 間接蒸發制冷技術

圖65 間接蒸發模塊原理

圖66 間接蒸發模塊氣流

40雞窩氣流

部分數據中心直接采用煙囪效應，形成空氣自然對流，這種方式完全不用空調，通風的錢也省了，節能很徹底，圖67所示，雅虎數據中心就采用了這種方案，使它成為世界上最節能的數據中心之一。采用煙囪效應自然對流的數據中心，受到流速的影響，機柜功耗受到限制，所以也可以選用風機，增加風量，如圖68所示

圖67 煙囪效應自然對流新風冷卻

圖68 煙囪效應+通風機的新風節能示意圖

41Roubaix 4 煙囪氣流

從自然冷卻的角度來說，OVH數據中心設計的Roubaix 4 冷卻系統是最優秀的設計，它是一種完全的創新，直接把建筑物設計為一個大煙囪。該冷卻方式原理，通過服務器產生的熱空氣形成熱壓差，推動機房氣流循環，利用煙囪效應，實現超低功耗自然通風，如圖69。

圖69 OVH 采用自然通風冷卻方式

OVH Roubaix 設施將立方體形狀的建筑物視為空氣處理器，外部空氣通過外墻上的百葉窗進入機房，冷卻機架上服務器后形成熱空氣，通過機架后面的風扇離開 IT 機房，排放天庭里。數據中心設計了天庭，形成明顯的煙囪效應，加快熱氣的排走，如圖70所示。

圖70 OVH 自然冷卻形成的煙囪效應

據 OVH 稱，Roubaix 4 冷卻系統是多年研發的結晶。自然冷卻效果非常棒，完全不使用空調，只使用通風系統以及冷板式液冷，CLF=0.06。

42山洞氣流

比如鵝廠將蒸發冷卻技術和煙囪自然抽拔技術相結合，創建了山洞冷卻方式和獨特的氣流方式，如圖71所示:

圖71 鵝廠蒸發冷卻模塊和煙囪效應相結合方式

43隧道氣流

富士康根據雞舍和鵝廠氣流的特點，把機房建在山體之間，也形成了自己獨特的冷卻方式，如圖72，圖73所示

圖72 隧道氣流示意圖

圖73 隧道氣流構成

44湖水冷卻

如果采用湖水冷量，直接使用或者用板換把湖水冷量置換出來，確保24小時溫度恒定，圖74，某湖數據中心就采用了該方案。

圖74 湖水冷卻技術

45海水冷卻

如果采用是海水，就需要加裝板換，板換和管路必須耐海水腐蝕，海水通過板換進行冷量交換給淡水，淡水送到數據中心，如圖75，谷歌數據中心就采用了類似方案。

圖75 海水冷卻技術

46海底冷卻

也可以直接把海底數據機房沉在海底，直接讓海水進入換熱器冷卻服務器，圖76，微軟二代就采用了該方案。

圖76 海底直接冷卻

但是擔心管道會堵塞，海水也會腐蝕管道和換熱器，所以也有換熱器版本，通過換熱器，隔絕海水，圖77，某軟一代就采用了該方案。

圖77 海底間接冷卻

六、液冷技術

液冷技術，就是通過液體直接冷卻設備，液體將設備發熱元件產生熱量直接帶走；采用液冷，可以實現服務器等設備的自然散熱，相對于傳統的制冷系統，更為高效節能。按照液體與發熱器件的接觸方式，大致分為冷板式（間接接觸）、噴淋式和全浸沒式（直接接觸）

47冷板液冷

就是將液冷冷板固定在服務器的主要發熱器件上，依靠流經冷板的液體將熱量帶走達到散熱的目的；冷板液冷解決了服務器里發熱量大的器件的散熱，其他發熱量小的器件還得依靠風冷，所以采用冷板式液冷的服務器也稱為氣液雙通道服務器；冷板的液體不接觸被冷卻器件，中間采用導熱板傳熱，安全性高，圖78所示。

圖78 冷板式

48噴淋式液冷

就是在機箱頂部儲液和開孔，根據發熱體位置和發熱量大小不同，讓冷卻液對發熱體進行噴淋，達到設備冷卻的目的，圖79；噴淋的液體和被冷器件直接接觸，冷卻效率高；不利的是液體在噴淋過程中遇到高溫物體，會有飄逸和蒸發現象，霧滴和氣體沿機箱孔洞縫隙散發到機箱外面，造成機房環境清潔度下降或對其他設備造成影響。

圖79 噴淋式

49全浸沒液冷

全浸沒液冷是將服務器或者發熱元件直接浸沒在冷卻液中，依靠液體的流動循環帶走服務器等設備運行產生的熱量。浸沒式液冷是典型的直接接觸型液冷。如圖80，浸沒式液冷由于發熱元件與冷卻液直接接觸，散熱效率更高，相對于冷板式和噴淋液冷，噪音更低，能解決單機柜15KW以上等高熱密度機柜的散熱問題。

圖80 全浸沒式液冷系統

浸沒式分為兩相液冷和單相液冷，散熱方式可以采用干冷器和冷卻塔等形式；

兩相液冷：冷卻液在循環散熱過程中發生了相變，冷卻液帶走服務器熱量后發生相變氣化，氣態冷卻液被冷凝器冷凝重新變成液態回到液冷槽內；冷卻液可以采用3M的電子冷卻液FC-72，FC-72的沸點為50℃以上，這種情況下，冷凝盤管中的水溫度不需要太低，采用干冷卻器就可以滿足換熱的要求，把熱量帶走，兩相液冷由于電子冷卻液發生了相變，所以傳熱效率很高，不利的是這個相變過程中，電子氟化液蒸發為氣態過程中會發生逃逸，所以對容器的密封性有一定的要求；但是又不能太密封，防止冷卻系統中斷出現爆缸事件，所以需要設置一定的安全設施。

圖81 相變液冷技術

單相液冷，冷卻液在循環散熱過程中始終維持液態，不發生相變。低溫冷卻液帶走服務器熱量后，溫度升高，升高的冷卻液進入到板換重新冷卻完成循環；冷卻液可以選用沸點高達165℃的3M電子氟化液FC-40，由于服務器工作溫度一般不超過50℃，就可以實現單相液冷技術。單相液冷要求冷卻液的沸點較高，這樣冷卻液揮發流失控制相對簡單，與IT設備的元器件兼容性比較好，不需要頻繁補充冷卻液；但相對于兩相液冷其效率較低，為了提升效率，一般需要采用冷卻塔散熱，如圖82所示。

圖82 單相液冷技術

目前全浸沒液冷已經進入應用階段，圖83為全浸沒液冷集群。目前浙江的衢化也開始準備電子氟化液的生產，相信不久的將來，電子氟化液價格會大幅度下降，全浸沒液冷的春天會真正的來臨。

圖83 全浸沒液冷集群

審核編輯 ：李倩