1、新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书数据中心能源白皮书 401号目 录3. 数据中心制冷行业现状及挑战3.1 数据中心政策解读3.2 国家及行业标准解读3.3 数据中心传统制冷系统的现状及挑战 3.3.1 传统制冷系统能耗大 3.3.2 传统制冷系统部署周期长 3.3.3 传统制冷系统复杂 3.3.4 传统制冷系统运维费用高3.4 数据中心传统间接蒸发冷却系统的现状及挑战 3.4.1 间接蒸发冷却系统需增强与建筑的匹配 3.4.2 间接蒸发冷却系统需能满足在湿热地区的应用 3.4.3 间接蒸发冷却系统需进一步简化运维3345 5 5 5 566664. 间接蒸发冷却系统介绍4.1 系统原理及组

2、成 4.1.1 系统原理 4.1.2 室外空气处理系统 4.1.3 水处理系统4.2 安装场景及气流组织 4.2.1 安装场景 4.2.2 气流组织4.3 气候适应性77789101010127. 基于 AI 的新一代智能间接蒸发冷却解决方案7.1 用 AI 技术进行能效提升7.2 用 AI 技术进行故障预测2121278. 间接蒸发冷却解决方案应用案例8.1 国内应用案例8.2 国外应用案例282830附录：全国部分城市的温度分布系数表345. 间接蒸发冷却系统与传统冷冻水系统对比5.1 PUE 和 WUE 对比5.2 分期部署能力对比5.3 部署周期对比5.4 颗粒度和可靠性对比5.5 T

3、CO 对比 5.5.1 初始投资对比 5.5.2 运行投资对比515166. 间接蒸发冷却技术应用及发展方向6.1 增强建筑物适配性6.2 延长湿热地区自然冷却时长6.3 增强寒冷地区应用可靠性6.4 简化运维6.5 空气处理系统归一化01. 前言2. 术语12新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书1数据中心能源白皮书 401 号 版本 01随着 5G、云计算、数字化转型的快速发展，大数据中心成为新基建的热点。作为国家基础性战略资源，大数据中心成为国家竞争力的战略制高点之一，数据中心的建设规模和数量呈现快速增长。近年来，国家相关部委出台了关于绿色数据中

4、心建设和建设布局的指导意见，北京市、上海市、广东省、深圳市等地方政府也出台了数据中心相关政策，对新建数据中心的 PUE 制定了详细的准入门槛和激励机制。数据中心能耗尤其是制冷系统能耗已成为业界普遍关注的焦点。提高制冷系统的能效，既响应国家节能减排的政策导向，也是降低数据中心运营费用的重要目标。数据中心传统冷冻水制冷系统存在能耗大、部署周期长、系统复杂、以及运维费用高等诸多挑战。间接蒸发冷却技术是充分利用自然冷源，降低数据中心制冷系统能耗的有效手段。同时间接蒸发冷却系统简单、安装适配性好、适用气候区域广泛；与传统冷冻水制冷系统相比，更省电省水，在分期部署、建设周期、可靠性、TCO 方面更具优势，

5、受到行业广泛的认可。同时，随着间接蒸发冷却技术的使用量快速增加，该技术又出现了新的发展趋势，比如空气处理系统归一化、用 AI 技术提升能效、以及用 AI 技术进行故障预测等。为了更好地推广间接蒸发冷却技术，特编写新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书，谨为行业相关人士提供参考。1. 前言新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书2白皮书收录于“智领 DC 计划” 2. 术语数据中心 data center为集中放置的电子信息设备运行提供运行环境的建筑场所，可以是一栋或几栋建筑物，也可以是一栋建筑物的一部分，包括主机房、辅助区、支持区和行政管理区等。间接蒸发冷却 indirect evaporative

6、 cooling （下文简称 IEC）间接蒸发冷却是指产出介质（空气或水）与工作介质（空气或水，工作介质发生直接蒸发冷却）间接接触，仅进行显热交换而不进行质交换，来获取冷风或冷水。间接蒸发冷却空气处理系统 indirect evaporative air-conditioning system一种采用间接蒸发冷却技术，工作介质为空气或水，产出介质为空气，提供空气循环、空气过滤、冷却、湿度控制和辅助冷源的空气调节机组。下文简称间接蒸发冷却系统。机械辅助制冷 mechanical auxiliary cooling机械辅助制冷是间接蒸发冷却系统无法完全采用自然冷却或间接蒸发冷却无法达到额定制冷量，

7、而采用蒸汽压缩制冷方式补充制冷量的一种辅助制冷方式冗余 redundancy重复配置系统的机组或部件，当部分机组或部件发生故障时，冗余配置的机组或部件介入并承担故障机组或部件的工作，由此延长系统的平均无故障间隔时间。电能利用效率（PUE） power usage effectiveness表征数据中心电能利用效率的参数，其数值为数据中心内所有用电设备消耗的总电能与所有电子信息设备消耗的总电能之比。水利用效率（WUE） water usage effectiveness表征数据中心水利用效率的参数，其数值为数据中心内所有用水设备消耗的总水量与所有电子信息设备消耗的总电能之比。人工智能（AI） a

8、rtificial intelligence用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统。新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书3数据中心能源白皮书 401 号 版本 013. 数据中心制冷行业现状及挑战3.1 数据中心政策解读近年来，工业和信息化部、国家发展和改革委员会、国家机关事务管理局、国家能源局、国土资源部、国家电力监管委员会等部委相继出台了关于绿色数据中心建设和建设布局的指导意见，北京市、上海市、广东省、深圳市等地方政府也出台数据中心相关政策，对新建数据中心的 PUE 制定了详细的准入门槛和激励机制。在政策牵引下，新建数据中心必将更加重视节能，间接蒸发冷却解决方案等自然冷却

9、方案将会得到更广泛的应用。适用区域发文名称发文时间发文机构主要内容全国关于加强绿色数据中心建设的指导意见2019 年 2 月工业和信息化部、国家机关事务管理局、国家能源局2022 年数据中心平均能耗基本达到国际先进水平，新建大型、超大型数据中心的电能使用效率值达到 1.4 以下，高能耗老旧设备基本淘汰。关于数据中心建设布局的指导意见2019 年7 月工业和信息化部、国家发展和改革委员会、国土资源部 、国家电力监管委员会、国家能源局1. 市场需求导向原则：从市场需求出发，合理规划建设数据中心；2. 对满足布局导向要求，在 1.5 以下的新建数据中心，以及整合、改造和升级达到相关标准要求 ( 暂定

10、 PUE 降低到 2.0 以下 ) 的已建数据中心，在电力设施建设、供应及服务等方面给予重点支持。北京市北京市新增产业的禁止和限制目录 （2018 年版）2018 年9 月北京市人民政府办公厅1. 全市范围内，禁止新建和扩建互联网数据服务、信息处理和存储支持服务中的数据中心（PUE 值在 1.4 以下数据中心除外）；2. 中心城区（包括东城区、西城区、朝阳区、海淀区、丰台区、石景山区）全面禁止新建和扩建数据中心。上海上海推进新一代信息基础设施建设三年行动计划（2018-2020）2018 年11 月上海市经济和信息化委员会、上海市发展和改革委员会1. 2018 年机架总规模控制在 12 万个，

11、存量改造数据中心 PUE 不高于 1.4，新建设数据中心 PUE 小于 1.3；2. 2019-2020 年机架数总规模控制在 14 万、16 万个，PUE 要求不变。上海市关于加强本市互联网数据中心统筹建设的指导意见2019 年1 月上海市经济和信息化委员会、上海市发展和改革委员会1. 到 2020 年，全市互联网数据中心新增机架数严格控制在 6 万架以内；2. 本市互联网数据中心建设应优先支持服务“五个中心”的功能性基础平台、全球数据港等枢纽型平台。表 1 国家和地方政府数据中心相关政策一览表新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书4白皮书收录于“智领 DC 计划” 适用区域发文名称发文时间发

12、文机构主要内容上海市互联网数据中心建设导则（2019 版）2019 年6 月上海市经济信息化委员会1. 选址布局：严禁在中环以内区域新建 IDC，原则上选择在外环外符合配套条件的既有工业区内，并兼顾区域经济密度要求；2. 资历资质：鼓励电信运营商、大型 IDC 专业运营商、专业云服务商申报，须持有 IDC 运营许可，具有大规模数据中心运营经验；3. 设计指标：单项目规模控制在 3000-5000 个机架，平均机架设计功率不低于 6kW，机架设计总功率不小于18000kW。PUE 值严格控制不超过 1.3；4. 上海建设 IDC 关键指标要求：PUE（综合）第一年不高于 1.4，第二年不高于 1

13、.3；5. WUE 第一年不高于 1.6，第二年不高于 1.4。深圳深圳市发展和改革委员会关于数据中心节能审查有关事项的通知2019 年4 月深圳市发展和改革委员会1. 强化技术引导。PUE1.4 以上的数据中心不享有支持；2. 对于 PUE 值为 1.35-1.40（含 1.35）的数据中心，新增能源消费量可给予实际替代量 10% 及以下的支持；对于 PUE 值为 1.30-1.35（含 1.30）的数据中心，可给予实际替代量 20% 及以下的支持；对于 PUE 值 1.25-1.30（含 1.25）的数据中心，可给予实际替代量 30% 及以下的支持；PUE 低于 1.25 的数据中心可享受

14、新增能源消费量 40% 以上的支持。广东广东省 5G 基站和数据中心总体布局规划（2021-2025 年） 2020 年6 月广东省工业和信息化厅1. 到 2022 年，PUE 值不超过 1.3；2. 到 2025 年，PUE 值不超过 1.25；3. PUE1.25：优先支持新建和扩建；4. 1.25 PUE1.3：支持新建和扩建；5. 1.3 PUE1.5：严控改建，不支持新建、扩建；6. PUE 1.5：禁止新建、扩建和改建。3.2 国家及行业标准解读随着服务器等IT设备的技术进步， 其对制冷的要求也在不断发生变化， 其中一个重要的指标是进风温度逐渐提高。 数据中心设计规范GB50174

15、-2017 将冷通道或服务器机柜进风温度范围规定为 1827。ASHRAE Technical Committee (TC) 9.9允许的服务器进风温度从 2004 年的 2025扩展到了 2015 年的 1827。近年来，已有部分数据中心尝试进一步提高进风温度，允许全年一定比例的时间内送风温度可以超过 27，甚至接近 32。数据中心内温度环境标准的放宽，为制冷系统的节能创造了条件，数据中心可考虑如何更多地使用自然冷源，减少机械制冷。间接蒸发冷却等在其他领域成熟的自然冷却方案开始进入数据中心制冷解决方案的舞台，且其应用区域范围越来越广。新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书5数据中心能源白皮书

16、401 号 版本 013.3 数据中心传统制冷系统的现状及挑战3.3.1 传统制冷系统能耗大随着数据中心规模不断加大，功率密度不断提高，数据中心已成为典型的耗能大户，以一个 IT 额定容量 1MW，设计 PUE 为 1.5 的典型数据中心为例，从建设到投入运行 10 年的周期来看，电费占比高达总投资的 60% 以上，其中，制冷系统的能耗占总能耗的 30% 左右。因此，数据中心的制冷解决方案就很大程度上决定了其能耗上限，制冷系统节能已成为数据中心建设的首要诉求。3.3.2 传统制冷系统部署周期长数据中心的建设周期会影响到资金占用，业务快速上线，建设周期越短，收益越明显。一个采用冷冻水制冷系统的中

17、等规模（IT 额定容量 1MW）数据中心，从建设到投入使用，一般需要 1012 个月左右，实际考虑施工天气影响，可能会更长。在这个建设周期中，因制冷系统涉及安装、联调，其施工周期可能长达 56 个月。因此，数据中心面临制冷系统部署周期长的挑战。大型数据中心分期建设已常态化，其时间跨度可能会达到 23 年甚至更久，为了配合 IT 负载分期部署，需要制冷解决方案能方便快速的实现分期部署，每期的方案能快速复制，又能相互解耦。3.3.3 传统制冷系统复杂对照 Uptime Tier 不同等级的要求，数据中心采用冷冻水方案实现 Tier 可采用的方案为：冷冻水系统常用环形管网或双路供回水， 各段需设置阀

18、门， 确保每段管路漏水可检修。 主机、 水泵、 末端等连接到 “环”上，水路“环环相扣”。主机、水泵、冷却塔、末端 N+R 配置，至少为 N+1。干管上的阀门、仪表等并无冗余备份，存在阀门失效，仪表失效、焊点泄露单点故障的可能性。连续制冷通过另外配置蓄冷罐实现。因此，数据中心面临制冷系统架构简化的挑战。3.3.4 传统制冷系统运维费用高运维是数据中心生命周期内重点关注的问题，以一个 1500 机柜、采用冷冻水制冷方案的数据中心为例，每个班次的运维人员需要 34 人，每天 3 个班次轮换，共需要运维人员 912 人，加上例行的机组、水泵、管路等检修，以 10年运行周期计算，运维人工费用投入占数据

19、中心总投入会达到 10% 左右，简化运维能减少运维成本。因此，如何简化运维工作、提升运维的智能化程度也是数据中心制冷系统面临的挑战。新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书6白皮书收录于“智领 DC 计划” 3.4 数据中心传统间接蒸发冷却系统的现状及挑战制冷系统的电费占总电费的 35% 左右，充分利用自然冷源可进一步提高制冷系统的能效，减少制冷系统电耗。以中国地区为例， 越向北可用自然冷源的时长越长， 节能效果越好。 即使对于夏热冬冷和夏热冬暖地区， 夏季有较多的高温天气，间接蒸发冷却系统也可利用水蒸发吸收空气中的热，给室外空气降温来冷却机房的空气，以满足机房的制冷需求。炎热天气情况下，间接蒸发

20、冷却系统利用压缩机制冷系统来给数据中心散热，也解决了冷冻水制冷系统耗水大的问题。当然传统间接蒸发冷却系统在应用中也存在以下挑战。3.4.1 间接蒸发冷却系统需增强与建筑的匹配间接蒸发冷却系统在多层数据中心室内使用时，如何对建筑进行针对性的适配设计，如何考虑设备安装间、风管、维护通道、排风井的布置。需要结合机组的特征和建筑的经济性综合考虑。3.4.2 间接蒸发冷却系统需能满足在湿热地区的应用随着服务器耐温特性的提升，从节能角度考虑，为了更多的应用自然冷，机房温度将会越来越高，间接蒸发冷却机组适宜应用的分界线将会逐渐南移。后续随着机房送风温度提高，自然冷可应用时间会进一步增加。同时，间接蒸发冷却系

21、统相比传统冷冻水制冷系统，更省水，故障域更小，更适合分期部署和扩容，间接蒸发冷却系统将会逐渐成为数据中心主流解决方案。但在湿热区域，存在部分时间段内环境干湿球温差较小，机组喷淋或喷雾冷却的效果有限，同时，喷淋还会产生额外的风阻，导致机组运行能效降低。如何延长间接蒸发冷却在湿热时间的应用，如何实现最优的运行，也是传统间接蒸发冷却系统面临的挑战。3.4.3 间接蒸发冷却系统需进一步简化运维间接蒸发冷却系统方案将自然冷却系统和直膨风冷系统集成在一个设备中，对后期运行维护耗材和维护相对传统冷冻水系统的运维是不一样， 这方面如何实现利用人工智能技术进行故障预测， 实现预测性维护和智能运维， 降低运维成本

22、。也是间接蒸发冷却在应用中需要考虑的问题。新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书7数据中心能源白皮书 401 号 版本 01运行模式风机状态水泵状态压缩机状态干模式（风机）开启关闭关闭湿模式（风机 + 喷淋）开启开启关闭混合模式（风机 + 喷淋 + 压缩机制冷）开启开启开启4. 间接蒸发冷却系统介绍4.1.1 系统原理4.1 系统原理及组成整体式间接蒸发冷却系统在数据中心现场安装风管、水管及配电后即可投入使用，机组有三种运行模式，干模式：仅风机运行，完全采用自然冷却；湿模式：风机和喷淋水泵运行，利用喷淋冷却后的空气换热；混合模式：风机、喷淋水泵、压缩机同时运行。三种运行模式可以结合气象参数和机组

23、自身的特性曲线，在控制系统控制下运行，在满足温度控制的基础上，同时实现节能的目的。1）干模式当室外环境低于一定温度时，机组采用干模式运行即可满足机房制冷需求，此时室内外侧风机运行。室内回风室外新风室内送风室外排风表 2 间接蒸发冷却系统的工作模式图 1 间接蒸发冷却系统干模式运行状态示意图新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书8白皮书收录于“智领 DC 计划” 4.1.2 室外空气处理系统间接蒸发冷却机组直接与室外空气接触，空气中的粉尘、杂质、柳絮等会在喷淋水作用下附着在芯体表面或沉积循环水箱内，影响水质，并对喷淋系统的可靠性造成影响。通过机组与建筑合理的布局，可以使室外空气在进入机组前，先进行

24、转向、降速沉降，将空气中的大颗粒杂质先分离出来，不直接被机组吸入，从而避免堵塞过滤网。如下图布局所示，这种处理方式还可以很好地避免雨雪进入机组内。2）湿模式当室外环境温度高于湿模式启动温度时，机组采用湿模式运行，此时水泵启动运行。室内回风室外新风室内送风室外排风图 2 间接蒸发冷却系统湿模式运行状态示意图图 3 间接蒸发冷却系统混合模式运行状态示意图3）混合模式当室外环境温度高于“湿模式 + 辅冷模式”启动温度时，机组采用混合模式运行，此时压缩机和水泵均开启。室内回风室外新风室内送风室外排风新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书9数据中心能源白皮书 401 号 版本 01图 4 利用气流组织进行

25、空气处理示意图建议在新风进口处配置不低于 G3 等级的过滤网，以彻底避免室外质量对机组的不利影响。建议进风表面设计风速应 3m/s，以保证滤网能达到较好的过滤效果。在柳絮、杨絮飞飘季节，机组配置的过滤网很容易堵塞，人工清理存在工作量非常大，推荐配置全自动除絮装置，降低运维工作量。在非柳絮、杨絮飞飘季节，除絮装置自动收起或旁通，降低运行风阻，提升间接蒸发冷却系统能效比。表 3 金属芯体与高分子芯体对水质的要求4.1.3 水处理系统间接蒸发冷却机组在湿模式和混合模式运行时，喷淋水会直接接触换热芯体，在芯体表面蒸发，水中杂质会残留在芯体表面形成水垢，同时，水中的氯化物还会对金属芯体造成腐蚀，需要同时

26、控制喷淋水的硬度和水中氯化物的含量。因此，喷淋水必须经过水处理系统进行预处理。 根据芯体材质不同， 对水质的要求也不同， 需根据本地水质选择合适的水处理方式。一般来说，金属芯体对水的硬度和氯化物含量要求较高，需要采用反渗透水，高分子芯体防腐性能好，只对水的硬度有明确的要求，需要采用软化水。常用水处理系统基本处理流程如下：原水供水粗效过滤精密过滤供水水箱间接蒸发冷却机组循环水供水粗效过滤精密过滤紫外线杀菌装置供水水箱参数金属芯体水质要求非金属芯体水质要求过滤等级89m89mPH 值5 PH 值 85 PH 值 8导电性 1300S /cm 1300S /cm总硬度 100 mg/L 100 mg

27、/L总碱度 50mg /L CaCO3 200mg /L CaCO3氯化物 120 mg/L 250 mg/L二氧化硅 5 mg/L 10 mg/L有机质 3 mg/L 3 mg/L新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书10白皮书收录于“智领 DC 计划” 4.2 安装场景及气流组织间接蒸发冷却系统安装在机房外，通过架空地板或者弥漫式送风将冷风送至机房内，在机房内不需要额外配置末端设备，可使机房内有更多的空间布置机柜，提高机房安装出柜率。4.2.1 安装场景间接蒸发冷却机组应用之初主流场景为大平层或楼顶应用，随着间接蒸发冷却的应用逐渐推广，多层应用安装场景成为主流，目前应用占比大于 60%。多层

28、应用安装场景分为预制模块化数据中心、多层楼宇室内、多层楼宇室外三类。多层楼宇室内场景受建筑限制，对机组长、宽、高均有严格要求。4.2.2 气流组织1）单层楼顶应用二次侧（室外侧）：从机组端面进风，在机组内部换热，另一侧端面排出（也可直接从顶部排出），气流方向见图中黄线所示。一次侧（机房侧） ：从机房顶部共享热通道通过风管回风，在机组内部换热，从另一侧通过风管送入机房，气流方向见下图中蓝线所示。安装场景单 层 应 用多 层 应 用大平层楼顶预制模块化数据中心多层楼宇室内多层楼宇室外示意图特征大平层：机房同侧送回风，室外可直接向上排风楼顶：机房送回风不同侧，室外可直接向上排风全集装箱堆叠、全预制1

29、. 机组在每层楼外边沿2. 室外侧排风共用排风井1. 机组安装在楼宇外钢架支撑2. 室外侧排风共用排风井表 4 间接蒸发冷却系统安装场景分类间接蒸发机房内循环回风管图 5 间接蒸发冷却系统楼顶安装示意图新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书11数据中心能源白皮书 401 号 版本 013）多层机房侧面应用二次侧（室外侧）：从机组端面进风，在机组内部换热，另一侧端面通过排风井排出室外（可多层共用风井，也可每层独立风井），气流方向见下图中黄线所示。一次侧（机房侧）：从机房顶部共享热通道通过风管回风，在机组内部换热，从另一侧通过风管转向 180送入机房，气流方向见下图中蓝线所示。注：具体的安装方案，需

30、要由专业设计院进行土建建设或改造方案设计，同时还需要满足政府监管部门对于规划、消防等方面的监管规定。机房间接蒸发机房机房间接蒸发间接蒸发图 6 间接蒸发冷却系统室外侧面安装示意图图 7 间接蒸发冷却系统多层机房侧面安装示意图2）单层机房侧面应用二次侧（室外侧）：从机组端面进风，在机组内部换热，另一侧端面排出（也可直接从顶部排出），气流方向见下图中黄线所示。一次侧（机房侧）：从机房顶部共享热通道通过风管回风，在机组内部换热，从另一侧通过风管转向 180送入机房，气流方向见下图中蓝线所示。新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书12白皮书收录于“智领 DC 计划” 4.3 气候适应性间接蒸发冷却解决方

31、案设计的核心思想在于更多的利用自然冷源，根据所使用地域的气象参数、空气质量等差异应用效果有所区别。 一般来讲， 在中国贵州、 欧洲、 北美等空气质量较好且气温适宜的地域， 可以使用直接蒸发冷却方案；在亚洲、欧洲、南美、非洲等气温适宜的地域，都适合使用间接蒸发冷却机组。热带气候温带气候干旱气候冰雪气候极地气候炎热 / 潮湿温暖 / 潮湿炎热 / 干燥寒冷 / 干燥极寒 / 干燥东南亚，中非，拉美北美国东部，中国中 /南部，日本，西欧美国西部， 中国西北，中东，澳洲西部美洲北部，加拿大、东北欧，俄罗斯冰岛，瑞典冷冻水、IEC冷冻水 、IEC冷冻水 、IECIECIEC图 9 间接蒸发冷却技术应用地

32、图（中国）推荐可用具体评估乌鲁木齐西宁拉萨成都昆明贵阳南宁广州澳门香港海口长沙南昌武汉杭州台北福州合肥郑州西安银川兰州呼和浩特石家庄太原北京天津哈尔滨长春济南南京上海沈阳图 8 间接蒸发冷却技术应用地图（全球）表 5 间接蒸发冷却技术的气候适应性新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书13数据中心能源白皮书 401 号 版本 015. 间接蒸发冷却系统与传统冷冻水系统对比5.1 PUE 和 WUE 对比间接蒸发冷却系统充分利用自然冷源，相比于传统冷冻水系统有明显的节电节水优势，特别是低负载下绝大多时间可以不用机械辅助制冷。下文针对夏热冬冷和夏热冬暖的两个地区的典型城市进行间接蒸发冷却系统和传统冷冻

33、水系统的对比。 从结果上看， 在反映耗电量的pPUE指标和耗水量的WUE指标上， 间接蒸发冷却系统的两项指标都大幅低于冷冻水系统。以中国北京、上海和深圳某数据中心模型为例：该数据中心建筑面积约为 12000 平方米，机柜数 1000 个，单柜功率密度 8kW/R，当地电费 0.75 元 /kWh，水费 8 元 / 吨，负载率第 1 年 30%，逐年上升，5 年满载，测算 10 年总运行费用。间接蒸发冷却方案：n+1 配置，50% 机械辅助制冷；冷冻水方案：变频离心机，带自然冷却，供回水温度：20/27。具体数据见下表：北京某数据中心单位冷冻水方案间接蒸发冷却方案机房负荷kW80008000PU

34、E（供电及其他系统因子按0.1计算）/1.271.21WUE/1.840.93上海某数据中心单位冷冻水方案间接蒸发冷却方案机房负荷kW80008000PUE（供电及其他系统因子按0.1计算）/1.301.23WUE/1.870.89深圳某数据中心单位冷冻水方案间接蒸发冷却方案机房负荷kW80008000PUE（供电及其他系统因子按0.1计算）/1.321.25WUE/1.931.12表 6 北京地区间接蒸发冷却系统和传统冷冻水系统的 PUE 和 WUE 对比表 7 上海地区间接蒸发冷却系统和传统冷冻水系统的 PUE 和 WUE 对比表 8 深圳地区间接蒸发冷却系统和传统冷冻水系统的 PUE 和

35、 WUE 对比新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书14白皮书收录于“智领 DC 计划” 5.2 分期部署能力对比冷冻水系统中水泵、水阀、仪表、管路、蓄冷罐及膨胀水箱的成本占整体系统投资约 50% 左右，现场施工的周期占整个制冷系统的 60% 以上。管路系统施工复杂，涉及到穿墙、焊接、保温、吊装等现场施工动作，对于分期投建的数据中心，通常在施工时会将整个制冷系统的管路一次性铺设完成。仅能实现主机、冷却塔及空调末端的分期布局，因此，冷冻水系统的分期建设通常是系统级的分期建设，无法真正满足分期部署所带来的节省初始投资，快速业务上线的特点。整体式间接蒸发冷却系统内部集成机械辅助制冷，各台机组之间硬件独

36、立。便于实现分期扩容，大大节省了客户初始投资，满足业务快速上线的诉求，实现了真正的分期部署。图 10 水冷冷冻水系统组成示意图图 11 间接蒸发冷却系统分期部署示意图新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书15数据中心能源白皮书 401 号 版本 015.3 部署周期对比数据中心从最初的方案设计、图纸深化设计、器件采购生产、现场安装、调试到最后的验收交付使用，一般会耗时612 个月，其中，制冷方案的施工、调试所占比重最大。以一个 1500 机柜的数据中心为例，采用传统冷冻水方案：冷水机组、冷却塔、末端、水泵、管路、蓄冷罐等部件从下单到货到现场、完成安装预计耗时 4 个月；各部件联调预计耗时 1.5

37、 个月，总共耗时 5.5 个月。采用间接蒸发冷却设备方案 ： 由于机组为整体式， 现场只需要安装风管、 水管、 供电线缆， 不与其它设备产生强耦合关系，从机组下单生产到现场完成安装，预计耗时 3 个月；整体式机组调试简单，预计耗时 1 个月，总耗时 4 个月，比传统冷冻水方案节约 1.5 个月。 从建设周期来看，在大型数据中心采用间接蒸发冷却设备制冷方案，能大幅度缩短机房建设周期，有助于减少资金占用，保障业务快速上线。5.4 颗粒度和可靠性对比间接蒸发冷却系统以空气冷却和蒸发冷却为主，通过多台单独部署来满足数据中心散热需求，属于分布式冷源，颗粒度小，设备间关联度低，出现故障时影响小、处理简单，

38、更为可靠。传统冷冻水系统属于集中式冷源，系统复杂、设备繁多，颗粒度大，设备间关联度高，在出现故障时影响大、处理复杂，可靠性相对较低。5.5 TCO 对比5.5.1 初始投资对比数据中心的初始投资主要包含建筑建造费用、设备费用、安装调试费用几部分。其中建筑建造费用受制冷系统占地面积的影响，针对传统的冷冻水方案，冷水机组的制冷量体积密度高，占地较小，但由于整体方案由多个独立的设备组合而成，冷却塔、末端等设备分散布置，空间的利用率不高；而针对间接蒸发冷却方案，设备受空空换热器合理风速的设计限制，制冷量体积密度较小，占地较大，但其为整体式机组，可以集中布置，有利于建筑的整体布局优化，空间利用率高，且机

39、房内无需布置末端，出柜率比冷冻水方案高。综合考虑，基于相同的机柜数，间接蒸发冷却设备解决方案的机房占地面积较传统冷冻水方案小 5%10%，但蒸发冷却设备的风口需要与机房配合，需前期方案设计时考虑。安装调试费用与系统组成的复杂度强相关，间接蒸发冷却设备为整体式机组，相比于由多个设备组成的传统冷冻水方案，在安装调试方面具有天然的优势，基于相同的机柜数，其安装调试费用低 50% 以上。综合设备费用考虑，由于蒸发冷却机组为新兴设备，设备本体集成度高，对设计、生产的要求较高，导致设备费用较冷冻水极高，以一个 1500 机柜，单柜功率密度 8kW/R 的数据中心为例，间接蒸发冷却设备解决方案相对传统冷冻水

40、方案，初始投资高 10%15%。新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书16白皮书收录于“智领 DC 计划” 5.5.2 运行投资对比数据中心的运行费用主要包括设备消耗的电费、水费、耗材费用、例行检修费用等，其中电费取决于数据中心运行PUE，例行检修费用取决于系统的复杂度。间接蒸发冷却设备全年大部分时间可以采用自然冷源，且经过设备冷却后的冷空气直接送入机房，而传统冷冻水系统，全年大部分时间采用压缩机制冷，少量时间采用自然冷却，且采用水作为载冷剂，在机房内通过末端中的冷水与空气换热，多一次传热损耗，在可用的相同地域、相同负载条件下，采用间接蒸发冷却解决方案相比传统冷冻水方案，其全年运行PUE可低0.

41、1以上。 冷冻水方案由多个独立的设备组合而成， 且多为不同品牌的设备组合而成， 设备之间的协同性较差，而间接蒸发冷却设备为整体式，更易实现协同寻优运行，降低能耗 传统冷冻水解决方案系统复杂，所需巡检的设备、参数都数倍于间接蒸发冷却机组，在数据中心生命周期内，运维费用传统冷冻水方案会高于间接蒸发冷却方案。估算 10 年运行投资，间接蒸发冷却设备解决方案相对传统冷冻水方案低25% 以上。以北京、上海和深圳的某数据中心模型为例：该数据中心建筑面积约为 12000 平方米，机柜数 1000 个，单柜功率密度 8kW/R，当地电费 0.75 元 /kWh，水费 8 元 / 吨，负载率第 1 年 30%，

42、逐年上升，5 年满载，测算 10 年总运行费用。间接蒸发冷却方案：n+1 配置，50% 机械辅助制冷；冷冻水方案：变频离心机，带自然冷却，供回水温：20/27。具体数据见下表：北京某数据中心单位冷冻水方案间接蒸发冷却方案IT 额定容量kW80008000建筑费用万元A0.63A制冷设备费用万元B0.9B安装费用万元C0.5C电费万元D0.61D水费万元E0.51E运维费用（含人工、备件等）万元F0.83FTCO（总成本 10 年）万元G0.71G表 9 北京地区间接蒸发冷却系统和冷冻水系统的 TCO 对比新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书17数据中心能源白皮书 401 号 版本 01上海某数

43、据中心单位冷冻水方案间接蒸发冷却方案IT 额定容量kW80008000建筑费用万元A0.63A制冷设备费用万元B0.9B安装费用万元C0.5C电费万元D0.67D水费万元E0.48E运维费用（含人工、备件等）万元F0.83FTCO（总成本 10 年）万元G0.78G深圳某数据中心单位冷冻水方案间接蒸发冷却方案IT 额定容量kW80008000建筑费用万元A0.63A制冷设备费用万元B0.9B安装费用万元C0.5C电费万元D0.68D水费万元E0.58E运维费用（含人工、备件等）万元F0.83FTCO（总成本 10 年）万元G0.77G表 10 上海地区间接蒸发冷却系统和冷冻水系统的 TCO 对

44、比表 11 深圳地区间接蒸发冷却系统和冷冻水系统的 TCO 对比新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书18白皮书收录于“智领 DC 计划” 6. 间接蒸发冷却技术应用及发展方向6.1 增强建筑物适配性间接蒸发冷却机组应用之初主流场景为大平层或楼顶应用，但随着数据中心爆发式的增长，单层或两层的数据中心占地大的劣势会越来越明显，多层数据中心会成为主流；同时，机组室外布置会对日常运维带来诸多不便。对间接蒸发冷却机组而言，多层室内应用将会成为主流场景。间接蒸发冷却机组在多层数据中心室内使用时，需要建筑进行针对性的适配设计，设置单独的设备安装间，主要用于间接蒸发冷却机组、风管、维护通道、排风井的布置。结合

45、机组的特征和建筑的经济性考虑，建议设备安装间的长度为79m（层数差异会影响排风井的尺寸），粱下净高一般不低于 4.5m。不同楼层的机组室外排风通过排风竖井统一排放到建筑顶部，以免产生热气流回流。在每层的预留 12 个吊装孔，其尺寸与机组尺寸相匹配，机组从吊装孔进入对应楼层后，在设计安装间内平移到对应的安装位置，因此，排放竖井需要设置在机组端部，不能设置在两台机组之间而导致机组无法平移，影响后续维护或扩容。从整体来看，单层建筑需包含机房、对应的配电间、及对应的管井、线井等，实现“一层一 DC”，方便分期建设和后续按需扩容。6.2 延长湿热地区自然冷却时长随着服务器耐温特性的提升，从节能角度考虑，

46、为了更多的应用自然冷，机房温度将会越来越高，间接蒸发冷却机组适宜应用的分界线将会逐渐南移。以广东省深圳、清远、惠州为例，全年气温 25以下的时间有 4500 多小时，在机房25送风条件下，全年有一半以上的时间可以全部或部分应用自然冷。后续随着机房送风温度提高，自然冷可应用时间会进一步增加。同时，间接蒸发冷却机组相比传统冷冻水方案，更省水，故障域更小，更适合分期部署和扩容，间接蒸发冷却机组将会逐渐成为数据中心主流解决方案。35003000250020000T=-25-25T=-20-20T=-15-15T=-10-10T=-5-5T=00T=55T=1010T=1515T=

47、2020T=2525T=3030T=3535T=4040T=4545T干球温度深圳清远惠州图 12 深圳、清远、惠州的全年干球温度分布示意图新一代智能间接蒸发冷却解决方案白皮书19数据中心能源白皮书 401 号 版本 016.3 增强寒冷地区应用可靠性间接蒸发冷却解决方案在寒冷地区的应用，需要考虑设备的冻结保护问题，保证制冷系统的连续稳定运行。冬季室外低温情况下，换热芯体表面温度低于 0 C，一次侧空气遇冷析出的冷凝水会在芯体表面凝结成冰，严重时会造成换热芯体冻结堵塞，机组失去冷却功能。有效监控换热芯体的表面温度，实时调节一次侧和二次侧风量，同时有效控制一次侧空气湿度，是避免冻结问题的必要手段

48、。6.4 简化运维为了实现快速部署，未来数据中心可能会由传统的土建式逐渐向预制模块化方案转变，将现场复杂的、繁琐的工序前移到工厂内预制，实现现场的快速交付，来应对新建大量数据中心的需求。传统的制冷系统，特别是大型数据中心的制冷方案，由于制冷设备数量种类多、管路复杂、难以整合成预制化模块。间接蒸发冷却系统方案将自然冷却系统和直膨风冷系统集成在一个模块化架构下，可配合预制模块化解决方案实现快速部署，较传统方案缩短交付周期接近 50%。在运维方面，运维简化的间接蒸发冷却方案将更受欢迎。在设备本身，通过设备自身的运行参数，结合声光影像传感器、结合大数据进行设备的状态检查，实现智能运维、自动运维将是未来

49、发展的方向。但在湿热区域，存在部分时间段内环境干湿球温差较小，机组喷淋或喷雾冷却的效果有限，同时，喷淋还会产生额外的风阻，导致机组运行能效降低。在高湿时间段，需要间接蒸发冷却机组能自动根据气象参数判定喷淋的收益，实时调节喷淋的运行状态，实现最优的运行状态。35003000250020000T=-25-25T=-20-20T=-15-15T=-10-10T=-5-5T=00T=55T=1010T=1515T=2020T=2525T=3030T=3535T=4040T=4545T湿球温度深圳清远惠州图 13 深圳、清远、惠州的全年湿球温度分布示意图新一代智能间接蒸发冷却解决方

50、案白皮书20白皮书收录于“智领 DC 计划” 6.5 空气处理系统归一化传统大型数据中心暖通整体解决方案除了制冷设备外，还需要额外配置加湿、除湿等功能。额外增加的这些设备不仅占用机房白空间，影响出柜率，也会影响机房内的气流组织。最重要的是，这些设备都是根据各自检测到的参数独立控制，无统一协调，根据机房各不同区域检测到的参数差异，可能出现部分加湿设备和部分除湿设备同时运行的情况，影响机房整体的 PUE。根据间接蒸发冷却系统的气流组织构成特点，可将室外新风经过过滤后送入机房内，集成新风功能，保持机房换气需求和微正压。机组本体配置了压缩机补冷系统，通过对压缩机系统的运行状态精确控制，实现除湿功能。在