01引言

自然冷却技术是数据中心最有效的节能技术，数据中心常用的自然冷却技术有水侧自然冷却技术，风侧间接自然冷却技术，风冷冷机自然冷却技术和风侧直接自然冷却技术。水侧自然冷却技术是国内数据中心最常用的自然冷却技术，在室外空气湿温度较低时，利用低温的冷却水与冷冻水换热，使冷冻水达到供水温度要求或降低冷冻水温度，从而减少冷机的开启时间和强度。风侧间接自然冷却技术是国内新兴的自然冷却技术，在室外空气温度较低时或室外空气湿球温度较低时，利用室外低温空气与数据中心机房回风换热，使机房送风到达温度要求或降低回风温度，从而减少机械制冷的开启时间和强度。风冷冷机自然冷却技术特别适用于缺水地区的数据中心，当室外空气温度较低时，干冷器产生的低温冷媒与冷冻水换热，使冷冻水达到供水温度要求或降低冷冻水温度，从而减少冷机的开启时间和强度。风侧直接自然冷却技术是数据中心最有效的自然冷却技术，该技术直接利用室外低温空气给数据中心机房降温，减少了换热流程，在国内西北部地区已经有部分数据中心开始使用该自然冷却技术。

风侧直接自然冷却工作模式

02风侧直接自然冷却工作模式

如图1所示，风侧直接自然冷却直接利用室外低温空气给数据中心机房降温，该自然冷却可分为三种工作模式。

图1 风侧直接自然冷却原理图

（1）完全自然冷却模式

　　在该工况下风侧直接自然冷却系统完全利用室外自然冷源不用开启机械制冷；

（2）部分自然冷却模式

　　该工况下室外自然冷源不能满足数据中心送风要求，需要开启部分机械制冷；

（3）机械制冷模式

　　该工况为室外空气焓值大于机房回风空气焓值或室外空气质量较差的情况下，机房完全利用机械制冷满足降温要求。为实现风侧直接自然冷却最大限度的利用室外自然冷源，数据中心风侧直接自然冷却的完全自然冷却工作模式需设置不同的工作工况（见图2）。

图2 自然冷却区域焓湿图

　（1）直接新风工况

　　当室外空气温湿度满足数据中心机房送风温湿度要求时，室外空气经过过滤后直接送入机房给IT设备降温，然后将温度升高的空气排出至室外；

　（2）直接混合工况

　　室外空气温度低于数据中心机房送风温度要求，绝对湿度在数据中心送风湿度要求范围内时，室外低温空气经过过滤后与部分机房排风混合，温度达到机房送风温度要求，送入机房给IT设备降温，然后将部分温度升高的空气排出至室外，部分温度升高的空气再与室外低温空气混合；

　（3）混合后加湿工况

　　当室外空气温湿度低于数据中心机房送风温湿度要求时，室外低温空气经过过滤后与机房排风混合，再对混合后的空气进行等焓加湿处理，温湿度达到机房送风温湿度要求后送入机房给IT设备降温，然后将部分温度升高的空气排出至室外，部分温度升高的空气再与室外低温空气混合；

　（4）直接加湿工况

　　当室外空气焓值低于数据中心机房送风焓值要求且温度高于机房送风温度要求时，室外空气经过过滤后进行等焓降温加湿处理，空气温湿度达到送风温度要求后送入机房给IT设备降温，然后将温度升高的空气排出至室外。

　　以上四种工作状态系统均不用开启机械制冷,完全实现了利用室外自然冷源给IT设备降温。

　　风侧直接自然冷却系统的工作模式切换点与数据中心设计参数息息相关，本研究的各参数为一般工程设计参数，在不同的数据中心项目中都有得到实际应用，从而具有很强的实际意义。

　　数据中心设计规范要求数据中心冷通道或机柜进风区域温度在18～27℃范围内，露点温度为5.5℃～15℃范围内，且相对湿度不大于60%[1]，考虑送风温度精度与现国内数据中心设计送风温度，取送风温度为25℃，数据中心机房送风回风温差一般在8℃～15℃之间[1]，根据送风温度与服务器循环风量的匹配关系，确定空调送回风温差为13℃。

　　通过上文分析，如图2所示，室外空气焓值小于等于52.4kJ/kg且露点温度小于等于15℃，该系统可进入完全自然冷。

　　以上分析基于平原地区及大气压力约为一个大气压地区。对于海拔较高地区，由于大气压力不同，送风温度25℃，露点温度15℃，空气状态点所对应的焓值不同。如表1所示，列出了国内部分城市，送风干球温度为25℃，露点温度为15℃，送风空气状态的焓值，其中大气压力根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB 50736-2012查得[2]。当大气压力变低时，送风状态点的空气焓值增大。从而具体地点的自然冷却切换点需要具体分析。