干盘管蒸发冷-间接蒸发冷的终结者？-孙长青

近年来，国家对数据中心行业的能耗要求越来越严格，很多地区，不仅包括北方的北京，甚至南方的上海，都要求新建数据中心的PUE在1.3以下。
在此背景下，越来越多的有效节能技术被广泛应用，其中影响较大的有间接蒸发制冷技术和液冷服务器。
间接蒸发冷技术，在从南方的深圳至北方的内蒙古海拉尔，都能看到它的身影，而这个技术也确实带来了实实在在的PUE值的降低，据厂家计算，在全国任何地方，均可实现PUE小于1.25。一时成为解决PUE问题的苦口良药。
之所以说苦口，是因为间接蒸发冷确实有一些让用户难受的自身特点，如果不具备一定的条件，甚至有些用户无法使用，这也将大部分用户挡在了可用范围之外。间接蒸发冷技术的采用，需要占用较大的空间，一般的数据中心场地无法满足要求，间接蒸发技术主要在层数较少的多层建筑，且室外场地较宽裕的数据中心使用，数据中心同时满足这两者条件的并不多见。如果要重新打造使用这种技术的数据中心，就需要牺牲宝贵的建筑面积，减少总体机柜数来作为代价。

随着IT技术的发展，服务器功率越来越高，对节能的要求也越来越高，液冷服务器的应用也越来越多，液冷服务器不仅可以达到极高功率密度，在节能方面也做到了极致，应该是节能效果最好的冷却方式，冷水直接冷却服务器的核心部件CPU、内存、硬盘等，水温可达到45度，能实现全年自然冷却，PUE可以达到1.1以内。甚至可以把IT机柜的散热进行直接热回收，为其他区域供热。

1技术来源
数据中心能耗降低，从根本上来说，还是要靠自然冷却时间的延长，包括液冷服务器及间接蒸发制冷，都是延长自然冷却时间来实现降低PUE的。
2冷板式液冷服务器
冷板式液冷服务器冷却原理图如下：

以上图中液冷服务器为例，有两套独立的制冷系统，高温水系统和低温水系统，液冷服务器的散热量，60%_{90%都可以通过35/45℃的液冷溶液高温水带走，10%}40%剩余部分散热量通过低温水系统的精密空调带走。

高温水部分，可以实现全年的自然冷却，PUE可以达到1.1以下，低温水部分采用常规制冷系统，PUE在1.4以上。
两套完全独立的制冷系统，高温水部分充分利用自然冷却，剩余少部分热量通过常规冷机制冷系统带走，提高了整体的制冷效率，全年PUE可以达到1.1以下。
3由液冷服务器引申……
那么，这种两套完全独立的制冷系统形式，常规机房是否可以借鉴呢？
比如，把液冷背板的自然冷制冷盘管直接放在服务器机柜出风口，将机柜内的热风通过自然冷却预处理一下，带走部分热量，剩余部分热量再留给常规冷机制冷系统，一样可以节省能耗。
再进一步，把自然冷制冷盘管放置在精密空调间的回风口，将整个房间热通道的热回风通过自然冷却集中预处理一下，带走部分热量，剩余部分热量再留给常规冷机制冷系统，就可以避免水管进入机房，提高了机房的整体安全等级，且PUE可以达到1.25以下。如下图所示：

4间接蒸发制冷
间接蒸发制冷原理图如下：

由上图中原理图可以看到，IT机房的制冷过程有两个环节，也相当于是两个独立的制冷系统，一个风-风换热的过程，室内热风可以直接与利用室外湿球温度的空气进行换热，带走了大部分的热量，然后剩余的热量再通过风-水换热的机械制冷补冷解决，达到设计送风温度。
风-风换热部分，可以实现全年的自然冷却，PUE可以达到1.2以下，低温水部分采用常规制冷系统，PUE在1.4以上。
两套完全独立的制冷系统，风-风换热部分充分利用自然冷却，剩余少部分热量通过常规冷机制冷系统带走，提高了整体的制冷效率，全年PUE可以达到1.25以下。
5由间接蒸发制冷引申……
那么，这也可以看做是一种两套完全独立的制冷系统形式，风风换热直接冷却室内回风，将室内高温回风进行自然冷却，而风风换热的效率比风水换热的效率要低，且室外循环的风要达到湿球温度也需要消耗较大的能量才可以实现。
而换一种思路，如果将风风换热替换为风水换热，通过水来带走室内高温回风的热量来进行自然冷却，这个水也可以直接达到室外湿球温度。用风水换热完全可以达到与间接蒸发冷一样的节能效果，全年PUE可以达到1.25以下。具体原理如下图所示：

6干盘管蒸发冷
由上面两个方向联想开来，可以在我们原有的气流组织的基础上，加上干盘管蒸发冷的自然冷系统，将可以实现与间接蒸发制冷一样的节能效果，达到PUE小于1.25的水平。
现在普遍采用的空调制冷系统，冷冻水供回水12/18℃，PUE一般在1.4~1.6之间，其典型气流组织示意图如下图所示：

在此基础上，增加一套闭式冷却塔-干盘管的自然冷却系统后，其气流组织示意图如下所示：

此方案在节能效果达到与间接蒸发制冷一致同时，避免了间接蒸发制冷的缺陷，无需占用大量的空间，可以在任何数据中心里应用，降低了PUE的同时，提高了数据中心的可靠性，且有如下优点：

7总结
这种在某种意义上可以算作2N制冷系统的方案改造，将可实现国内任何地方任何常规制冷形式的数据中心，加一套干盘管自然冷独立制冷系统，就可以完成PUE小于1.3的使命。尤其是平时PUE达到2左右的老旧数据中心，将获得更大的节能改善。如果此系统在所有高PUE的数据中心采用，那么，国内数据中心整体的PUE值将得到极大改善，节省的电量将是非常可观的。

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