这里提到的免费方案并不是真的不花钱，除非你在某怡人的春日把数据中心窗户打开进行换气。不过，如果利用户外低温空气来驱散大楼或数据中心里的热气，那会比机械制冷省电得多。所以我们称之为“免费制冷”。

　　利用空气侧方法给数据中心降温

　　免费制冷有两种形式，通常是空气侧和热水侧。目前为止，热水侧（更普遍的说法是液体侧）仍然是较常用的方式。利用水循环（或是冰冻天气时的水和乙二醇混合物）把热带到室外的冷却塔。当水流从塔的高处往低处倾泄而下时，巨大的风扇会把空气吹向水流方向，从而使水里的热量散发到空气中，哪怕户外气温较平时更高——但是这需要电力。当气温低时，几乎不需要风扇耗能，电力消耗主要在水泵运转上，用于带动管道中的水流。

　　空气侧免费制冷只涉及到空气的流动，无需液体介入。由于不再需要把液体通过水泵输入到管道中，所以应该算是最节能的方式。但是，真的是这样么？就像很多事情一样，这要视情形而定。

　　很多人认为，空气侧方法只不过是在墙上凿个洞或是在屋顶通个口，在夜里或是冬天把冷空气引进来。但实际上，空气侧制冷远没有想象的那么简单。与热水侧制冷消耗的水量相比，这种方法需要更大量的空气。一个250千瓦的数据中心每分钟需要4万立方英尺空气。一个兆瓦数据中心每分钟需要的空气量则超过15万立方英尺。所以，这个洞或者口要特别得大。以上数字是按每分钟2500线性英尺（FPM）的流速估算得出的，也就是时速28英里。这简直是微风吹来！以这种速度推算，要达到每分钟4万立方英尺空气流量就需要16平方英尺大小的通风口（也许长8英尺，宽2英尺）。周转速度更快的是每分钟1500线性英尺（FPM），这样的话，15万立方英尺空气要求的通风口或者洞口大小就是100平方英尺或是4英尺X25英尺。

　　对于大型数据中心，要通过通风口直接流转和过滤这么大体积的空气，是不太实际的。大量的空气通过一个大口流入，必然会带来大量污染物，所以得过滤掉空气中的微小颗粒，导致任务十分繁重。首先，大型风扇把空气吸入重型过滤器中，但随着新空气流入，空气量增大，过滤器上的杂质也随之增多，阻力越来越大。这就导致了电力消耗。当然也要考虑过滤器更新费用。

　　解决空气侧制冷难题

　　控制空气的湿度也很重要。如果空气湿度太高，可以使用冷盘管凝结水分；若是湿度偏低，则可用热盘管加湿。这都需要用到电力。相比冷盘管来讲，除湿剂（一种吸湿化学物）比较节约电力，但会造成空气阻力，导致风扇电力消耗增大。这样一来，又把原先的省电效果抵消了，所以不存在真正意义上的“免费”。我们甚至还没将气态污染物考虑在内，这种物质很难从空气中剥离出来，久而久之还会对硬件造成损害。

　　如果气候条件能满足空气洁净，而且气温低，那么空气侧制冷会是个明智的选择。如果气候条件一般（包括一些超出你预期的地方，例如夏威夷），仍然可以考虑空气侧制冷方案。但是，如果一个地方的天气热，而且湿度还高，或是刮风水，吹污染物，那就根本不值得考虑。即使采用了扩展型“ASHRAE热信封”技术——一定程度上能使一个地方更多区域延长免费制冷时间——仍然有局限性。不管应用何种技术总得考虑到成本收益问题。

　　归根到底，驱热都是能量从一个介质转到另一个介质的过程。我们用到的机械制冷，是利用不需要的热量把液态冷冻剂转化成气态，然后再利用机械系统把它变回液态，这样可以在转化过程中往复循环使用。根据具体使用的系统类型不同，冷冻剂可能会流转到冷凝器上把热量释放到空气中；或是与冷却塔中的水进行热交换。如之前提到的，这两种方法都要消耗电力。热水侧制冷的关键在于添加绕开机械制冷系统的阀门，当室外温度足够低时，只需让水循环就能把热带走。控制系统设置可能会有点棘手，但是原理上却很简单。

　　空气侧制冷利用“空气对空气”热交换机，能够避免污染问题和湿度问题。原理是把室内空气的热量直接转移到室外清凉空气中，同时尽量减少室内空气流失和室外新空气的渗入。当然，由于空气导热效果远低于水导热，所以空气导热设备体积很大。Kyoto Wheel就是一款不错的设备。

　　数据中心制冷的替代设备和方案

　　Kyoto Wheel是缓慢旋转的大型铝制蜂巢装置——是早期转轮式换热技术的现代改进版——专为数据中心设计。每分钟转动3至10圈，转动所需能量达到最小。增加的特殊风扇可以有效抽空蜂巢中的空气，虽然也要消耗电力，但据称该装置所耗电能只占同等机械制冷的8-25%。而且，室内外空气交换量低于1%，装置表面覆盖的涂层可以避免灰尘堆积和侵蚀，导致导热效果降低。要移除600-850千瓦热量，该装置直径需达20英尺，其容纳外壳在屋顶上或临近建筑物处要占据1000平方英尺面积。然而，如果该装置转轮全速运转，那么在美国中部的达拉斯地区就可以在全年47%时间享受100%免费制冷；在美国加州的圣何塞地区这个时间可延长至81%。这些数字相当喜人。

　　另一个途径是蒸发冷却。从数据中心出来的热回风流经一段金属管。由于该金属管一直有水雾喷洒，当热回风经过时，水雾蒸发，冷却了管道，也间接冷却了管道中的空气。在干燥气候里水气能充分蒸发，所以这套系统会运行得更好。但是通过风扇转移热空气这个环节必不可少。不过，蒸发过程能够使空气冷却至室外温度之下，因此这个系统相比Kyoto Wheel（节约的制冷能源远大于消耗的风扇电力）在一年中能够利用的时间更长。间接蒸发冷却器——APC EcoBreeze，就是一个领先代表。

　　使用空气侧冷却方法最大的缺陷在于，能让数据中心在所有时间段享受免费制冷的气候几乎不存在。最新的“ASHRAE热指南”可能会改变这一状况，但是它与现今多数运算硬件不匹配。虽然任何时候使用免费制冷都可以节省不少能源，但是毕竟也有失灵的时候，所以机械空调系统必不可少。热水侧制冷，唯一要添加到冷却装置上的就是阀门和控制器。而空气侧制冷，除了机械制冷系统费用，还要增加空气侧制冷设备的支出。在决定是否要采用免费制冷方案时，一定要作充分的投资回报率分析，尤其应该 考虑空气侧制冷方案。先不论免费制冷方案的货币回报率高低，毫无疑问它是有利于环境保护的。而且，新型设备也使得这一方案更加现实可行。