数据中心热交换系统冷源（制冷系统）和热源（IT发热系统）总称都是冷却系统。通过对机房环境、机柜等存在热区来看，目前数据中心冷却系统基本还是采用传统精密空调等冷却系统。精密空调（大风量、小焓差）已在计算机房热交换系统运行了近40年。如今计算机房已进入数据处理、传输网络化的机房，机柜式服务器向超高密度发展，超级小型机等也都进入机柜，因此，机房热交换系统不在是单一的、传统的下进风热交换系统。热交换气流由下进、机柜前进、侧进等多种运行方式，由于服务器是垂直叠加式安装，要求机柜上、中、下温度场均匀、稳定，才能使机柜获得水平层流式的进行热交换。
　　
　　由于IT设备结构、热交换路径变了，而传统的精密空调运行结构基本没有变。所以，传统数据中心冷却热交换系统不仅热交换效率低于88%，系统运行耗能大还难于解决系统存在的环境热区、机柜热死区。至今，对于机房存在热区还是给人的假象是制冷系统容量不足，从而在增加冷源上做文章。实践证明，一些数据中心增加了空调的配置，然而，系统的热区并没有得到很好的解决。
　　
　　数据中心热交换系统不仅仅是冷源问题，冷源是基本的配置，而对空调机气流运行的配置往往重视不够。因为，热交换的核心是冷风气流的流量问题，也就是说，冷却系统冷量充足，不等于IT微环境能够获得高效率的热交换。尤其是高热机柜显热不能得到很好的热交换，而造成系统环境热区、机柜热死区，它是传统机房普遍存在的问题，也是笔者走访数据中心常见到的问题。
　　
　　传统数据中心冷却系统存在的问题
　　
　　(1)机房区域化分隔
　　
　　 图1中传统机房沿袭分隔区域化布局和现代数据中心开放式布局。区域化布局系统存在着扩容不方便，空调气流循环热交换系统阻力大，各个区域温湿度场不均匀等弊病，而开放式布局不仅空间利用率高，便于系统空间扩容，而且，便于冷却系统规划，提高冷却系统制冷和热交换效率。
 

　　(2)空调机布局
　　
　　 图2a数据中心空调机安放位置不合理，也是最常见的问题。由于空调机输出气流与机柜垂直，还造成空调正向气流与侧向对撞等，致使输出气流动压阻力增加、射流动压损耗加大，同时气流在静压室内形成涡流，从而气流流速受阻，最终导致机柜热交换风量不足。
 

　　 数据中心面积≥500m2，空调机输出气流（>15m），由于空调数量4～6台，对于这样的数据中心空调机可以相对安装如图2b所示，它是现代数据中心冷、热通道式布局，克服图1a中空调输出气流遇阻和地板下气流乱流的问题。冷热通道，地板下冷风气流进入冷通道（机柜面对面布局），冷风气流从机柜前部直接进入机柜，机柜后部热风进入机柜背靠背的热通道，由热通道直接回到空调机的回风口。冷热通道由于冷、热气流路径捷径、系统运行气流阻减小，同时避免了冷、热气流混流。所以，冷热通道热交换不仅布局合理，而且冷却系统显热交换效率高达95%。
　　
　　 对于图2b安装方式有人提出地板下气流会造成不对称的问题，笔者认为地板下对吹气流平衡是相对的，一侧两台工作、另一侧一台或两台工作都可以，所以，地板下气流运行不存在对称不对称问题。因为，地板下静压室空间是等压的问题，只要输出气流不产生近距离相对摩擦碰撞（如正向与侧向气流顶撞如图2a所示）。所以，空调机两侧安装数量对称是相对的，系统冷量匹配、机组故障等运行状态不对称是绝对的，不影响静压室气流运行流量受阻的问题；
　　
　　(3)空调机冷量配置
　　
　　数据中心运行存在热区，认为是系统冷量不足问题，所以，选配空调机时往往只重视冷量问题，希望单体空调冷量偏大（60～70kW）。对于数据中心热交换存在热区，而造成热区不仅仅是冷却容量问题，是热交换系统存在着潜在的阻力问题（静压室空间偏小，如地板基本高度<350mm，线缆槽架偏高>150mm，静压室漏风>10%等），顶部回风空间气流受阻（顶棚距主梁下距离<200mm，线缆、消防管道布局杂乱不规则等），所以，机房出现热区是空调系统运行气流受阻问题造成的。
　　
　　中小型（500m2）以下数据中心，不宜选择单台大容量的制冷系统。假设一个中小型数据中心系统总热量180kW，我们对选择50kW四用一备、还是选择70kW三用一备的系统运行情况比较一下：精密空调机，制冷量是动态按需求投入运行的，而风量是高可靠离心风机大风量基本是满负荷投入运行的，风机不工作，精密空调将停止运行。对于系统制冷量（属于中小型数据中心），压缩机运行数量匹配问题会造成压缩机频繁启动，同时风机运行数量是三台，比中容量压缩机少一组风机运行。
　　
　　所以，选择中容量压缩机（50kW双压缩机、双风机），热交换系统风量冗余运行占有优势：热交换系统可获得充足的风量进行高效率显热交换，不仅系统温、湿度场运行稳定，而且制冷效率高达95%，节省电能显著。相反，对系统靠冷却风量带走热量的热交换系统，尤其是显热交换效率将<90%。所以，精密空调热交换系统风量是主体，制冷量是动态的附体，在一定的热负荷下，冷风气流流向、流速、流量（克服系统阻力）是解决热交换系统存在热区的基本要求。现代精密空调系统比传统精密空调机风机交流调频、直流调压，可获得风量、风压无级调整，尤其是高余压占有热交换系统气流运行克服系统阻力的优势，是中小型数据中心适宜选用的精密的高可用性品牌。

（4）高密度机柜及布局
　　
　　 机柜热交换系统出现热区如图3a传统机柜布局所示，传统机柜布局，冷热气流混流，后排机柜必然形成热区。通过图3b热交换系统，机柜冷热通道式布局；机柜结构深度≥1000mm，便于机柜后部布线整洁，不影响后门关闭；机柜前后门开孔率达64%，使机柜里里外外气流阻力减小；对于超高密度机柜（4～16kW）可以配置ADU送风、ARU排风装置，是现代数据中心超高密度机柜可获得高效率的显热交换。

 

　　
　　 数据中心高密度机柜出现热交换环境热区如图4中红色区域，是高密度机柜集中布局造成的。高密度机柜10kW，每1kW热交换需要272m3/h的风量，由于集中布局，那么5个机柜需要13600m3/h的风量，相当于一台50kW精密空调机的风量。由于静压室是大面积等压送风，风量不可能集中供应该区域，所以，该区域必然出现热区。对于一些数据中心出现热区，认为是系统制冷量不足，想方设法增加精密空调机，结果空调机增加了，机房环境热区温度场改善很有限。对于高密度机柜>10kW应分散布局,如图4右侧所示。
 

　　
　　(5)机柜级区域化空调
　　
　　 数据中心高密度机柜>16kW，可配置机柜级热交换系统如图5所示，图5右侧是一个机柜配置两台In-RC(冷冻水冷却系统)，热交换特点是区域化冷却系统，冷却装置300mm宽，柜体跟着机柜走，热交换气流围着机柜转。由于区域化空调冷、热气流近距离传输，从而可获得机柜显热交换效率高达96%，是数据中心热交换系统解决环境热区、机柜热死区的新一代高显热的冷却系统。

　　
　　二、数据中心高效率热交换系统要从机房设计开始
　　
　　（1）物理环境空调区维护结构必须保温密闭。尤其是送风静压室，漏风量超过5%，大于新风补充量，热交换系统不仅仅是风量流失、静压减小，机房还将形成负压。机房一旦是负压，又造成冷却系统（制冷效率低），高温高湿气体进入机房，机房温湿度场波动大，热交换效率更低。
　　（2）机柜布局机柜冷热通道式布局，高密度设备分散布局，避免机房、机柜存在热区。
　　（3）超高密度机柜（>16kW）分散布局机房空间不仅扩容方便，还应便于安装区域化空调。
　　
　　 通过数据中心冷却系统热交换的分析，我们重视IT微环境能够获得高效率热交换，是未来数据中心IT热交换系统不仅是重视的问题，而且无论是机柜、空调的配置还能着手解决高效率的热交换问题是本文论述的重点。