引言

伴随数字经济的飞速发展，数据中心作为现代信息基础的核心也逐渐暴露出其巨大的能耗问题。以数据中心的总能耗而言，空调系统的占比高达40%，也就意味着降低了PUE的关键领域就落在了它的身上了。面对高密度服务器散热需求，冷冻水型背板空调、间接蒸发冷却和液冷技术等创新方案应运而生。本文将对比分析这三种技术的PUE改善效果，并结合华为、阿里的实践案例，探讨数据中心中央空调系统的高效散热与节能路径。

一、数据中心中央空调系统的特点

数据中心空调系统与传统建筑空调存在显著差异，主要体现在以下方面：

高可靠性与连续运行‌：数据中心空调系统采用模块化设计(N+1或2N冗余)，单台故障时备份机组能于1秒内自动切换，保障供冷零中断。关键部件如风机、水泵配置双路供电，甚至直连蓄电池，避免市电波动导致停机。

精准温湿度控制‌：服务器对环境的敏感度极高，温度波动超过±1℃或湿度偏离40%-60%RH范围，均可能触发电子元件性能劣化。现代空调系统采用PID算法或模糊逻辑控制，确保温度精度±0.5℃、湿度精度±5%RH。

节能技术演进‌：当前技术聚焦三重突破：硬件能效跃升(磁悬浮压缩机、DC变频风机等使空调能效比突破3.6)；自然冷源最大化(氟泵系统在-15℃环境可完全关闭压缩机)；AI动态调优(通过机器学习实时调节制冷量)。

二、高密散热技术对比与PUE改善效果

1. 冷冻水型背板空调

冷冻水型背板空调是部署于服务器机柜后部的散热装置，通过冷水分配控制器(CDU)与背板热交换器(RDHx)构成两级循环系统。其特点包括：

采用冷冻水作为冷媒介质，单块背板制冷量可达4-8kW

无风机设计实现零电力消耗和噪音低于35dB

铝制散热板片结合石墨烯涂层设计提升导热效率40%以上

PUE改善效果：通过提升供回水温度，每提高1℃冷水机组COP值提升约3%，可将PUE降至1.3以下。

2. 间接蒸发冷却技术

间接蒸发冷却(IEC)利用直接蒸发冷却后的空气(二次空气)通过换热器与室外空气(一次空气)进行热交换，实现新风冷却。其优势在于：

利用"干空气能"，在干燥地区节能效果显著

系统由喷淋装置、换热芯体、室内风机等组成

全年自然冷却时长可延长30%，CLF(制冷负载系数)低至0.084

PUE改善效果：在适宜气候条件下，PUE可降至1.2以下，相比传统风冷系统节能30%以上。

3. 液冷技术

液冷技术通过液体作为热交换媒介，分为直接液冷(DLC)和间接液冷(ILC)两种类型。其创新点包括：

浸没式液冷可将PUE从传统风冷的1.8降至1.5以下

冷板式液冷对服务器改动小，占液冷应用90%份额

喷淋式液冷实现精准喷淋，但存在液体飘逸问题

PUE改善效果：液冷技术可将PUE降至1.1~1.2，部分案例中散热系统能耗占比从37%降至10%。

三、行业实践案例与解决方案

1、华为的节能实践

华为在华北某数据中心项目中，通过新建制冷系统智能控制系统及相关设施，实现：

电能利用比值从1.42降到1.26

年节能量达2764万千瓦时

采用AI算法实时调节制冷量，末端空调省电高达31%

其技术核心在于：

整合气象数据、设备运行数据和能耗数据进行多维分析

结合AI节能预测与调优模型算法生成控制策略

实现空调运行供需平衡，降低冷站运维门槛

2、阿里的创新探索

阿里云张北数据中心通过多项创新技术实现卓越能效：

利用当地年均气温2.6℃的优势，实现全年300余天自然冷却

自主研发浸没式液冷技术，节能效果超70%

年PUE低于1.2，最低可达1.09，年节约标煤8万吨

其关键技术包括：

服务器浸泡在绝缘冷却液中，散热能耗几乎为零

模块化设计与AI调温技术协同优化

巴拿马电源使全链路效率提高至98%

总结与展望

面对数据中心日益增长的散热需求，冷冻水型背板空调、间接蒸发冷却和液冷技术各具优势：

冷冻水型‌适合改造项目，PUE可降至1.3，投资回报期短

间接蒸发‌在干燥地区优势明显，PUE1.2，但受气候限制

液冷技术‌能效最高(PUE1.1)，适合新建高密度数据中心

中央空调节能改造应结合具体场景选择技术路线，未来发展方向包括：

多技术融合：如"液冷+间接蒸发"的混合冷却系统

AI深度优化：通过机器学习实现制冷系统动态调优

绿色能源整合：与光伏、风电等清洁能源协同运行

“双碳”目标的逐步推进之际，数据中心的空调系统也从传统风冷“老大哥”逐步向高效液冷“新秀”做出有序的技术跃迁，华为、阿里等一大批的企业的实践都为行业提供了可复制的节能样板。通过技术创新与精细管理，数据中心完全可以在保障算力增长的同时，实现能耗的持续下降。