碳中和背景下数据中心新型制冷技术探讨
北京工业大学副研究员 周峰
数据中心是一整套复杂的设施。它不仅仅包括计算机系统和其它与之配套的设备，还包含配电系统、制冷系统、消防系统、监控系统等多种基础设施系统。其中，制冷系统在数据中心是耗电大户，约占整个数据中心能耗的30~45%。降低制冷系统的能耗是提高数据中心能源利用效率的最直接和最有效措施。制冷系统也随着数据中心的需求变化和能效要求而不断发展。在2021数据中心市场年会上举行了数据中心新型制冷技术分论坛。上午的会议由北京工业大学副研究员周峰主持。
数据中心节能技术委员会专家组专家、高级工程师温晓军演讲的主题是“碳中和背景下的数据中心技术发展”。他介绍了“双碳”背景下数据中心总体架构，以及数据中心技术发展。
数据中心节能技术委员会
专家组专家、高级工程师温晓军
关于碳中和背景下的数据中心技术发展，温晓军总结了几点：
1.双碳对数据中心的政策会有很大的影响；国家政策会鼓励数据中心落地电力 丰富，新能源丰富区域；梯级电价；
2.数据中心建设鼓励装配式、预制；如装配建筑、蒸发冷却，绿建；
3.架构会越来越简单；目前是数据中心最复杂阶段；
4.燃料电池会在数据中心使用；
5.微电网会在数据中心使用；
6.取消柴发是下个数据中心探讨的话题；
7.水指标将会与能耗指标同等重要；
8.模块化数据中心定义：
以电力为单元来模块化是趋势；
220KV站-超大规模级别；大于200MW级别；
110KV站-数据中心园区级别；80-200MW级别；
35KV-10KV站-数据中心楼级别；20-80MW级别；
一路10KV外电一般10MW-15MW为模块;
一台10KV变压器一般2000KVA或者2500KVA为模块;
或者以超级核心为模块化；
离心机组与蒸发冷却比较（如图）：
华中科技大学教授邵双全介绍了高效磁悬浮压缩机及制冷机组在数据中心的应用。他从数据中心发展与能耗、磁悬浮压缩机及制冷机组、磁悬浮压缩机典型应用方式、磁悬浮制冷机组典型应用案例几个方面进行讲解。基于对典型案例的分析，邵双全教授总结并建议：
磁悬浮机组的优点：
可小压比高效运行
无油润滑系统性能衰减小
噪音低
运维少
数据中心冷却系统：从设计——选型——安装——运行，需要进行全局优化
系统集成化、预制化：省时、省地、省电、省钱
华中科技大学教授邵双全
中国建筑设计研究院有限公司智能工程中心副总工程师劳逸民围绕北京市《关于进一步加强数据中心节能审查的若干规定》（征求意见稿）展开了探讨，并对其中的规定进行了解读。
中国建筑设计研究院有限公司
智能工程中心副总工程师 劳逸民
中国移动通信集团设计院有限公司咨询设计总监娄小军的题目是“‘新基建’下数据中心空调方案综合评估”。他从背景及空调方案演进路径、数据中心空调方案综合评估方法、针对5种空调方案的试评估及结论三个方面进行讲解。并分享了按综合评估模型，典型城市针对5种空调方案的试评估打分结果。
中国移动通信集团设计院有限公司
咨询设计总监 娄小军
中国航空规划设计研究总院有限公司暖通专业副总师赵磊分享的主题是“间接蒸发冷却技术与大温差高温冷水系统在数据中心项目中的耦合应用”。他从技术应用背景、技术亮点、在项目中的耦合应用三个方面进行讲解，并总结出：
采用了间接蒸发冷却技术，充分利用室外环境的能量在全年大部分时间实现“自然冷却”或“低成本冷却”，实现了在深圳地区全年PUE可以低至1.241;可为深圳项目提供一种思路；
本项目间接蒸发冷却空调机组辅助CW冷源采用高温水大温差设计（冷冻水供回水温度18-26℃），稳定运营4年，也是目前国内唯一成功案例。高温水系统除了可大幅提升冷机的效率，还可以避免系统频繁的加湿和除湿；
将水喷淋与换热芯体分开设置，避免了常规AHU机组直接对换热芯体进行喷淋所带来的结垢导致的能效衰减的问题；
本项目创新性的将间接蒸发冷却技术与大温差高温冷水技术在数据中心项目中进行耦合应用，经过项目的验证，是成功的。
在实际项目中要充分考虑到项目所在地位的气候特性，因地制宜采取多重自然换热系统，在保证机房内部洁净度的同时，尽最大可能采用室外自然冷源。
中国航空规划设计研究总院有限公司
暖通专业副总师 赵磊
数据中心新型制冷技术分论坛下午的主持人是中国建筑标准设计研究院有限公司副主任吴晓晖。
中国建筑标准设计研究院有限公司
副主任吴晓晖
北京电信规划设计院有限公司建筑能源设计院副总工程师、IDC业务中心技术总监贾峻演讲的题目为“数据中心自然冷源利用&《数据中心氟泵空调技术标准》编制”。演讲深入分析了不同介质冷却方式特点与现状，深度剖析能源效率提升的有效方式，并对目前数据中心的液冷、间接蒸发冷却等空调新技术等进行优劣势分析与前景展望，引发现场参会嘉宾共鸣。同时，介绍了《数据中心氟泵空调技术标准》的编制工作进度及标准内容，该标准是由北京电信规划设计院有限公司作为主编单位的行业技术标准，填补了我国数据中心用氟泵空调节能技术相关指导和规范的空白，适用于数据中心用氟泵空调产品及系统，有利于实现能源效率最大化和环境影响最小化，为建设节能、节水、低碳的绿色数据中心提供重要参考。
北京电信规划设计院有限公司
建筑能源设计院副总工程师、IDC业务中心技术总监 贾峻
上海数据港股份有限公司华北技术总监王元月分享了“数据中心新型制冷技术的应用及思考”，他从技术应用和实践案例两个维度进行讲解。安全、稳定、节能的新型制冷技术才能可持续发展：
制冷系统应该在运维全生命阶段安全第一；
持续无故障和低故障率运维，安全性越高，平均无故故障时间越长；
制冷系统应该在运维阶段能够稳定运行；
平时运维工作量；应急事故处理；
制冷系统应能够节能运行，节省运维成本。
上海数据港股份有限公司华北技术总监 王元月
天津商业大学副教授何为的题目是“高热流密度芯片液冷及冷却系统节能”。在何教授看来：
单翅片水冷散热器：实验最大功率可实现500W(80W/cm2），装配工艺尚需改进，目前芯片散热传热过程可实现最小传热热阻0.1K/W；
三并联集成式翅片水冷散热器：提出“流量-压降”特性关联式；流量不均衡性导致温度不均匀性，温量增加至2.1-3.0L/min时可明显改善；
机柜散热性能：为保证芯片安全温度和实现最小能耗，每个机柜水温对应有最小水流量，且存在最高进口水温极限值；
单一冷却方式的冷却系统能耗分析：对冷却塔、风冷冷水机组、水冷冷水机组，分别存在最小能耗时的最优运行工况，因环境温度不同而不同；
混合冷却系统最优运行工况及能耗对比：以天津为例，提出最优冷却方式调控策略，包括切换温度和即时最优工况；
混合冷却系统能耗对比：从节能率角度选三混模式，若考虑设备投资，当T≤38℃，选冷却塔+风冷冷水机，当T>38℃，选冷却塔+水冷冷水机。
如何降低冷却能耗是商大数据中心科研团队当前重要的科研内容。
天津商业大学副教授 何为
北京工业大学副研究员周峰演讲的主题是“数据中心氟泵自然冷却系统性能研究”。他指出数据中心的未来发展将呈现多场景协同化发展和多尺度两极化演进两大特点，在这样的背景下散热技术已然成为反掣电子器件微尺度发展的瓶颈。周峰老师总结：
系统换热量随室外温度升高近似线性降低，且氟泵自然冷却模式的下降速度比机械制冷模式更快，二者的EER则存在交点；
以双蒸发回路并联替代单蒸发回路，可改善系统内部阻力过高、换热量与EER峰值泵频率不匹配的问题；
全气候区能效表现上，随着纬度降低，氟泵自然冷却模式的运行时长和复合系统EER值减少；5℃温差时，测试机组在不同气候条件下，氟泵模式平均EER值在7.07~14.18之间，系统全年平均EER在4.22~14.10之间；
除广州、海口外，其他地区对应测试机组的PUE值可实现低于1.40，但这取决于系统设计温差、设计原则和实际运维。
中国建筑标准设计研究院有限公司
主任工程师 赵春晓
中国建筑标准设计研究院有限公司主任工程师赵春晓从“绿色”建筑、“绿色”电力、“绿色”冷却、能源与资源的综合利用等角度讲述了“碳中和”下绿色数据中心的设计。碳中和的背景下，打造绿色、低碳的数据中心在未来会带来机遇，同时也会带来更多挑战。