北方數據中心間接蒸發冷卻技術的應用

[摘 要]間接蒸發冷卻技術是一種新興的節能技術，其在國內外數據中心逐漸廣泛應用。尤其在北方地區的建筑內，其可借助自然環境中大量的冷卻能量，降低數據中心內部的溫度，實現節能降耗。文章基于承德斐訊大數據項目的建設，研究間接蒸發冷卻技術在北方數據中心的設計及應用，分析其原理及優缺點，保證工程的順利實施與驗收。

[關鍵詞]北方地區；數據中心；間接蒸發冷卻；設計及應用

[中圖分類號]TU831 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）12–0083–03

Exploring the Application of Indirect Evaporative Cooling Technology in Northern Data Centers

WANG Zongyuan

[Abstract]Indirect evaporative cooling technology is a new energy-saving technology， which is widely used in data centers at home and abroad. Especially in the northern region of the building， it can use a large amount of cooling energy in the natural environment to reduce the temperature of the data center， to achieve energy saving and consumption reduction. Based on the construction of Chengde Feixun big data project， this paper studies the design and application of indirect evaporative cooling technology in the North data center， analyzes its principle， advantages and disadvantages， and ensures the smooth implementation and acceptance of the project.

[Keywords]northern region； data center； indirect evaporative cooling； design and application

隨著5G基礎設施全面發展，通訊及相關增值服務部門進入快速發展階段，數據中心的高能耗成為亟需解決的問題。目前，中國南北地區數據中心的發展存在一些差異，主要體現在氣候條件、能源結構、政策導向及數據中心的PUE（Power Usage Effectiveness）值要求等方面。而間接蒸發冷卻技術在北方寒冷干燥的氣候條件下，可充分利用室外的低溫和干燥空氣冷卻數據中心內部的熱量，從而實現節能降耗。

1 間接蒸發冷卻技術原理

數據中心空調能耗是數據中心能耗的主要來源之一，空調能效直接影響數據中心PUE值。承德斐訊大數據項目間接蒸發冷卻系統使用自然冷源而不是人工冷源，可大幅降低數據中心空調系統的能耗。間接蒸發冷卻系統由噴淋裝置、換熱芯體、室內風機、室外風機、機械制冷補充裝置、控制系統等組成。機組只需在數據中心現場安裝風管、水管及配電后即可投入使用。其有3種運行模式，即干模式、濕模式、混合模式，具體見表1。

干模式時，自然冷卻為主，如圖1所示。在冬季室外溫度低的情況下，室外空氣溫度低，可在換熱器內冷卻服務器機房回風。經過換熱器后，吸收熱量的室外空氣由風機墻排放到室外。冷卻后的機房回風，經過室內側風機墻被送入服務器機房。

濕模式時，蒸發冷卻為主，如圖2所示。春秋季室外溫度較低的情況下，因為室外空氣溫度不夠低，需要開啟水泵通過高壓微霧噴淋進行絕熱蒸發制冷的來補充制冷量。

混合模式時，機械補冷為主，如圖3所示。在夏季室外溫度高的情況下，自然冷卻無法滿足制冷需求，循環噴水帶走部分熱量，不足部分開啟變頻壓縮制冷系統補充冷量。

上述3種運行模式切換取決于室外空氣的干球溫度和濕球溫度，而室外干濕球溫度判定的界限又取決于數據中心機房送、回風溫度與間接蒸發冷卻換熱芯體的換熱效率。

2 間接蒸發冷卻系統應用設計與分析

在北方氣候條件下，間接蒸發冷卻技術可充分利用自然冷源，有效降低數據中心的能耗，提高能源利用效率，實現節能環保的運行。

承德斐訊大數據項目的1～4層IT機房采用間接蒸發冷卻機組（AHU）系統，空調設備按5+1設置。間接蒸發冷卻空調機組包括換熱芯體、機械制冷補充裝置、噴淋系統、室內側循環風機、室外側循環風機、控制系統等。AHU機組設置于機房靠外墻側空調區，采用吊頂熱通道回風，靜壓箱側送風方式。

蒸發冷卻空調機組室內側送回風風管上均需設置電動風閥，平時常開，氣滅時關閉，連鎖機組停機，氣滅后開啟，連鎖機組開啟。室內外的設計參數見表2、表3。

承德斐訊大數據項目設計整套制冷系統有以下幾點注意事項。

（1）設計時充分考慮了夏季和冬季的溫差，承德斐訊大數據項目采用可調節冷卻系統，即間接蒸發冷卻系統配合冷水機組，以便在夏季高溫時加強冷卻能力，而在冬季則利用自然冷源進行免費冷卻，大幅降低能耗。

（2）雖然承德夏季相對濕潤，但在非極端條件下，間接蒸發冷卻仍可作為輔助手段，特別是在夜間或春秋季節，通過熱交換器利用外界空氣的低溫進行預冷卻，減少機械制冷的使用。

（3）考慮到節能和資源高效利用，承德斐訊大數據項目配置了熱回收系統，將服務器產生的廢熱用于冬季供暖或生活熱水加熱，進一步提升了能源利用率。

（4）優化了機房內部的氣流組織，承德斐訊大數據項目采用冷熱通道分離、封閉冷通道等策略，減少了冷熱空氣混合，提高了冷卻效率。

（5）考慮到未來業務擴展的可能性，承德斐訊大數據項目冷卻系統具備良好的擴展性和靈活性，模塊化設計能夠根據實際負載動態調整冷卻能力，避免過度冷卻和初期投資浪費。

（6）承德斐訊大數據項目部署先進的環境監控系統和智能控制系統，實時監測室內外環境參數，自動調節冷卻系統的運行狀態，確保數據中心在各種氣候條件下的穩定運行。

（7）冬季極端低溫時，承德斐訊大數據項目設置有效的防凍措施，如采用低溫工況下運行穩定的冷卻液、設置防凍旁路、保溫材料包裹等，以防止水管凍結損壞。

3 間接蒸發冷卻技術應用優缺點分析

北方地區較低的濕度和適宜的夏季氣候條件為間接蒸發冷卻技術在數據機房中的應用提供了天然的優勢，不僅提升了能效，還確保了系統的穩定性和經濟性。數據機房在北方利用間接蒸發冷卻系統相比南方地區更具優勢的原因如下。

（1）氣候干燥利于蒸發。北方地區氣候相對干燥，空氣濕度低，這為間接蒸發冷卻提供了理想的條件。在低濕度環境下，水更容易蒸發，從而提高了蒸發冷卻效率。相比之下，南方地區濕度高，空氣中水分接近飽和，蒸發效率受限。

（2）能效比更高。由于北方夏季干燥炎熱，間接蒸發冷卻系統能更有效利用環境條件進行自然冷卻，減少對機械制冷的依賴，顯著降低能源消耗和運行成本。在干燥氣候下，間接蒸發冷卻系統可更長時間地利用免費冷源，如夜間冷空氣，進一步提升能效比。

（3）維護成本和系統穩定性。北方較低的濕度減少了設備因潮濕而導致的腐蝕和維護問題，提高了系統的可靠性和使用壽命。間接蒸發冷卻避免了直接將外部潮濕空氣引入機房，有助于保持機房內的濕度穩定，更適合對環境要求嚴格的數據中心。

（4）避免結冰風險。雖然間接蒸發冷卻系統本身不直接面臨結冰問題，但相比于直接蒸發冷卻，其在北方寒冷的冬季更加穩定可靠。通過合理設計，可在冬季避免因外部極端低溫帶來的任何潛在運行風險。

（5）適應性強，易于集成。北方地區數據中心若采用間接蒸發冷卻，可更好地與現有的暖通空調系統相結合，尤其是已采取封閉冷熱通道設計的數據中心，更能發揮出熱回收和高效冷卻的優勢，進一步優化整個機房的能源利用效率。

但間接蒸發冷卻系統也有其缺點，具體如下。

（1）初期投資較高。與傳統制冷系統相比，間接蒸發冷卻系統可能需要更高的初期投資。

（2）技術要求嚴格。對設計、施工和運維團隊的技術要求較高。

（3）氣候依賴性。在濕度較高的季節，可能無法充分發揮蒸發冷卻的優勢。

（4）空間占用較大。蒸發冷卻系統可能需要更多的空間來布置設備和管路。

4 結束語

間接蒸發冷卻技術在數據中心的應用，不僅可降低PUE值，還能減少對傳統制冷系統的依賴，提高數據中心的綠色可持續發展能力。北方數據中心在PUE值要求上更為嚴格，文章研究間接蒸發冷卻技術在承德斐訊大數據項目的設計與應用，分析其高效的節能技術優勢，實現數據中心節能降耗、提高能源效率的目標。基于北方數據中心的間接蒸發冷卻技術，因其高可靠性、高能效、易維護和易擴容的特點，在北方地區具有廣闊的應用前景和進一步研究的價值。

參考文獻

[1] 顏曉光.間接蒸發冷卻技術在北京地區數據中心的應用分析[J].制冷與空調（四川），2023，37（1）：115-123.