数据中心的业主和运营者们都在致力于追求进一步降低能源成本和对环境负面影响的方法。多年来，用于工商业的制冷系统节能型方法得以有效减少能源消耗。至今，这些技术在针对大型数据中心场景下也得到广泛实践。本文将探讨节能型制冷在更广泛存在的中小数据中心应用的方法，以及系统实施的简要概述。
1常用节能制冷系统
基于数据中心环境，节能型制冷系统通常采用简单的热交换器，有两种形式。它们被称为制冷媒介，用于带走数据中心的热量。而这些媒介，例如：水和空气，形成“水侧节能”和“风侧节能”实现方式。上述节能方法的主要区别在于，前者通过水作为媒介将数据中心热量带到室外，而后者利用空气。
2水侧节能系统
水侧节能系统通过室外环境来降温，供给数据中心的冷水。即外部空气不耗费制冷能源将水冷却到适当的温度。典型的冷水系统对没有用过节能制冷系统的数据中心是相当重要的。图1为一个典型的小型冷水杌组系统，包括一个风冷冷水机组和一个机房空气处理器。
该系统利用逆卡诺制冷循环，保持制冷循环不受到环境影响。数据中心的设备热量通过冷水在制冷机组不断循环来达到散热目的。当外界环境温度达到设定要求时，最简单的水侧节能系统将接替水冷机组制冷功能。图2所示为水侧节能系统。
图2典型水侧节能系统
以上配置，一个简单加装风扇的换热器，常被称为“干式冷却器”。并联安装在冷水机组系统。当环境温度降到只用环境制冷就可以用冷水带走所有热量时.系统由冷水机组切换到干式冷却器，以外部环境直接完成热量循环。
节能型系统以非常简单实用的原理来制冷，要么用冷却机组，要么用干式冷却器。最受欢迎沿用至今的是一种被称为“蒸发冷却系统”。见图3。
图3蒸发冷却系统
蒸发冷却系统工作类似于干燥冷却器，但有更丰富的功能，因为它不易受外界环境的影响。蒸发冷却系统通过冷却水塔水循环和板式热交换器完成制冷循环，图3所示为一个典型的布局。
其他节能方法更为前沿。一些节能系统利用地热直接完成能量交换。但是，这些节能系统往往由于产生冷水温度高于数据中心要求而无法长期使用。
3风侧节能系统
风侧节能系统已在暖通空调领域应用多年。这些节能系统在如今的数据中心迅速获得青睐。
这些节能系统通常把外界的冷空气送到数据中心，对发热设备进行冷却并且将热空气排放到外界。目前这种最直接的节能方法在高纬度地区广泛使用。图4为典型风侧节能系统。风侧节能系统通常为主系统处理热负荷。空调或使用外部空气取决于用户的要求。
4免费制冷的要领和优势
4.1水侧节能系统
水侧节能系统最小化外部环境和数据中心内空气交换。同时还向数据中心的制冷设备供冷。系统功能直接关系到数据中心制冷设备和环境的散热对冷水的需求。图5所示一个使用7.2℃和15.5℃冷水的干式冷却系统的比较图。同时提供了美国暖通工程师协会标准下，不同水温的冷水对于节能系统运行时间的影响。
图5表明：数据中心冷水温度提高的影响使得节能系统运行时间翻倍。靠近中间的外界温度影响很大。水温从15.5℃到18.3℃。延长了节能系统运行时间。也满足了在大多数地方使用节能系统的可能性。假设室外干球温度15.5℃下，冷水为11.7℃;而室外干球温度18.3℃下。冷水为14.4℃。在这个级别水平，节能系统才能实现这样的增长。
图5 水侧节能系统工作时间
然而，真正节能效果是减少冷水系统运行时间。当节能系统运行时，冷水系统制冷循环停机，这时可以节约很大的运行能耗。在实践中，更新冷水系统添加水侧节能系统配件，会添加一些额外的成本，另外所处的地理位置对节能系统也有一定影响。但平均下来，威图公司发现大多数节能系统的费用投资回报期少于3 年。投资回报方案可以通过如下计算来确定：系统将要运行的数年时间内，系统运行时能源的节省和总能源的花费。
由于水侧节能系统非耦合并接冷水制冷设备。安装运行风险比较小。另外。允许节能系统转换控制.如果发生节能系统故障，冷水机组提供了一种安全并网模式。恢复标准运行模式，系统故障减到最低。
4.2风侧节能系统
风侧节能系统的开放窗口操作高度则依赖于数据中心运营商允许的温湿度差值。那些值是由美国暖通工程师协会规定的，并且近期已更新了所允许的温度差范围。
在过去，数据中心的服务器通过低温的空气来降温，或制冷设备提供的冷风来降温。55℃是个典型的所需温度设置点。也要密切控制相对湿度，区间往往在 40%～50%。美国暖通工程师协会标准宽泛了允许范围，增加了风侧节能系统的可操作性。即露点温度在5.5—15℃，温度变化在17.8～267cC之间;相对湿度在40%～55%，温度变化在20～25c{c之间。
关于数据中心使用风侧节能系统，通过在美国6个城市使用该系统，说明了美国暖通工程师协会规范变化带来的影响。美国暖通工程师协会标准表明，除了凤凰城地区外的所有地方都可采用风侧节能系统。
数据中心风侧节能比水侧节能效果更大。通过开关切换的风侧节能系统比水侧要求简单。外界空气大量直接进入数据中心空间，增加了环境的污染风险，但如果用户需要，可通过过滤缓解这些风险。同时，应对其他环境变化。如火灾，化学品或其他危险，就需要额外的监控。此外.其他因素，如空气中的盐分或其他未知，可能难以去除污染物，可能会影响服务器的可靠性。这些限制需要进一步调查，但现有的研究表明，一些非数据中心环境下的可靠硬件设备，比以往所认为的服务器更有能力应对污染物和其他微粒。
5结论
数据中心的制冷节能设备高度依靠地理位置。数据中心很多节能案例成为一个值得的追求。只有对每个节能方法进行可靠的评估和综合研究，才能准确判断方案带来的风险和收益。
