深入了解机房空调系统：水冷与风冷技术的全面解析
机房空调属于精密空调的一种。它们旨在满足特殊工艺和特定环境对精密设备的要求。目的是将温度、湿度等精确控制在一定范围内。机房空调显热比高，需要大风量。一般来说，为了达到所需的空气参数，机房空调系统一般由制冷循环和空气循环两个循环部分组成，主要分为水冷和风冷两大类。下面我们将通过一系列动画来了解机房空调的水冷系统和风冷系统。
机房空气冷却系统
这是最传统的冷却方法。空调器由室内机和室外机通过氟管连接组成。室内机由压缩机、膨胀阀、蒸发器组成，可实现制冷、气流输送等功能。室外机是为了散热，如图1所示。制冷一般采用定速涡旋压缩机，少量采用数码涡旋或变频涡旋压缩机；风冷室外机安装在室外或屋顶，室内外机之间的距离受到限制：一般不高于室内机20米，也不低于室内机。室内机5米建议室内外管道长度小于60米。如果超过，则需要扩展组件和措施。
图1 风冷机房空调典型结构
1.2送风方式：一般分为上部送风方式（图2）、管道送风方式（图3）和地板下送风方式（图4）：
图2
图3
图4
1.3 典型布局：为了优化气流并进一步改善冷却，采用下流约束是通风和冷池比较的一种方法，如图5所示。
图5 房间级空调的典型风量
1.4 适用场景：风冷空调相互独立，无单点故障。它们特别适合中小型数据中心。当气流距离较短时，可布置在一侧。当气流距离较长时，可布置在两侧，如图所示。 6.
图6 数据中心风冷空调布置图
1.5室内机方式：除房间级空调外，还有风冷行间空调和柜式空调。这种方法可以减少气流传输和分配距离，降低风机功耗。行间空调可以通过组合热池和冷池封闭来获得。散热效果较好，图7，如果不关闭，图8。
图7 行间空调+热池封闭
图8 风冷行间空调
为了进一步减少气流分布距离，部分数据机房还会采用机柜级散热方式，如热管背板，图9
图9 柜级空调
1.6风冷机房空调的优缺点
优点：系统简单、完全独立、投资少、分期建设方便、无单点故障、可靠性高。缺点：外部机器较多；涡旋压缩的能效比离心机低；外机采用风冷散热，不适合大面积布局，夏季容易出现高压；总体能源利用效率不高。适用于：中小型数据中心。
机房水冷系统
水冷式冷冻水系统包括冷却水系统和冷冻水系统两个水系统。系统主要由水冷冷水机组、冷冻水泵、冷却塔、冷却水泵、水处理设备、恒压供水系统、冷冻水空调末端及管道阀门等组成，如图10所示
图10 水冷冷冻水空调
2.1 压缩机。水冷冷冻水系统一般采用大型制冷机组。对于较大的制冷量，可采用离心机组以获得更好的能效比，如图11。部分中型数据中心也采用螺杆机组，如图12。
图11 离心机机组工作原理
图12 螺丝机工作原理
2.2 换版：为了进一步提高能源效率，降低能耗，还将选择换版系统。图13.当环境温度较低时，开启板片更换进行自然热交换。
图13 换板工作原理
2.3 末端方式：冷冻水空调末端也分为房间级（图14）、行间级（图15）和柜级空调。
图14 冷冻水房层级架构
图15 冷冻水行间结构
一些数据中心还会采用顶置式空调，并采用热通道密封方式，进一步缩短空气流通距离。顶置式空调的放置方式可分为卧式（图16）和立式（图17）。
图16 顶置式空调
图17 顶置柜式空调
2.4冷却塔：冷却塔包括开式塔和闭式塔，又可分为横流式和逆流式。数据中心冷却塔一般采用钢塔。图 18 显示了横流式开放式钢塔。
图18 冷却塔
2.5循环水泵：水泵是将机械能转变为液体能，使水在水系统中循环的装置。冷冻水和冷却水的循环是通过水泵进行的。常见的循环水泵有端吸泵和双联式水泵。吸气泵，如图19所示。
图19 循环水泵
2.6冷库：考虑到市电中断后，制冷机组需要一定的时间才能启动并正常运行。因此，必须预留一定量的冷冻水，如建立冷储罐或冷储水池，以保证机房内设备的安全运行。冷库分为开式和密闭式，密闭式储罐又分为立式和卧式，如图20所示。
图20 卧式冷库
2.7 系统特点：
优点：采用冷却塔散热，占地面积小，散热效果好；离心压缩能源效率高；冬季可通过更换板片实现自然冷却。
缺点：系统结构复杂，投资大，有冷却和冷冻两套水系统，建设、实施、运行和维护复杂；水系统可靠性低，机房有被淹的可能；存在单点故障，需要设备备份、环网或者双系统来解决可靠性问题。
常见布局：冷水机组能效高，最终负荷配备板式置换自然冷却，实现更好的能效。是目前大型数据机房中心常用的解决方案。
横流塔
逆流塔
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