浅谈冷却塔在数据中心的应用

　　多年来，由于增加服务器的密度并减少其体积的大小，服务器的密度变得越来越高，数据中心正日益产生更多的热量。因此，每平方英尺产生热量的瓦数正在不断上升，这种功率密度的增加严重制约了传统的冷却方法和技术。同时，大量的能源应用于数据中心之后转换成大量的热，这是一个周而复始的过程，鉴于这种能源消耗与能源成本，一直在寻找既能降低能源成本又环保的方法。其中一种方法是使用冷却塔。本文就冷却塔的工作原理及应用特点做简单介绍。

　　正如它的名称表明的那样，冷却塔是一种塔状设备，负责冷却数据中心并把废弃的热量排放到大气中。冷却塔使用冷却水或者仅仅使用空气消费数据中心废弃的热量。冷却塔有各种尺寸，简单的冷却塔有房顶高，巨大的冷却塔占地面积直径达100米。数据中心安装多大尺寸的冷却塔主要取决于需要清除的热量总量和其它相关的因素。

　　冷却塔是集空气动力学、热力学、流体学、化学、生物化学、材料学、静、动态结构力学，加工技术等多种学科为一体的综合产物。水质为多变量的函 数，冷却更是多因素，多变量与多效应综合的过程。

　　冷却塔是利用空气同水的接触（直接或间接来冷却水的设备。是以水为循环冷却剂，从一系统中吸收热量并排放至大气中，从而降低塔内空气温度，制造冷却水可循环使用的设备。

　　冷却塔主要应用于空调冷却系统、冷冻系列、注塑、制革、发泡、发电、汽轮机、铝型材加工、空压机、工业水冷却等领域，应用多的为空调冷却、冷冻、塑胶化工行业。具体划分，如下：

　　A、空气室温调节类：空调设备、冷库、冷藏室、冷冻、冷暖空调等；

　　B、制造业及加工类：食品业、药业、金属铸造、塑胶业、橡胶业、纺织业、钢铁厂、化学品业、石化制品类等；

　　C、机械运转降温类：发电机、汽轮机、空压机、油压机、引擎等；

　　D、其他类行业……

　　冷却塔的作用是将携带废热的冷却水在塔体内部与空气进行热交换，使废热传输给空气并散入大气中。

　　冷却塔的工作原理：冷却塔是利用水和空气的接触，通过蒸发作用来散去设备或制冷空调中产生的废热的一种设备。基本原理是：干燥（低焓值）的空气经过风机的抽动后，自进风网处进入冷却塔内；饱和蒸汽分压力大的高温水分子向压力低的空气流动，湿热（高焓值）的水自播水系统洒入塔内。当水滴和空气接触时，一方面由于空气与不的直接传热，另一方面由于水蒸汽表面和空气之间存在压力差，在压力的作用下产生蒸发现象，带到目前为走蒸发潜热，将水中的热量带走即蒸发传热，从而达到降温之目的。

　　冷却塔还有一个特点，其中航空移动手段的机械通风冷却塔依靠电力驱动的风扇，以吸引或强行塔空气。自然通风冷却塔使用的排气烟囱的高增长提供空气浮力草案。风扇辅助自然通风冷却塔采用机械草案，以增加浮力的影响。许多早期的冷却塔靠的风向产生的空气草案。如果冷却水从冷却塔回到重用，一些水必须添加到更换或构成，流动的那部分蒸发。由于蒸发包括纯净水，溶解的矿物质和其他固体循环水的浓度往往会增加，除非一些溶解，如打击固体控制手段下，提供。一些水也丧失了与正在开展的废气（漂移）飞沫，但是这通常是减少到一个非常小的数额安装挡板样装置，称为漂流排除，收集液滴。弥补的金额必须等于蒸发，吹下来，总漂移，如风力井喷和其他水渗漏损失，保持一个稳定的水位。

　　冷却塔的工作过程：圆形逆流式冷却塔的工作过程为例，热水自主机房通过水泵以一定的压力经过管道、横喉、曲喉、中心喉将循环水压至冷却塔的播水系统内，通过播水管上的小孔将水均匀地播洒在填料上面；干燥的低晗值的空气在风机的作用下由底部入风网进入塔内，热水流经填料表面时形成水膜和空气进行热交换，高湿度高晗值的热风从顶部抽出，进入塔内的空气、是干燥低湿球温度的空气，水和空气之间明显存在着水分子的浓度差和动能压力差，当风机运行时，在塔内静压的作用下，水分子不断地向空气中蒸发，成为水蒸气分子，剩余的水分子的平均动能便会降低，从而使循环水的温度下降。从以上分析可以看出，蒸发降温与空气的温度（通常说的干球温度）低于或高于水温无关，只要水分子能不断地向空气中蒸发，水温就会降低。但是，水向空气中的蒸发不会无休止地进行下去。当与水接触的空气不饱和时，水分子不断地向空气中蒸发，但当水气接触面上的空气达到饱和时，水分子就蒸发不出去，而是处于一种动平衡状态。蒸发出去的水分子数量等于从空气中返回到水中的水分子的数量，水温保持不变。由此可以看出，与水接触的空气越干燥，蒸发就越容易进行，水温就容易降低。

　　由此可见，冷却塔的工作原理很容易理解。简单的说，通风的空气从正确的角度吹向滴下来的水，当空气通过这些水滴的时候，一部分水就蒸发了，由于用于蒸发水滴的热量降低了水的温度，剩余的水就被冷却了。这种方法的冷却效果依赖于空气的相对湿度以及压力。

　　蒸发的水的总量随着湿度的下降而增加，剩余的水的温度也随着下降。换句话说，湿度越低，冷却塔的冷却效果就越好。普通的冷却塔有各种形状和尺寸。根据工作量的需求和安装的位置，有的冷却塔形状像一个倒着放的漏斗，有的冷却塔像一个小箱子。

　　必须要记住，安装冷却塔的初成本肯定比安装那些没有冷却塔的传统的冷却系统高得多。但是，这肯定是性的成本，但是每一年节省的成本将不断增加。因此在一段时间里，冷却塔肯定能够节省大量金钱和珍贵的能源。考虑到的能源状况，节省能源是更加重要的。

　　冷却塔在数据中心的应用已经受到了重视，英特尔近介绍了它在两个高密度数据中心成功地使用冷却塔的情况，通过使用湿气节能设备减少了冷却设备的电源消耗。采用这种方法每年能够节省14.4万美元电费。无论按照什么标准衡量这都是很大的节省。

　　不过在英特尔的这个冷却塔试验中还发现这种节能设备的也许没有初看起来那样节省。这种矛盾的原因是冷却塔需要一个庞大的加湿系统和预热。这将增加整个系统的成本和复杂性。

　　还有一个争论说由于使用冷却塔的这种节能设备的湿的方面需要更多的温度较低的水，因此，冷却塔风扇部分将消耗更多的能源，所以它并不便宜。但是，试验结果表明这没有负面的影响，冷却塔从长远看仍是节能的。

　　因此，我们看到，冷却塔是利用自然的的空气在工业机构和数据中心提供冷却的一种极好的方法。从长远看，这种方法实际上节能的。期待冷却塔在未来能增加应用，从而在给企业带来好处的同时能够节省更多的宝贵的能源。但是任何单个的策略都会有自己的局限性，因此，数据中心要达到限度的节能效率就需要采取全面的方法，CIO们需要把行业中目前所有的降低能耗的方法智能地组合起来，寻找减少能源消耗的新途径。