所有傳輸至數(shù)據(jù)中心內(nèi)IT負載的電能最終都將轉(zhuǎn)化為熱能，必須被排出去，以避免過熱。事實上所有IT設(shè)備均借助氣流冷卻，即每一臺IT設(shè)備都從機房環(huán)境中吸入冷空氣，再將熱空氣排放到房間中。由于一個數(shù)據(jù)中心可能包含數(shù)千臺IT設(shè)備，其結(jié)果是數(shù)據(jù)中心內(nèi)有數(shù)千條熱氣流路徑，它們的總和構(gòu)成數(shù)據(jù)中心總的熱氣流輸出；熱量必須被移除。空調(diào)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)中心的作用就是高效率地收集這些復雜的熱氣流并將其所攜帶的熱量排出機房。
        房間級制冷是實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心冷卻的傳統(tǒng)方法。在這種方式中，通過一臺或多臺并行工作的空調(diào)系統(tǒng)將冷空氣輸送到數(shù)據(jù)中心內(nèi)，并吸取機房環(huán)境中較熱的空氣。這種方式的基本原理是空調(diào)機不僅提供原始制冷量，還要充當一個大型混合器，在機房內(nèi)不斷攪拌和混合空氣，使之達到均勻的平均溫度，防止熱點出現(xiàn)。這種方式只有在混合空氣所需功耗僅占數(shù)據(jù)中心總功消很小一部分時才有效。數(shù)據(jù)模擬和實驗表明，當數(shù)據(jù)中心的平均功率密度為每臺機柜1～2kW量級時房間級制冷才有效，換算為單位面積功率密度為323～753W/㎡（30～70W/ft2）。可以采用各種各樣的方法提高房間級制冷系統(tǒng)所支持的功率密度，但是始終會遇到極限。然而，現(xiàn)代∏設(shè)備的功率密度正在將峰值功率密度推高至每臺機柜20kW或更高，其數(shù)據(jù)模擬和實驗表明，依靠空氣混合的房間級制冷已不再能有效地起作用。
        為解決這一問題，出現(xiàn)了新的關(guān)注于行級或機柜級制冷的設(shè)計方式。在這些新設(shè)計方式中，特別將空調(diào)系統(tǒng)與機柜行或單獨的機柜集成。這樣可以使可預測性大大提升，并可解決更高密度的散熱問題，提升效率，另外還有許多其他優(yōu)點。接下來，將對各種不同的制冷方式進行介紹和對比。結(jié)果將顯示，這三種方式各有其相應的應用，總體而言，對于更高密度的應用場所，預期將出現(xiàn)從機房級制冷轉(zhuǎn)向行級制冷的趨勢。
 
1、房間級、行級和機柜級制冷架構(gòu)
        每一套數(shù)據(jù)中心制冷系統(tǒng)均有兩項主要功能：提供總制冷量，并將冷空氣分配至IT負載。第一項提供總的制冷容量的功能對所有制冷體系結(jié)構(gòu)均相同，即空調(diào)系統(tǒng)的總制冷量（以kW為單位）必須大于IT設(shè)備總功率負載的容量（kW）。不管制冷系統(tǒng)是在房間級、行級還是機柜級的設(shè)計，都需要滿足這一功能。各種制冷體系架構(gòu)之間的主要差異在于它們?nèi)绾螆?zhí)行第二項關(guān)鍵功能，即向負載分配冷空氣。與電流分配不同，電流被約束在線纜內(nèi)且作為設(shè)計組成部分清晰可見，氣流只是大體受機房設(shè)計的約束，實際氣流在實施過程中并不可見，并且在不同設(shè)施上會有相當大的區(qū)別。對氣流的掌控是不同的制冷系統(tǒng)設(shè)計方式的主要目標。
        機房空調(diào)機組的實際物理布局可能有所不同。在房間級制冷架構(gòu)中，機房空調(diào)機組與機房相關(guān)聯(lián)；在行級制冷架構(gòu)中，CRAC機組與機柜行相關(guān)聯(lián)，而在機柜級制冷中，CRAC機組則被分配至單個機柜。
 
2、房級制冷架構(gòu)
        在房間級制冷架構(gòu)中，CRAC機組與機房相關(guān)聯(lián)，并行工作以應對機房的總體熱負載。房間級制冷架構(gòu)可能由一臺或多臺機房空調(diào)組成，機房空調(diào)提供完全不受管道、風門、通風口等約束的冷空氣，或者供風和/或回風可能受到高架機房地板或頂部壓力回風系統(tǒng)的部分約束。
        在設(shè)計中，對氣流的關(guān)注通常有很大的不同。對于較小的機房，機柜有時會隨意擺放，氣流系統(tǒng)因此沒有系統(tǒng)規(guī)劃。對于較大、較為復雜的數(shù)據(jù)中心，可利用機房高架地板將冷空氣分配到經(jīng)過周密規(guī)劃的機柜冷通道，其目的很明確，即引導氣流并使之與IT機柜對應。
        房間級制冷架構(gòu)的設(shè)計受機房物理特性的影響很大，包括天花板高度、機房形狀、地板上下的障礙物、機柜布局、機房空調(diào)的位置、IT負載功率密度分布等因素。其結(jié)果是可預測性和均一性較差，特別是在功率密度增大時更是如此。因此，可能需要利用流體動力學計算模型（CFD）對設(shè)計安裝細節(jié)進行計算。此外，諸如IT設(shè)備移動、增加及變更等也可能使性能模型失效，而需要進一步的分析和測試。特別地，確保機房空調(diào)的冗余性將變得非常復雜并難以驗證。
        房間級制冷體系架構(gòu)的另一個明顯缺點是，在大部分情況下機房空調(diào)的制冷量并未完全得以利用。這種狀況通常由機房設(shè)計造成，機房空調(diào)送出的冷空氣有相當一部分繞過IT負載直接返回機房空調(diào)，這部分短路循環(huán)的氣流并沒有對IT負載實施冷卻，實質(zhì)上是降低了機房空調(diào)的總制冷量。將導致即使在機房空調(diào)的附加制冷（kW）尚未完全利用，IT設(shè)備的制冷要求也可能超出CRAC的制冷容量。
 
3、行級制冷架構(gòu)
        在行級制冷架構(gòu)中，機房空調(diào)機組與機柜行相關(guān)聯(lián)，以針對特定機柜行為設(shè)計目的。機房空調(diào)機組可以安裝在IT機柜之同，可以架空安裝，也可以在地板下安裝。與房間級制冷架構(gòu)相比，其氣流通路較短，且更為明確。此外，氣流可預測性要好很多，機房空調(diào)的全部額定制冷量均可得到利用，并可以實現(xiàn)更高密度的布局。
        除制冷性能之外，行級制冷架構(gòu)還有許多其他優(yōu)點。氣流路徑縮短可降低空調(diào)風機功率，提高效率。這不是一個小優(yōu)點，因為對于許多負載較低的數(shù)據(jù)中心，機房空調(diào)風機功率損耗這一項的功耗就會超過總IT負載功耗。
        行級制冷設(shè)計可以根據(jù)目標機柜行的實際需求確定制冷量和冗余度。例如，行級制冷架構(gòu)允許一行機柜高密度應用，如安裝了刀片式服務(wù)器，而另一行機柜則應安裝較低密度的TT設(shè)備，如交換機。此外，對具體行可針對性地采用N+1或2N式冗余設(shè)計。
        行級制冷架構(gòu)可以應用于無高架地板的環(huán)境。這樣可以提高地板的承載能力，降低安裝成本，不再需要入口坡道，并使得數(shù)據(jù)中心可以設(shè)在沒有足夠凈空來安裝高架地板的建筑物內(nèi)。這一點對高密度數(shù)據(jù)中心尤為重要，因為其機房高架地板的高度可能需要1m或更高。

        服務(wù)器排出的熱空氣可通過三種方式被傳送到空調(diào)：無氣流遏制系統(tǒng)、熱通道氣流遏制系統(tǒng)及機柜氣流遏制系統(tǒng)。這些方法均采用行級制冷概念（將空調(diào)機置于距IT機柜幾步范圍內(nèi)）。下面分別以介紹。
        1. 無氣流遏制系統(tǒng)
        無遏制區(qū)域采用熱通道和冷通道的標準布局和標準寬度來防止冷熱氣流的混合。為此，開放區(qū)域取決于一行內(nèi)的多臺機柜，對獨立制冷IT機柜不起作用。由各行機柜（在某些情況下還包括墻壁）形成的冷、熱通道對冷、熱氣流進行隔離。IT設(shè)備機距離行級空調(diào)越近，熱空氣的捕獲量和被制冷的量也越大。隨著IT機柜與行級空調(diào)機之間距離的增加，數(shù)據(jù)中心內(nèi)熱空氣與周圍空氣的混合也就越多。
        何種情況下采用本方法：
        （1）IT機柜處于經(jīng)常會移動和重新定位的區(qū)域。
        （2）使用的IT機柜來自多個不同的廠商。
        需要權(quán)衡的因素：即便是在較低密度下仍需要更多的行級空調(diào)，以便很好地收集來自所有IT機柜的熱廢氣。
        2. 熱通道氣流遏制系統(tǒng)
        熱透道氣流遏制區(qū)域與無氣流遏制區(qū)域基本相同，只是每兩行之間的熱通道均被遏制。熱透道通過天花板及通道兩端的門加以封閉，成為廢熱排放通道。此外，機柜的后門被去除。廢熱被遏制系統(tǒng)隔離，不能與數(shù)據(jù)中心環(huán)境空氣相混合。需要一面墻壁成另一排機柜來構(gòu)成冷通道，以隔離冷空氣供應。
        何種情況下使用本方法：
        （1）在必須節(jié)約占地面積的情況下此方法被普遍采用，因為它與兩行低密度機框的占地面積相同。
        （2）在采用熱通道、冷通道布局的數(shù)據(jù)中心。
        需要權(quán)衡的因素：
        （1）熱通道遏制擋板會提高基建成本。
        （2）熱通道遏制可能因為熱通道內(nèi)高溫而超出工作環(huán)境規(guī)定限制。
        （3）與某些類型的電纜、配電條、標簽及其他并非針對高溫設(shè)計的材料不兼容。
        （4）不能對單行機柜使用。
        （5）法規(guī)監(jiān)管機構(gòu)可能要求熱通道內(nèi)有滅火設(shè)施。
        3. 機柜氣流遏制系統(tǒng)
        機柜遏制系統(tǒng)（也稱為“機柜氣流遏制系統(tǒng)”）與熱通道氣流遏制類似，只是利用設(shè)備機柜的后框架和一系列擋板形成后部氣流通道將熱空氣加以遇制。此通道可被連接至一臺IT機柜或一排機柜。用于構(gòu)建熱空氣通道的擋板會使常規(guī)機柜的深度增加20cm（8 in）。在必要時，可選用一系列的前擋板將冷、熱氣流完全遏制。這種可選的前部遏制將使機柜深度再增加20cm（8 in）。
        何種情況下使用本方法：
        （1）在熱通道氣流遏制系統(tǒng)為優(yōu)選方法的情況下，只剩一個奇數(shù)行為無氣流遏制系統(tǒng)。
        （2）要求經(jīng)常操作且便于管理通信電纜時。
        （3）在獨立開放式數(shù)據(jù)中心環(huán)境或混合式布局等情況下需要實現(xiàn)完全隔離時——僅當可選的前部氣流遇制系統(tǒng)應用時。
        （4）在缺乏任何形式的制冷、高密度設(shè)備放置于高溫下的布線室內(nèi)——僅當可選的前部氣流遏制系統(tǒng)應用時。
        （5）高要消音時——僅當可選的前部氣流遏制系統(tǒng)應用時。
        需要權(quán)衡的因素：
        （1）前方和后方密封擋板會增加基建成本。
        （2）在單一機柜配置中，當需要制冷冗余時，成本會大幅增加。
 
4、機柜級制冷架構(gòu)
        在機柜級制冷中，機房空調(diào)與機柜相關(guān)聯(lián)，以冷卻特定機柜為設(shè)計目的。空調(diào)機組直接安裝在IT機柜上或其內(nèi)部。與房間級或行級制冷架構(gòu)相比，機柜級制冷氣流路徑更短，且定義更為準確，使得氣流完全不受任何設(shè)施變動或機房約束條件的影響。機房的全部額定制冷量均可得到利用，并可實現(xiàn)最高的負載密度（每臺機柜最高50kW）。
        與行級制冷類似，除具有高密度能力之外，機柜級制冷架構(gòu)還有其他獨有的特性。氣流路徑縮短可降低風機功耗，提高效率。如前所述，這并不是一個小優(yōu)點，因為對于許多負載密度較低的數(shù)據(jù)中心，機房空調(diào)風機功率損耗這一項就會超過總的IT負載功耗。
        機柜級制冷設(shè)計可以針對目標機柜的實際需求確定制冷量和冗余度。例如，對刀片式服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)交換機可采用不同的功率密度。此外，對具體機柜可針對性地采用N+1或2N式冗余。相比之下，行級制冷架構(gòu)只能在機柜行這一層級規(guī)定這些特性，而房間級制冷架構(gòu)僅允許在機房級指定這些特性。
        由于機柜級制冷架構(gòu)特定的物理形狀使制冷性能可以預測，因此完全可由制造商加以表征說明，而且完全不受機房幾何形狀或其他機房約束條件的影響。這使功率密度范圍及設(shè)計都得以簡化。
        這種方式的主要缺點是相比其他方式需要大量空調(diào)設(shè)備及相關(guān)管路，特別是在較低負載密度的情況下。
 
5、混合型制冷架構(gòu)
        房間級、行級和機柜級制冷架構(gòu)可以在同一數(shù)據(jù)中心中不受限制地任意組合使用。事實上，很多數(shù)據(jù)中心都適合采用濕合型制冷架構(gòu)。

        （1）房間級制冷：向機房送風，但主要服務(wù)于布局諸如通信設(shè)備、低密度服務(wù)器及存儲器的低密度區(qū)域。目標密度為每臺機相1～3kW，323～861W/㎡（30～80w/ft2）。
        （2）行級制冷：向配備刀片式服務(wù)器或IU服務(wù)器的高密度或超高密度區(qū)域供風。
        （3）機柜級制冷：向獨立的高密度機柜或超高密度機柜供風。行級和機柜級制冷架構(gòu)的另一有效應用是，將現(xiàn)有采用房間級制冷的低密度數(shù)據(jù)中心的功率密度提升。在此情況下，現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心內(nèi)機柜的小群組配備行級或機框級制冷系統(tǒng)。行級或機柜級制冷設(shè)備可有效地隔離新的高密度機柜，使其事實上與現(xiàn)有房間級制冷系統(tǒng)“沒有熱關(guān)聯(lián)”。通過這種方式，高密度負載可被疊加到現(xiàn)有低密度數(shù)據(jù)中心內(nèi)，而不需要改動現(xiàn)有房間級制冷系統(tǒng)。
        對上述總結(jié)和分析將得出以下結(jié)論：
        （1）房間級制冷架構(gòu)靈活性差、布局困難，且在高密度條件下運行效果差，但在較低密度應用方面具有投資成本低和簡便等優(yōu)勢。
        （2）模塊化行級制冷架構(gòu)在靈活性、布局速度和解決高密度方面具有許多優(yōu)勢，但投資成本上卻與房間級制冷架構(gòu)類似。
        （3）模塊化機柜級制冷架構(gòu)最為靈活、布局迅速，并可解決極高的負載密度，但是投資成本最大。
        以上介紹的數(shù)據(jù)機房實際的氣流組織非常復雜，氣流組織的好壞還與空調(diào)的布置、機柜的布置方式、地板的高度選擇、風管的截面和制作等因素相關(guān)。