十、空气/水自然冷却技术
风冷冷水机组结构紧凑，在数据中心领域也有较多应用。图65为典型自然冷却风冷冷水机组的原理图。这样的设计有利于在过渡季节及冬季充分利用自然冷源与冷水换热，实现全年供冷需求的系统节能。
图65 自然冷却风冷冷水机组
其具体的工作原理如下：
1）夏季与常规风冷冷水机组一样运行制冷，压缩机和风机开启，冷冻水回水直接流经蒸发器。
2）过渡季节，当室外具备一定自然冷源时，开启自然冷却功能，冷冻水回水先经过自然冷却盘预冷，再进入蒸发器，自然冷却制冷量不够部分由压缩机制冷补偿。
3）冬季当室外自然冷源足够时，冷冻水回水经过自然冷却盘管，冷冻水完全由室外冷空气进行冷却，此时压缩机关闭，只消耗少量风机能耗，达到完全自然冷却。
图66 自然冷却风冷冷水机组产品
十一、双冷源技术
为防止传统水冷自然冷却型冷水机组冬季结冰、爆管问题，提出一种带干冷器的风冷自然冷却冷水机组，如图67所示，在传统冷水机组上旁路增加一个自然冷却的空气冷却器，在冬季工况下完全使用空气冷却器进行自然冷却，在室外温度较高时直接采用冷水机组进行冷却，为数据中心提供温度适当的冷水实现冷却。
图67 自然冷却风冷冷水机组
冷冻水+风冷（双冷源）、冷却水（水冷）+冷冻水、风冷+冷却水等：传统风冷空调在室外运用尤其室外机存在热岛效应，高温季节能效比低，为了实现节能，同时传统风冷空调由于常年运行难免存在一定故障率，为了弥补不足，提出双冷源空调，不仅实现备份，同时节能，但是双冷源也存在一定不足，如投入大、风阻大等。
图68双冷源原理
图69 风冷+冷冻水双冷源
图70 水冷+冷冻水双冷源
十二、新风/空空换热器技术
直接将温度较低的室外空气引入机房，为机房降温，当室外温度升高不能够带走室内的热量时，则开启常规空调系统进行降温。新风直接引入系统简单，较易于实现，且随着风量的增加冷量会随之增大。但是，外界空气的引入会影响机房内的环境，因此需要洁净度满足要求。
图71新风冷却原理图
（1）基本原理
如图71所示，新风系统是利用室外低温的自然空气作为数据中心的冷却能源，利用温湿度传感技术，探测机房室外空气的温湿度情况，当机房室外空气温度低于某个设定值（设定温度值根据不同实际情况而定）时，通过开启送风装置，将室外冷风经空气过滤装置处理后直接或者与回风混合后送入机房，从而降低机房内空气温度。同时，开启排风设备以保证机房所需要的正压，依靠风机或正压将室内的热空气排到室外，从而达到降低数据中心机房温度的目的。
（2）主要特点和优势
应用新风直接引入式空调系统，将室外自然冷量直接引入室内，充分有效地利用室外自然冷源来解决数据中心空调能耗问题，具有节能环保双重意义。由于减少了数据中心机房内空调设备的运行时间，节约电能，大大延长空调压缩机的使用寿命，降低企业的运营成本，并可以减少空调设备故障的发生率，节约维护成本。由于数据中心机房一般都是密封的，且无常驻人员，一般不单独设置新风系统，因此室内空气不流通，在新风直接引入式空调系统安装后，可以有效快速更新机房内空气，有效地降低机房内有害气体和室内污染物的聚集，空气质量大幅度提升，保障机房设备和工作人员安全。但是应用新风直接引入式系统可能会增加空气过滤器的负荷，对机房内部环境产生影响，需要频繁地更换过滤器，并采取有效的技术措施才能使机房内的温、湿度和洁净度满足要求，使机房服务器设备能够正常运行。
图72新风冷却原理图
（3）新风直接引入式空调系统运行模式
直接新风冷却整体式解决方案在实际运行中有下述三种工作模式：
1. 全新风模式：在室外空气温度适合时，关闭常规空调系统，开启新风直接送入数据中心机房对服务器进行冷却；
2.新风/回风混合模式：冬季室外空气温度较低时，将室外新风引入并与室内回风混合，混合后直至达到目标送风温度，送入机房对服务器进行冷却。该过程中，新风量会随着室外空气温度的降低而不断减小。机房内的热空气依靠正压从排风口排出，机房保持正压10pa左右。
3. 制冷模式：当室外温度较高时，新风满足不了数据中心制冷需求时，开启压缩制冷系统进行补偿。
为了机房安全正常运行，直接新风冷却系统要求室外自然环境的空气质量符合机房送风标准要求，不符合时应对室外空气进行相关净化处理以符合要求。对于国内目前室外自然环境的空气污染比较严重的地区，简单的过滤处理不能满足需要，需要进行综合的处理措施才能满足，增加较大投资和运维工作，综合比较分析，目前国内适合此类冷却技术的地区比较少。
新风冷却虽然室外自然冷源利用率最高，但对空气品质和气候条件提出了严苛的要求，虽然采用过滤网可以一定程度上保证洁净度，但频繁更换过滤网也会增加运维成本，从气候条件而言温度过低、湿度过高还需要对新风反复预处理，反而增加能耗。同时新风冷却系统逐时耗水量波动较大，峰值时水利用率远高于年均水利用率，所以还需要考虑当地水资源和市政供水能力是否满足，以免出现故障。
图72新风冷却产品图
十三、液冷技术
随着AI、超算等高性能芯片架构普及，热功率密度急剧上升，CPU已从每个芯片的150瓦增加到300瓦以上，图形处理单元（GPU）已增加到每个芯片700瓦以上，AI集群算力密度普遍达到50kW/柜，甚至更高，功率越大，冷却要求也就越高。根据CNKI数据，风冷系统中风机转速在4000r/min时，对芯片的散热效果明显，而当风机转速超过临界值后，便只能改善与空气的导热传热，散热效果降低，已经不足以完成当前主流高性能芯片的散热任务了。
图73 风冷与液冷适用性
数据中心液冷技术是通过液体进行冷却设备的方法，利用液体的高热熔和高导热性吸收设备产生的热量，流体通过管道流动将热量带走，在通过冷却器将热量散出去。包括冷板式液冷、浸没式液冷以及喷淋式液冷等。按照冷却介质是否发生相变，可以分为单相式冷却和多相式冷却。
图74液冷技术分类
冷板式冷却，液体与芯片不会直接接触，主要通过在CPU旁边紧贴一块冷板进行传热，液冷板将发热器件的热量间接传递给封闭在循环管路中的冷却液体，再将冷却液体中的热量排至大气环境中，之后再次通过风冷或水冷等方式循环冷却。冷板式液冷没有实现元器件与冷却液的直接接触，起步较早，目前成熟度最高。
图75 冷板式液冷技术
图76 风液式冷板液冷
冷板式液冷包括全液式和风液式。风液式的液冷主要是针对服务器内的主要高热密度的发热元件采用液冷的方式进行冷却，对于低热密度的发热元件采用风冷的方式。风冷和液冷相结合的冷却方式，还需要在主机房设置一个风冷的空调。一般风液式冷却液冷散热比例60%~80%。
全液式的系统是指服务器内所有的发热元件都通过液体冷却的方式进行换热，主要有两种方式，第一种方式是服务器内所有发热元件的热量全部通过一块冷板进行传热，这块冷板的设计要跟服务器相匹配。还有一种方式通过冷板式设置一个液冷背板门的方式进行冷却，一般设置在机架的热控器的出口处，通过组合的方式可以最大限度减少室内的风冷空调的设置。
图77 全液式冷板液冷
图78 冷板式液冷CDU分析
液冷机组CDU可以实现流量分配，还有一个功能是可以进行温度调节，通过设置阀门和旁通等方式，可以设置CDU采用备份的方式提高整个系统的安全性。缺点是CDU增加了中间换热环节和输配系统，也占用了一部分的室内空间。
浸没式液冷，将 IT 设备发热元件全部浸没在冷却液中实现散热，根据工质是否产生相变又分为单相液冷和相变液冷。吸热后的冷却液采用风冷或水冷等方式循环冷却或者冷凝。
图79 浸没式液冷
喷淋式液冷，是面向芯片级器件的精准喷淋，按发热元件需求，通过重力或系统压力直接将冷却液喷洒至发热器件或与之连接的导热元件上的液冷形式。
图80 喷淋式液冷
冷板式的优点是对机房和机柜的改造量比较小，可以适用于普通的机柜。缺点是有泄露的风险，导电的风险。一般的冷板式还需要风冷进行补偿。浸没式液冷的优点是散热能度比较强，适用于功率密度比较高的时候，相对比较静音。缺点是它的运维难度比较大，因为它比较重，运维时候需要利用吊臂插拔，成本比较高，兼容也有要求。喷淋式可以避免冷板式的局部堵塞的问题，比较静音，对液体的兼容性要求比较高。难点就是流量控制不够精确，这也是一个比较麻烦的点。从运维的角度来说，冷板式的液冷会有一个快速接头插拔的问题，还有冷板和接头堵塞的问题。浸没式液冷需要一个用吊臂插拔，液体容易挥发。
图80 冷板液冷产品图
图81 浸没液冷产品示意图
飞哥看冷却：
1.数据中心冷却技术真是五花八门、货色繁多，也对从业人员表示敬佩，几乎所有能制冷的技术都拿出来了，也对行业人员说一句，大家都太难了，要学这么多花样，同时也正是因为这么多技术、这么深度技术，造成门槛高，一般人还学不会，使得行业人员前面几十年过得相对不错，但随着技术深度的研究，这层窗户纸的捅破，未来从业人员也会感觉到生存压力，这也是末法时代特征（需要掌握的技术越来越多，深度越来越高，人越来越忙，生存压力越来越大）。
2.从今年趋势来看，越来越多的玩家挤进数据中心冷却，个人感觉又要有一波人要送人头了，还记得2022年一大票人涌入储能温控，当时企业数量接近50家，从2025年来看，目前还活着、活得像个样子的企业不超过5家了，今年来看涌入数据中心冷却也超过100家，尤其是液冷，飞哥提醒一下，这年头大部分人的钱都不是大风刮来的，且行且珍惜。
最后，祈愿天下和顺、日月清明、风雨以时、灾厉不起、国丰民安、兵戈无用、崇德兴仁、务修礼让、国无盗贼、民无怨枉、强不凌弱、各得其所，并愿IDC温控行业能够良好发展，砥砺前行，从业人员亦能够安居乐业，家庭幸福。