它既是新科技，亦是旧技术，已经证实，却依旧神秘，它可以极大节约能源开销，却被长期忽视。这就是京都热轮——一项对数据中心传统空气制冷理念的革命性改进设计。虽然该技术从2007年问世起，已经被有效证实，但让京都热轮成为如此一个节能制冷设备的革命性原理却依旧无法很好理解，而其解决数据中心冷却开支的巨大潜力也被长期忽视了。

　　免费数据中心冷却

　　“免费冷却”是许多人认为可以最小化数据中心冷却开销与电能消耗的有效方法。虽然没有什么是真正免费的，目的是利用外界空气将热量带走，而不是使用昂贵的耗电设备机械冷却。有两种方式实现免费冷却：空气冷却与水冷却。这里指热量直接交换第一阶段对象是外界空气（空冷），或者液体（水冷）。

　　水冷却模式中，热量将传递给冷却循环水（或水与乙二醇的混合物，这样可以避免冷却水在冬季结冰），接着再将热量由冷却水传递至外界空气。水冷却一直以来都是数据中心免费冷却的最普遍形式。

　　架空格栅和窗口风扇都是空气冷却设备。它们将外界空气从窗口引入房屋内部，空气带走热量，接着通过阁楼通风口或者另外一个窗口排出。此方法有效，但同时会带来尘土，花粉和外界湿度。从理论上说，空气冷却是最节能的，也确实如此，但如果算上加装杂质过滤器和湿度控制设备，开销将很快抵消之前节约的资金。解决办法则是通过某种热交换方法，将内部与外部空气分离。有一种方法可以做到这一点，该方法被称作“热轮”。

　　京都热轮：为数据中心设计的热轮

　　热轮并不是什么新鲜事物，它们已经存在多年了。最简单的形式便是让热轮一半位于室内，另外一半位于室外，这样它便可以在转动时吸纳内部热量，并在转动至外部时将热量释放。锯齿结构增加了设备的表面积，这样可以尽可能多的传输热量，但同时会持续不断将大量内部空气连同热量一起排出。比较棘手的问题是热轮表面积累的脏物会降低热传递效率，这是数据中心无法接受的——直到现在，情况有了改变。

　　京都热轮，以《京都议定书》命名（以保护全球资源和减缓全球变暖为思想），京都热轮是原型热轮的改进，符合数据中心的要求。它几乎完全将外部空气与内部空气隔离（混合率不到1%）——而且效果惊人！！目前已有许多数据中心采用其作为其常用冷却设施。

　　京都热轮是一个巨大的铝制蜂窝结构体，直径从4（约13英尺）至6（约20英尺）米不等。它一般每分钟转动三次，虽然其最高转速可高达10RPM。当外部环境正常时，它通过自传半周，收集数据中心内可感应热能（你可以感受到的热量），接着完成余下转动周期，将热量释放至温度较低的外界空气中。

　　京都热轮的革新之一便是使用风扇排除由每次半周旋转所带来的空气。此举极大改善了设备的热传输效率，但风扇同样成为了热轮主要的耗电部分。即使如此，热轮能源开销也只仅仅是机械冷却系统的8-25%。而且这个高效节能系统通过一个复杂的控制系统维护，通过该系统，可以使得风扇在不高于其最大转速80%的条件下运行。这样就避免了因高速风扇运行而带来能源消耗“立方法则”式的增长。风扇同样最小化了外部空气传输总量，这样将降低大部分杂质和其他污染物对空气冷却系统的影响。“蜂窝”还附着了一层微观环氧树脂薄涂层，这样可以保护铝箔免遭腐蚀。

　　直径6米的热轮可以排出高达600-850千瓦的热能，这取决于安装规模。对更大型的数据中心来说，增加安装数量即可扩容。一些数据中心已经在内部分隔，需要在每个区间架设一个热轮。这样十分有利于设备增加与扩容，因为只有在需要扩容时，才需要占用楼层区域的面积。
京都热轮与绿色数据中心

　　热轮的节能数据，在我们所追求的能源利用率面前，十分惊人。KyotoCooling提供的数据显示，你可以在美国大部分地区通过花费100千瓦能量便可排除2.5兆瓦的热能。但是，人们会问，在怎样的环境条件下才可以呢？你一定会大吃一惊！很显然，如果是北方气候，你大可不必将一年中大部分日子中绝大多数小时花费在“免费冷却”系统上，因为在绝大多数时间内，外界温度一直保持在较低水平。但计算结果显示，在达拉斯，你在一年中只需有效使用热轮172天，关注ASHRAE的温度报告并花费占IT全部能耗14.5%的能源，便可以满足冷却需求。这可比使用机械设施而使得冷却开销占用60%能源消耗强得多。

　　京都热轮初次应用于荷兰，仅使用48千瓦能量就解决了600千瓦热能的排散问题。该项目中，外部环境温度平均数约为15摄氏度（华氏60度）而冷却设备送回数据中心的空气平均温度为25摄氏度（华氏77度）。这刚在ASHRAE所允许的温度范围摄氏27度（华氏80.6度）以内，而且该热轮设备可以完全保证该数据中心每年95%时间的冷却效果。

　　在纽约芝加哥，一组热轮理论上可以提供总能耗2.5兆瓦数据中心几乎每年80%时间的冷却需求，冷却开销仅占IT能耗的大约9%。费城每年冷却需求满足时间在75%左右，而加利福尼亚州圣何塞则高达87%。其余的日子中则需要采用机械冷却或者空气与机械冷却混合方式，但节能成果已经显而易见了。而且，KyotoCooling通过计算结果预估了一个总能源节约值（IT冷却增值）：一个约2.5兆瓦数，位于纽约，波士顿，或多伦多的数据中心，将每年节省约30%以上的能源，若按0.1美元/kwh为基数，那么将节省500,000美元以上。这些数据显示了一个不菲的投资回报率，同时还伴随着极大的环境利益。

　　京都热轮缺陷

　　那么其缺点是什么呢？空间便是其中之一。这些轮子十分巨大，而且其护罩更大，以提供室内外热交换的空间。一个直径六米的热轮需要搭配一个大约8*12米，或者粗估1000平方英尺的护罩。直径4米的小型热轮则超过四米高，四米宽和12米长的护罩，以提供300kW的热量排放能力。小型热轮通常具有200kW或者150kW的热排放能力。如果需要多个热轮组合（2.5兆瓦数据中心需要五个大型热轮冷却），将在地面和建筑物周边占用十分大的空间。

　　一些重要管道需要用来引导气流至需要冷却的地方并避免冷热空气混合，以防止设施的节能冷却功能失效。京都热轮是新数据中心值得考虑的冷却方案，但即使其优势巨大，仍需要谨慎考虑实施方案。对现有设施进行热轮改造则成为了一个异常艰难的挑战。

　　热轮同样是所有数据中心外置设施的额外开销。因为免费冷却无法满足数据中心全年冷却的需求，依旧需要购买常规机械冷却设备来解决外界环境温度不适合热轮冷却的那段时期。而且强烈建议为热轮设备配置不间断电源（UPS）以避免出现任何的冷却中断事故。如果出现供电故障，甚至外界温度高于冷却目标温度值时，京都热轮依旧能有效控制数据中心温度，保障内部温度最多高于外界温度2摄氏度。即使在最坏条件下，热轮也将确保计算机硬件正常运行，直到发电机可以启动并且机械冷却设备重新上线恢复运作。

　　总而言之，京都热轮毫无疑问成为数据中心项目优先考虑的冷却方案，尤其当用户对能源开销与利用率有严格要求的时候。