CN117336994A - 自然冷却数据中心及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种自然冷却数据中心及其制造方法。所述自然冷却数据中心包括至少一台电子设备，且所述自然冷却数据中心通过自然冷却方式冷却；所述自然冷却数据中心包括至少一容纳空间，用于容纳所述电子设备。本发明的自然冷却数据中心不借助任何外部能源即可实现高效冷却，能耗低，降低了冷却散热成本，降低了数据中心PUE值；本发明的自然冷却数据中心制造方法简单，建设成本低，适合批量建造。

Description

自然冷却数据中心及其制造方法

技术领域

本发明涉及电子信息技术和散热技术领域，具体地涉及一种自然冷却数据中心及其制造方法。

背景技术

随着电子商务的兴起，企业用户会把越来越多的业务通过Internet或者Intranet来进行处理，各种商业模式都开始上“云”，这使得企业可以更好地节约成本、提高效率。数据中心(Internet Data Center，IDC)作为“网络云”的重要硬件支撑，数量和规模也逐年增长。数据中心用于在因特网上传递、加速、展示、计算、存储各种数据信息，逐渐成为各地的“电老虎”，主要是因为IT设备与制冷系统的运转，都需要消耗大量的电能，尤其是传统的空调冷却系统。

对于数据中心的冷却，目前主流的方式还是风冷和液冷，为了节能，陆续又提出了直接利用室外冷源，如新风，或间接利用室外冷源，如转轮热回收、冷水系统等来为机房降温的方案。当采用室外新风作为冷源时，则必须保证新风的洁净度，需要进行过滤处理和通过风扇等设备引入机房。当采用传统的冷水系统降温时，其管路庞大复杂，后期运维难度大，且管道泄漏会严重影响数据中心正常运营。

由此，在我国大力发展建设各种数据中心之际，如何提供既降低能耗，又能够减少维护复杂性的数据中心解决方案就是研发人员迫切需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种自然冷却数据中心及其制造方法，以期至少部分地解决上述技术问题。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提出了一种自然冷却数据中心，所述自然冷却数据中心包括至少一台电子设备，且所述自然冷却数据中心通过自然冷却方式冷却。

作为本发明的另一个方面，还提出了一种自然冷却数据中心的制造方法，包括如下步骤：

建设至少一容纳空间，用于容纳至少一电子设备；其中，所述自然冷却数据中心以自然冷却的方式进行冷却。

基于上述技术方案可知，本发明的自然冷却数据中心及其制造方法相对于现有技术至少具备如下有益效果之一：

(1)本发明的自然冷却数据中心不借助任何外部输入能源，仅依靠自身形成的内生动力，或者仅需要微小能源辅助推动，就可以驱动热能扩散出设备并与自然环境进行交换，能耗极低，满足一般功率的数据中心的要求，可以极大地降低散热成本；

(2)本发明的自然冷却数据中心制造方法简单，原料易得，成本低，也不需要额外的水源和风源等，适合中国广大东北、西北地域的自然冷却数据中心的成批建设；

(3)本发明的自然冷却数据中心便于维修和维护，后期维护成本低，降低了系统PUE值，减少了建设成本和维护成本，实现了节能减排的效果；

(4)本发明的自然冷却数据中心，四面通透，使得主体结构能够在水平方向上与外界连通，周围环境的自然风可以大量地汇入主体结构内部进行散热，使得主体结构的内部能够进行自然对流的高效散热，同时主体内部的热空气也可以通过烟囱效应快速上浮至屋顶自然通风器，排出至大气环境；钢架结构，无需额外建造冷却系统，能够借助自然风实现零成本高效散热，降低了数据中心的电能消耗，实现了节能减排的效果；

(5)本发明的数据中心采用金属框架，建筑结构强度高，吸能形变好，可以抵抗高等级台风和高烈度地震，可以承受狂风暴雨和极寒天气，适应地域范围广。本发明的数据中心能根据需要进行灵活设置和扩展，便于拆卸和维护。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明的方法和装置作进一步说明：

图1是本发明的边缘自然冷却数据中心的结构示意图；

图2A、2B分别是本发明的一层自然冷却数据中心的正视图和侧视图；

图3A、3B分别是本发明的四层自然冷却数据中心的正视图和侧视图；

图4是本发明的自然冷却电子设备的第一种实施方式的结构示意图；

图5是本发明的自然冷却电子设备的第二种实施方式的结构示意图；

图6是本发明的自然冷却电子设备的第三种实施方式的结构示意图；

图7A、7B分别是本发明的自然冷却电子设备的第四种实施方式的结构示意图及快装结构的爆炸图；

图8是本发明的自然冷却电子设备与立面的安装位置示意图，其中(A)-(C)分别是一个面、两个面和三个面接触的示意图；

图9是本发明的自然冷却电子设备悬挂于方框型机柜上的一种实施方式的结构示意图；

图10是本发明的自然冷却电子设备悬挂于方框型机柜上的另一种实施方式的结构示意图；

图11是悬挂有本发明的自然冷却电子设备的烟囱效应型机柜的立体图；

图12A-12C分别是本发明的烟囱效应型机柜的底座的俯视图、悬挂有本发明的自然冷却电子设备的烟囱效应型机柜的底座的仰视图，以及金属地板的俯视图；

图13A、13B分别是安装有太阳能电池板的自然冷却数据中心的正视图和立体图；

图14是本发明具有屋顶的雨水收集池和地底的冷却水储存池的自然冷却数据中心的结构示意图；

在上述附图中，附图标记含义如下：

1 自然冷却电子设备 2 电子元器件

3 封闭外壳 4 设备本体冷却单元

5 接触导热面 6 设备外部冷却单元

7 方框型机柜 8 烟囱效应型机柜

9 全钢建筑 10 自然通风器

11 接触固定面

13 立面 14 地板

31 壳体 32 盖体

35 弹簧销

71 导热框架 72 机柜冷却单元

82 气流通道 84 底座

91 太阳能电池板 92 雨水收集池

93 冷却水储存池

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明中部分术语含义如下：

电子设备，是指由晶体管、电子管、集成电路等电子元器件组成，应用电子技术(包括软件)发挥作用的设备。电子设备包括各种采用了模拟或数字电路进行检测、控制、计算、通讯等功能的设备。

IT(Information Technology)，即信息技术。

IT设备，是指进行信息技术处理的设备，也有将其限定为在机架上装载的任何设备(称为机架装载设备)，这类设备通常包括服务器、专用存储阵列、网络交换机和路由器、供配电和远程管理设备等。

数据中心，是指“由计算机场地(机房)、其它基础设施、信息系统软硬件、信息资源(数据)和人员以及相应的规章制度组成的实体”。本发明中，数据中心既包括高度集中管理的互联网数据中心(IDC)、国家数据中心(NDC)和企业数据中心(EDC)，也包括布置在靠近用户端的边缘数据中心(Edge Data center)。

封闭外壳，包括全封闭外壳和半封闭外壳，全封闭外壳能对至少部分电子元器件进行完全封闭处理，半封闭外壳是在全封闭外壳的基础上有一定的开孔或开口。

机柜，用于固定电子器件和/或设备，为其提供容置环境和防护的设备。由于本发明中的机柜是开放式架构，因此“机柜”和“机架”可以互用。

自然冷却，也称“自然散热”，是指不借助任何外部动力源，不依赖强迫致冷和强迫对流手段，可以使电子设备正常工作的冷却/散热方式。本发明中，所述的自然冷却是仅靠自然环境的自然风，或者设备内生驱动力驱动的流体流动来实现冷却/散热。本发明所述的内生驱动力包括蒸发腔的蒸发冷凝、虹吸效应、加热空气后热空气自发上升、液体受热自发上升等。

PUE(PowerUsage Effectiveness，电能使用效率)，是评价数据中心能源效率的指标，指数据中心消耗的所有能源与IT负载消耗的能源的比值。PUE＝数据中心总能耗/IT设备能耗，其中数据中心总能耗包括IT设备能耗和制冷、配电等系统的能耗，其值大于1，越接近1表明非IT设备耗能越少，即能效水平越好。

通透率，是指在所述数据中心正常工作时，房间开口通风的面积占房间六个面总面积的百分比。例如数据中心工作时，保持房间四面没有墙，完全敞开，地板和房顶(上一层房间的地板)有透气孔，则通透率＝所有这些开孔通风的面积/房间六个面的总面积。

随着标准的不断制订和完善，数据中心的建设和发展逐渐发展成某几类固定模式，例如通常需要保证数据中心内部空间的温湿度，保证空气的洁净度等。数据中心的冷却方式主要为强制风冷和液冷，目前比较成熟的冷却方式包括空调制冷、带冷却塔的间接液冷、带有复杂换热设备的浸没液冷等，这些冷却方式都存在高耗能、高成本的弊端，现有技术中也针对这些弊端而提出了不少改进，例如引入新风，或者是借助天然水体等。但由于上述标准的约束，数据中心的空间封闭，外部冷源的引入仍然需要采用风扇、水泵等需要消耗动力的驱动设备。随着数据中心的建设热潮，数据中心越建越大，电能消耗占总运营成本的比例也一直居高不下(据报道2025年将达50％左右)，如何降低数据中心的日常能耗，低成本、高质量的运营，是数据中心的研发和制造产业技术人员迫切需要解决的技术问题。

对此，本发明人在深入研究之后，提出了一种与现有的数据中心集中强制冷却完全不同的思路。这一思路打破了数据中心一直以来都是采用集中强制冷却的思维定式，克服了本领域技术人员的偏见，可以省去强制冷却的高能耗及高成本，极大地降低整个数据中心的运营和维护成本。此外，上述思路也不是简单的复古思想，虽然散热领域早期确实提出了通过加大散热器体积实现自然冷却的方案，但是当现代化的、高集成度、高发热功率的数据中心需要冷却时，本领域技术人员并不会再去回溯这种笨重低效的散热方式，散热片体积太大会给系统的安装和维护带来极大的麻烦，散热片的布局、电子设备的拆装检修、设备重量太大需要额外的支撑等都需要折腾技术人员大量的研发精力，因此本领域技术人员对于采用外加的笨重散热片进行自然冷却的思路有着强烈的技术偏见。本发明通过采取各种先进的自然冷却技术，并将自然冷却放在整个数据中心的范畴内进行综合考量，辅助设计各种横向风/纵向风冷却通道，以及特殊设计的机柜和机架，才提出了一种新的自然冷却思路，该方案通过在设备级就以自然冷却的方式将电子设备的单位面积热流密度降低到设定阈值以下，通过尽量将每一个电子设备的热量都扩散到其本体冷却单元、外部冷却单元上进行自然冷却，通过整个数据中心四面敞开让自然风帮助冷却设备，通过整个数据中心的建筑及部件变成一个大的散热器，来降低制冷设备能源的消耗。

具体地，本发明公开了一种自然冷却数据中心，所述自然冷却数据中心包括至少一台电子设备，且所述自然冷却数据中心可以仅通过自然冷却方式冷却，从而不依赖强迫致冷和强迫对流手段，就可以使所有电子设备进行正常工作；或者也可以在自然冷却方式的基础上适当增加辅助冷却手段。但需要强调的是，本发明不采用强制冷却方式。

其中，所述自然冷却数据中心可以包括至少一个容纳空间，用于容纳所述电子设备。容纳空间也可以为多个，例如一排单层房屋，若干层多层建筑等；所述自然冷却数据中心可以包括一个或多个房间，可以分布在一层或多层的建筑物中。所述自然冷却数据中心的建筑结构主体例如可采用钢架、铝合金框架、木结构、混凝土结构、高分子膜、高分子纤维等来建造；优选地，可以采用高导热系数材料建造，从而其内容纳的所述自然冷却电子设备产生的部分热量能够传递到所述建筑结构主体上，并以自然冷却的方式传递到自然环境，不再借助外部输入能源强制制冷，达到节能环保的目的。进一步优选地，所述自然冷却数据中心的建筑结构主体可以采用钢材或铝材制造。

其中，所述自然冷却数据中心优选采用模块化结构，通过拼装的形式实现快速搭建成型。模块化结构例如包括标准化的、工厂预制的建筑部件，如承重立柱、框梁、墙板、地板安装框架(工字钢)、地板、带自然通风器的屋顶、外墙板、外墙百叶窗、制式机柜、风扇墙等。

其中，所述自然冷却数据中心可以采用开放式结构，即通透率不为零的结构，优选所述自然冷却数据中心的通透率大于等于5％，更优选大于等于33％，进一步优选大于等于60％。作为一个优选实施方式，所述自然冷却数据中心例如四面都没有外墙，允许自然风穿堂过；或者四面有保温外墙，但墙上开设有可控制进风大小的窗户，工作时窗户保证自然风自由进出。

其中，所述自然冷却数据中心的至少一个水平方向设置有遮挡结构，所述遮挡结构例如可以为卷帘门结构、卷帘膜结构、窗户结构、折叠屏障、推拉屏障中的任意一种，所述遮挡结构能够封闭或打开，以形成开放式结构；作为优选，所述自然冷却数据中心的四个方向也可以安装百叶窗形挡板，所述百叶窗形挡板的转轴为水平方向的轴，可以调节挡板转动的角度，来调节进入室内的风量。在冬天或极冷区域，例如南北极，可以减少冷风摄入量，保证自然冷却数据中心内的设备在合适温度区间运行。此外，所述百叶窗形挡板的间隙处也可以设置纱窗或过滤网，适当减少粉尘等。

其中，优选所述自然冷却数据中心的每一层均采用具有贯通结构的地板，从而使地板下方气流能够通过所述贯通结构向上运动。所述贯通结构例如可以是特定排列方式的小孔径的通孔，或者是大面积的镂空区域。

作为优选，所述自然冷却数据中心的地板由高导热系数的材料制成，所述高导热系数的材料包括金属和/或非金属，优选自铝合金、铜合金、镁合金、镁锂合金、银、碳钢、不锈钢、高导热率陶瓷(High Thermal Conductivity Ceramic Materials)、碳化硅、铝基碳化硅、石墨复合材料、金刚石复合材料、石墨烯复合材料等中的至少之一。

本发明的自然冷却数据中心中例如可以使用如下所述的机柜，所述机柜采用开放式结构，优选为四面开放结构，进一步优选为六面无面板的全敞开结构。所述机柜例如包括导热框架或导热板，以及用于固定所述自然冷却电子设备的接触固定面；所述接触固定面具有与所述自然冷却电子设备的接触导热面相匹配的外形轮廓，通过其将所述接触导热面传递的热量传导至所述导热框架或导热板上进行自然冷却；其中，所述自然冷却电子设备包括对所述自然冷却电子设备的电子元器件进行封闭处理的封闭外壳，所述接触导热面设置于所述封闭外壳外表面，所述自然冷却电子设备的发热通过热传导的方式传递到所述封闭外壳上的接触导热面上。

作为优选，所述机柜还可以包括机柜冷却单元，扩散到所述导热框架或导热板上的热量进一步被传导到所述机柜冷却单元上自然冷却。

作为优选，例如可以通过热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构使热量均匀分布在所采用的导热框架、导热板和/或机柜冷却单元的表面。

作为优选，所述接触固定面和所述接触导热面之间还设有接触固定装置，所述接触固定装置采用快装结构，方便快速安装拆卸。

作为优选，所述机柜为方框型机柜，具有框架式结构，优选为矩形框架结构。

作为优选，所述机柜为烟囱效应型机柜，具有烟囱效应型结构，所述烟囱效应型结构为所述烟囱内部的气流通道，或者位于所述机柜表面。

其中，所述机柜的导热框架例如可以进行各种变形，例如变成平板状、柱状、螺旋状、双螺旋状、球形等，只要能够扩大散热面积，且不阻碍自然风对设备的冷却。更优选地，所述机柜的导热框架的变形还能够形成自发的气流通道，加速气体的流动，提高冷却效率，例如，在所述机柜的导热框架内部或表面形成与屋顶烟囱贯通的连续气流通道，或者在室内形成不同温区而带动周边气流向中间的流动，等等。

作为优选，所述自然冷却数据中心例如可以通过上下贯通的地板及屋顶的自然通风器等设置，形成纵向风的流道，利用烟囱效应来增强自然冷却的效率。当自然冷却数据中心内的电子设备采用烟囱效应型机柜来挂载时，烟囱效应型机柜内部的气流通道直通屋顶，有强烈的“烟囱效应”，而由于上下贯通的地板，在机柜外表面的上升热气流同样也可以形成“烟囱效应”，同样也可以形成纵向风的流道。当自然冷却数据中心内的电子设备采用方框式机柜承载时，由于没有内部气流通道，则只有机柜外表面的上升热气流形成的“烟囱效应”，形成纵向风的流道。

当采用烟囱效应型机柜时，所述自然冷却数据中心优选第一层下设置一个夹层(底层)作为进气层，进气层的层顶设置若干穿透层板的进气口并与上一层的烟囱效应型机柜底部连通，进气层的四周侧的壁上可以设置开口进风，在开口中也可以设置风机辅助加强空气流动。也可以第一层直接设置在地面(底层)，此时烟囱效应型机柜底部朝向四周设置进气口。

作为优选，上述进气口开口朝向例如采用螺旋状排列，从而进入的空气在烟囱效应型机柜内形成螺旋型增强气流，避免彼此干扰削弱气流。

所述烟囱效应型机柜的气流通道中还例如可以包括能够调节气流大小的阀门或挡板。所述阀门或挡板可以是旋转式，也可以是翻转式，或开闭式；可以设置在气流通道的任意位置，只要方便操作，但至少在底层进气口处应该要设置一组，因为从源头更利于控制，避免不利影响。

所述自然冷却数据中心还可以包括位于屋顶的排气结构，用于将上下贯通的热气流从屋顶排出；所述排气结构优选为自然通风器或无动力风帽。当楼层比较高、烟囱效应型机柜布局比较多时，优选采用自然通风器，其位于屋顶正中，将所有烟囱效应型机柜的上升气流汇聚。当烟囱效应型机柜比较少时，例如也可以采用无动力风帽，每一个烟囱效应型机柜对应一个烟囱，在烟囱顶部设置一个无动力风帽。通过自然通风器和无动力风帽，可以增强烟囱效应，提高烟囱效应型机柜的冷却效率，同时隔绝雨水进入气流通道内部。

此外，本发明的自然冷却数据中心可以通过完全的自然冷却方式进行冷却和散热，也可以适当增加一些其它的辅助散热手段，提高冷却和散热效率。例如，所述自然冷却数据中心还可以设置若干风机，所述风机用于直吹所述自然冷却电子设备和/或机柜进行冷却，或者，不直吹而是辅助所述自然冷却数据中心内部的热空气排出。所述风机可以组成风扇墙，也可以分立式排列。作为优选，所述风机例如可以位于地板下方或立墙进风一侧，用于吹动空气形成气流，和/或，所述风机也可以位于屋顶或立墙出风一侧，用于抽吸空气形成气流。需要说明的是，本发明的这一设置不同于完全以直吹进行散热的强制冷却方式，其更主要的是引导气流流动，将室外的冷空气引入室内，其只是作为本发明的自然冷却方式的辅助散热。

所述自然冷却数据中心还可以设置若干可拆卸的导风板，用于在风机工作时引导冷空气流经所述自然冷却电子设备。导风板例如可以是独立设置，独立支撑，固定在地板或墙壁上；也可以是机柜的一部分，例如设置成口径逐渐收缩的缩口形状，对准自然冷却电子设备上的设备本体冷却单元和/或机柜上的设备外部冷却单元。

其中，所述自然冷却数据中心例如还可以适当布置太阳能电池板来提供部分能源，太阳能电池板的布置不能遮挡自然风的通路，因此在设置太阳能电池板时，既需要考虑太阳光的角度，即太阳光在太阳能电池板上的投影面积，又需要考虑常年自然风的方向，在设置时尽量利用屋顶、窗户以下的屋檐空间以及地面，所述自然冷却数据中心地面一层可以空出来作为办公、停车等其他用途，通过将主要发热设备都设置在高层，更容易受到自然风的吹拂而加快散热效率，也能够加高楼层，增强烟囱效应。

其中，所述自然冷却数据中心例如还可以利用太阳能电池板产生的电能驱动风机，引导或辅助控制所述自然冷却数据中心中由于受热自发运动的气流，使其形成稳定连续的气流来加速冷却。

其中，所述自然冷却数据中心例如也可以适当增加液冷，所述液冷设备属于自驱动或微驱动的自然冷却液冷设备，例如通过在屋顶屋檐下设置雨水收集池，或者在地底一定深度设置冷却水储存池，然后利用重力或微型水泵给予相对较小的推动力，来循环带走整个机柜甚至整个钢架建筑的热量，热量通过屋顶的无动力水冷塔来散发热量，或者通过与地底的低温土层换热来进行散热。那种高耗电、强制冷却的方案不在本发明考虑范围之内。

其中，所述自然冷却数据中心中，自然冷却电子设备例如可以位于地板、机柜(机架)、货架、立柱和/或立面(含墙壁)上。作为优选，所述自然冷却电子设备通过接触导热面将热量传导到对应结构上增强散热。

其中，如图1-14所示，本发明的自然冷却数据中心中使用的电子设备可以是各种之前提出的自然冷却电子设备，例如本发明人之前申请的几件专利申请披露的自然冷却电子设备。本发明的自然冷却数据中心中使用的电子设备也可以是如下所述的一种自然冷却电子设备1，包括：

封闭外壳3，用于对所述自然冷却电子设备的至少部分电子元器件2进行封闭处理，并通过热传导的方式将所述自然冷却电子设备内部产生的热量导出至封闭外壳3；

其中，所述自然冷却电子设备通过自然冷却方式进行冷却。

其中，所述封闭外壳3例如由高导热系数(例如大于等于10W/m·K，优选大于等于30W/m·K)的材料制成，所述高导热系数的材料可以包括金属和/或非金属，优选自不锈钢、碳钢、铝合金、镁合金、镁锂合金、铜合金、银、高导热率陶瓷(HighThermal ConductivityCeramic Materials)、铝基碳化硅、石墨复合材料、金刚石复合材料、石墨烯复合材料中的至少之一。其中，高导热率陶瓷例如可以为氧化铍、氮化铝、碳化硅、氮化硅、氧化铝和聚晶金刚石(PCD)陶瓷等。

其中，所述封闭处理包括全封闭和半封闭处理，所述半封闭处理包括在所述封闭外壳3上形成透气孔的步骤。作为优选，所述半封闭处理形成的透气孔最好能防水溅，避免水直接流入封闭外壳内部。

其中，所述封闭外壳3优选包括若干壳体31和可选择的、与之配套封闭的盖体32；所述自然冷却电子设备的发热元器件2贴合在所述壳体31上，或者，所述自然冷却电子设备1的发热电子元器件2通过热管、均温板、高导热系数金属或非金属导热结构将热量传导到所述封闭外壳3上。

作为优选，所述壳体31可以是一个，另外至少有一个与之配套，形成完整封闭空间的盖体32。所述壳体31也可以是两个，即两个半边，合并在一起形成完整封闭空间，此时可以没有盖体32。所述壳体31和盖体32还可以是其它数量，只要最后能合并在一起形成完整封闭空间即可。

作为优选，所述壳体31可以是一体成型的铝合金壳体31，例如是通过铝挤工艺一体成型的、一端通过焊接形成封堵、直四棱柱形的铝合金壳体31。与之配合的盖体32则可以是与上述通过焊接形成封堵的端盖类似，通过快拆装置或可拆卸的螺栓等与壳体31连接固定。

作为优选，所述封闭外壳3进一步对所述自然冷却电子设备1至少部分电子元器件2提供气密处理，从而严格隔离水汽和空气进入封闭外壳3。

作为优选，所述封闭外壳3能够对所述自然冷却电子设备1的至少部分电子元器件2提供普通的防水保护，例如IEC IP在6以上的防强溅射保护；进一步优选的，所述封闭外壳3能够对所述自然冷却电子设备1的部分电子元器件2提供防水防尘保护，例如IP56；再进一步优选的，所述封闭外壳3对所述自然冷却电子设备1的部分电子元器件2提供防水防尘、防霉菌和防盐雾的“三防”保护；最优选的，例如进行气密封处理。

作为优选，所述热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构与所述自然冷却电子设备1的发热电子元器件2之间，或者所述封闭外壳3与所述自然冷却电子设备1的发热电子元器件2之间，或者所述封闭外壳3与所述热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构之间，通过低热阻热界面材料实现热传递，所述低热阻热界面材料例如选自液态金属、相变材料、导热硅脂、导热胶、导热垫和/或铟箔。

作为优选，还可以通过热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构使热量均匀分布在所述封闭外壳3表面，使整个封闭外壳3表面都能够发挥散热的作用。

通过上述设计，对于一些发热功耗相对低的场合，比如数据存储中心，仅仅是通过上述封闭外壳的设计，就可以充分利用自然风对设备进行冷却，极大地降低在冷却设备上投入的设备成本和运营费用。

其中，所述自然冷却电子设备1还可以包括设备本体冷却单元4，位于所述封闭外壳3外表面，用于将所述封闭外壳3的至少部分热量传递至自然环境。

作为优选，所述设备本体冷却单元4可以与所述封闭外壳3一体成型，从而简化了加工工艺。当然，也可以采用分体式设备本体冷却单元4，从而可以后期基于具体需求进行添加，设置更加灵活高效。

作为优选，所述设备本体冷却单元4为翅片散热器或无外部能源驱动的蒸发冷凝器。

作为优选，所述设备本体冷却单元4外表设置发射率大于等于0.8的热控涂层，既便于表面辐射散热，也减少粘附灰尘，便于吸尘器吸尘处理。

作为优选，所述设备本体冷却单元4包括若干散热鳍片，任意两散热鳍片间的间距在5～20mm之间，进一步优选为10mm；所述散热鳍片的厚度在0.5～5mm之间，优选为2mm；所述散热鳍片的高度在10～200mm之间。进一步优选的，所述散热鳍片为垂向排列，与上升热空气的方向一致。

作为优选，例如可以通过热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构使热量均匀分布在所述设备本体冷却单元4的表面。

设备本体冷却单元4的加入可以使自然冷却数据中心冷却效率更高，胜任更多散热场景，例如低功率运行的数据计算中心等场景。

其中，所述自然冷却电子设备1例如还可以包括接触导热面5，所述接触导热面5设置于所述封闭外壳3外表面，用于将所述封闭外壳3上的部分热量传导到与所述接触导热面5接触的设备外部冷却单元6上；所述设备外部冷却单元6位于所述自然冷却电子设备1之外，不属于所述自然冷却电子设备1，用于以自然冷却的方式，将所述自然冷却电子设备1封闭外壳3上的部分热量传递至自然环境。所述设备外部冷却单元6可以有多种选择，在本发明中例如可以是下文介绍的方框式机柜、烟囱效应型机柜、全钢架建筑等，还可以是天然流动水体换热设备、自然蒸发冷却设备(不带强制冷却和换热)等，本发明也不限于此，只要能够实现自然冷却的设备均可以囊括进来。

作为优选，通过热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构将热量从所述自然冷却电子设备1的发热电子元器件2上传导到所述接触导热面5上，并在整个接触导热面5表面均匀分布。

作为优选，所述接触导热面5的面积为所述封闭外壳3总外表面的1％～90％之间，优选在16.7％～50％之间；

作为优选，所述接触导热面5的粗糙度Ra优于3.2μm(即小于)，优选0.4μm以下；

作为优选，所述接触导热面5的平面度优于0.3mm/(100mm*100mm)(即小于)，优选优于0.1mm/(100mm*100mm)。

作为优选，所述接触导热面5的形状为平面，或者，为与设备外部冷却单元6进行接触导热部位的轮廓相匹配的形状；接触导热面5内部及与之匹配的接触导热部位的内部例如均埋设彼此接触或邻接的热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构，增大彼此传热效率。

作为优选，所述接触导热面5与所述设备外部冷却单元6之间通过低热阻热界面材料实现热传递，所述低热阻热界面材料优选选自液态金属、相变材料、导热硅脂、导热胶、导热垫和/或铟箔。

作为优选，通过所述接触导热面5散发的热量例如可以占所述自然冷却电子设备内部产生的总热量的十分之一以上，优选为三分之一以上，进一步优选为至少一半以上。所述接触导热面5散发的热量越多，要求从发热电子元器件2向接触导热面5的传热效率越高，对其中热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构的导热系数就要求越高。

作为优选，当所述自然冷却电子设备以最大功率运行时，本发明能够将所述封闭外壳3的单位面积热流密度控制在第一阈值以下；所述第一阈值例如设置为0.1W/m²，优选设置为0.04W/m²。

其中，所述自然冷却电子设备例如还包括临近或紧贴所述设备本体冷却单元4设置的风扇，用于通过直吹或引导气流流经所述设备本体冷却单元4来辅助散热。

其中，所述自然冷却电子设备例如还可以包括紧贴所述接触导热面设置的液冷板或在所述接触导热面内部设置的液冷流道，用于通过冷却液体流经液冷板或所述液冷流道来辅助散热。同样的是，这些液冷方式也不同于常规的强制液冷，不需要高耗电的冷却塔和空调换热装置，其更主要的也是通过液体流动并与天然的冷源进行热交换来辅助散热，其只是作为本发明的自然冷却方式的补充。所述液冷流道例如连接上文所述的在屋顶屋檐下设置的雨水收集池，或者在地底一定深度设置的冷却水储存池。

其中，所述自然冷却电子设备例如包括IT设备和其它功能设备；所述IT设备可以包括计算设备、存储设备和网络设备中的至少之一；所述其它功能设备可以包括供配电设备、接口设备和安全防护设备中的至少之一。其中，对于计算设备，例如包括CPU、GPU等运算部件；对于存储设备，例如包括磁存储、光盘存储、磁光存储等，其中磁存储例如进一步包括硬盘(HD)、固态硬盘(SDD)、EPPRAM等。

在一个优选实施方式中，所述IT设备例如为计算设备，其中例如包含1、2、3、4、5、6、7、8、16、32、64、128、……个CPU和/或GPU，可以位于1、2、3、4、5、6、7、8、……块线路板上，CPU和/或GPU发热元件背面紧贴低热阻热界面材料和热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构实现热传递，以便高效将其产生的热量输送到设备本体冷却单元4和/或接触导热面5。

在又一个优选实施方式中，所述IT设备例如为存储设备，其中例如包含1、2、3、4、5、6、7、8、16、32、64、128、……个机械硬盘(HD)、固态硬盘(SDD)和/或单光盘或多光盘光驱设备(CD、DVD、SVCD、蓝光)等。存储设备的发热位置附近同样设置热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构等，以便高效将其产生的热量输送到设备本体冷却单元4和/或接触导热面5。

在一个优选实施方式中，所述IT设备例如为供配电设备，其中包括若干功率较大的变压器和/或大电容，供配电设备的发热位置(例如变压器的硅钢片)同样紧贴热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构等，以便高效将其产生的热量输送到设备本体冷却单元4和/或接触导热面5。

在一个优选实施方式中，所述IT设备例如通过缓冲防震结构来封装在封闭外壳3中，从而在安装时不小心掉落也不会损坏内部电子元器件2。

其中，所述自然冷却电子设备内部例如还可以设置有加热单元，用于使所述自然冷却电子设备在低温下也能够正常启停；作为优选，所述加热单元例如为加热膜、PTC加热片、TEC半导体致冷器等，在室内温度低于0℃时，启动上述加热单元，可以使所述自然冷却电子设备内部的温度高于0℃，从而保证所述自然冷却电子设备能够正常开机。正常开机后设备发热电子元器件产生的热量，能够维持设备一直在适当温区工作，此时可以结束上述加热单元的工作状态。

由此，由于本发明不同于传统的自然冷却数据中心，先将IT设备采用封闭外壳3封装，通过封闭外壳3来封闭保护核心部件，所以可以不避潮湿和灰尘，让自然冷却数据中心处于敞开式空间中，让室外风可以无阻碍、自由吹到设备机柜上；并且设备本身的本体散热元件4和接触导热面5极大地扩大了散热单元体积，可以减少强制制冷的能耗，适用于西北、东北等室外温度低，比较空旷，房租便宜的地方建立大型IDC。再进一步地，由于配置的散热结构均是经过精心计算和设计，满足特定阈值要求，从而可以保证很多台IT设备使用时，均能够满足设计要求，不会相互干扰或过度设计增加成本。

本发明还提出了一种自然冷却数据中心的制造方法，包括如下步骤：

建设至少一容纳空间，用于容纳至少一电子设备；其中，所有所述电子设备以自然冷却的方式进行冷却。

其中，所述自然冷却数据中心例如可以采用开放式结构，即通透率不为零的结构，优选所述自然冷却数据中心的通透率大于等于5％，更优选大于等于33％，进一步优选大于等于60％。作为一个优选实施方式，所述自然冷却数据中心。

其中，可以采用钢架、铝合金框架、木结构、混凝土结构、高分子膜结构或高分子纤维来制造所述自然冷却数据中心的建筑结构主体；作为优选，所述自然冷却数据中心的建筑结构主体采用高导热系数材料制造，从而其内容纳的所述电子设备产生的部分热量能够传递到所述建筑结构主体上，并以自然冷却的方式传递到自然环境；进一步优选地，所述自然冷却数据中心的建筑结构主体采用钢材或铝材制造。

其中，所述自然冷却数据中心采用模块化结构设计，通过拼装的形式实现快速搭建成型。

其中，在所述自然冷却数据中心的至少一个水平方向设置遮挡结构，所述遮挡结构为卷帘门结构、卷帘膜结构、窗户结构、折叠屏障、推拉屏障中的任意一种，所述遮挡结构能够封闭或打开，以形成开放式结构；作为优选，所述自然冷却数据中心的至少一个水平方向安装有百叶窗形挡板，所述百叶窗形挡板的转轴为水平方向的轴，能够调节百叶窗形挡板转动的角度来调节风量；所述百叶窗形挡板的间隙处设置有纱窗或过滤网。

其中，所述自然冷却数据中心的每一层均采用具有贯通结构的地板，从而使地板下方气流能够通过所述贯通结构向上运动；作为优选，所述自然冷却数据中心的地板由高导热系数的材料制成，所述高导热系数的材料包括金属和/或非金属；所述高导热系数的材料优选为不锈钢、碳钢、铝合金、镁合金、镁锂合金、铜合金、银、高导热率陶瓷(HighThermal Conductivity Ceramic Materials)、碳化硅、铝基碳化硅、石墨复合材料、金刚石复合材料、石墨烯复合材料中的至少之一。

其中，所述自然冷却数据中心的底层设置有若干进气口；作为优选，所述自然冷却数据中心的气流通道中还包括能够调节气流大小的阀门或挡板，所述阀门或挡板至少设置于底层进气口处。

其中，所述自然冷却数据中心还包括位于屋顶的排气结构，用于将上下贯通的热气流从屋顶排出；所述排气结构优选为自然通风器/无动力风帽。

其中，所述自然冷却数据中心中还设置有若干风机，所述风机用于直吹所述自然冷却电子设备和/或机柜进行冷却，或者，不直吹而是辅助所述自然冷却数据中心内部的热空气排出；作为优选，所述风机位于地板下方或立墙进风一侧，用于吹动空气形成气流，和/或，所述风机位于屋顶或立墙出风一侧，用于抽吸空气形成气流。

其中，所述自然冷却数据中心中还设置若干可拆卸的导风板，用于在风机工作时引导冷空气流经所述电子设备。

其中，所述自然冷却数据中心还布置有太阳能电池板来提供能源，所述太阳能电池板的布置不遮挡自然风进入所述自然冷却数据中心的路径。

其中，所述自然冷却数据中心中还设置有液冷管道，所述液冷管道连接于水源，用于通过重力自驱动或水泵驱动来带走所述电子设备产生的部分热量；作为优选，所述水源为位于屋顶的雨水收集池或地下的冷却水储存池。

所述自然冷却数据中心中，电子设备位于地板、机柜(机架)、货架、立柱和/或立面(含墙壁)上；作为优选，所述电子设备将热量传导到对应结构上增强散热。

下文将通过具体实施例来对本发明作进一步阐述说明。需要注意的是，下述的实施例仅是举例说明，而不是用于限定本发明。

实施例1

如图4所示，本发明实施例1公开了一种发热电子元器件2为存储设备的自然冷却电子设备1。所述存储设备为硬盘组，所述存储设备的发热部分(发热的电子元器件2)与高导热系数的导热金属条(图中未示出)紧紧贴合，再紧贴封闭外壳3的壳体31，发热的电子元器件2产生的热量被传导到自然冷却电子设备1的封闭外壳3上，通过自然风和热辐射来进行自然冷却。

如图8(A)-8(C)所示，本发明实施例1的自然冷却电子设备1可以以不同方式设置于地板、机柜/机架、货架、立柱和/或立面(含墙壁)上，图中示出的就是与金属立面13及地板14的接触情况。如图8(A)所示，自然冷却电子设备1一个面接触金属立面13(或者烟囱效应型机柜8外表面)，接触导热面5的面积约为所述封闭外壳3外表面总面积的10％左右；如图8(B)所示，自然冷却电子设备1两个面与金属立面13(或者烟囱效应型机柜8外表面)接触，接触导热面5的面积约为所述封闭外壳3外表面总面积的20％左右；如图8(C)所示，自然冷却电子设备1两个面接触金属立面13(或者烟囱效应型机柜8外表面)，一个面接触地板14，接触导热面5的面积约为所述封闭外壳3外表面总面积的50％左右。

实施例2

如图5所示，本发明实施例2公开了一种发热电子元器件2为计算设备的自然冷却电子设备1。所述计算设备为包括一CPU和一GPU的主板，所述CPU和GPU背部通过导热硅脂与均温板紧紧贴合，均温板(图中未示出)将CPU和GPU产生的高热量传导到自然冷却电子设备1的封闭外壳3和设备本体冷却单元4上，所述封闭外壳3与设备本体冷却单元4一体成型，通过自然风和热辐射来进行自然冷却。

实施例3

如图6所示，本发明实施例3公开了一种发热电子元器件2为计算设备的自然冷却电子设备1。所述计算设备为包括一CPU和一GPU的主板，所述CPU和GPU侧面通过导热垫与高导热率的非金属，例如铝基碳化硅材料紧紧贴合，铝基碳化硅材料(图中左侧斜线表示部分)将CPU和GPU产生的高热量传导到自然冷却电子设备1的接触导热面5(左边黑色部分)上，所述接触导热面5与设备外部冷却单元6的接触固定面11(右边黑色部分)相贴合，将所述CPU和GPU产生的高热量以热管(图中右侧斜线表示部分)高效地传导到设备外部冷却单元6上，再进一步通过自然风和热辐射来进行自然冷却。

实施例4

如图7A所示，本发明实施例4公开了一种发热电子元器件2为计算设备的自然冷却电子设备1。所述计算设备为包括多个CPU和GPU的主板，所述CPU和GPU侧面通过导热垫与高导热率的非金属，例如石墨烯材料紧紧贴合，铝基碳化硅材料(图中左侧斜线表示部分)将CPU和GPU产生的高热量传导到自然冷却电子设备1的封闭外壳3、设备本体冷却单元4和接触导热面5(左边黑色部分)上，所述封闭外壳3与设备本体冷却单元4采用分立式设计，所述接触导热面5与设备外部冷却单元6的接触固定面11(右边黑色部分)相贴合，将所述CPU和GPU产生的部分高热量以热管(图中右侧斜线表示部分)高效地传导到设备外部冷却单元6上，再进一步通过自然风和热辐射来进行自然冷却。

如图7B所示，本发明实施例4的自然冷却电子设备1可以实现快装快拆，电子元器件2被封闭在包括壳体31和盖体32的封闭外壳3中，所述封闭外壳3上设置有可伸缩的弹簧销35来固定定位，快装时将设备本体冷却单元4套设在所述封闭外壳3上，使弹簧销35顶住位置即固定所述封闭外壳3；快卸时按压所述弹簧销35，使其缩回封闭外壳3内部，再滑动所述设备本体冷却单元4，打开所述封闭外壳3，取出其中封装的发热电子元器件2。

实施例5

如图9所示，本发明实施例5公开了一种将本发明的自然冷却电子设备1承载于方框型机柜7上的结构，该方框型机柜7包括导热框架71，导热框架71上设置有与所述自然冷却电子设备的接触导热面5外形轮廓相匹配的接触固定区域(图中未示出)，所述接触固定区域通过热管将自然冷却电子设备1传导过来的部分热量扩散到导热框架71上，进行自然冷却。

实施例6

如图10所示，本发明实施例6公开了一种将本发明的自然冷却电子设备1承载于方框型机柜7上的结构，该方框型机柜7包括导热框架71和机柜冷却单元72，导热框架71上设置有与所述自然冷却电子设备的接触导热面5外形轮廓相匹配的接触固定区域(图中未示出)，所述接触固定区域通过热管将自然冷却电子设备1传导过来的部分热量扩散到导热框架71和机柜冷却单元72上，进行自然冷却。

实施例7

如图11所示，本发明实施例7公开了一种将自然冷却电子设备1悬挂于烟囱效应型机柜8上的结构；所述烟囱效应型机柜8是机柜框架结构的一种变形，由方框变成内部空心的柱状结构，其主体结构由高导热率的铝合金材料制成，外表面设有若干个用于与自然冷却电子设备1的接触导热区5接触固定的设备固定安置区(图中未示出)，用于将自然冷却电子设备1传导过来的部分热量扩散到整个烟囱效应型机柜8上，加热内部气流通道82内的空气形成“烟囱效应”来给整个设备自然冷却降温。

其中，所述烟囱效应型机柜8的底部焊接有与楼层工字钢形框架(图中未示出)固定连接的底座84，将所述烟囱效应型机柜8固定在房间内，同时金属地板和底座均为上下贯通设计，所述烟囱效应型机柜8内部的气流能够穿透金属地板和底座，与不同楼层的烟囱效应型机柜8内部的气流通道形成上下贯通的内部气流通道，一直通到屋顶的自然通风器(图中未示出)。

图12A-12C分别是底座84的俯视图、焊接有烟囱效应型机柜8的底座84的仰视图(从底面向上看)，以及金属地板14的俯视图。从图中可以看出，底座84上有大量的镂空部分，可以让气流无阻碍的通过；金属地板14中间为金属网状结构，网眼处可以让气流无阻碍的通过，其也可以是多孔状结构。

实施例8

如图1所示，本发明实施例8公开了一种采用本发明的自然冷却电子设备1的边缘数据中心(Edge Data Center)。所述边缘数据中心包括一个简易防雨棚下放置的设备机箱，机箱内部承载有若干台本发明的自然冷却电子设备1。

实施例9

如图2A、2B所示，本发明实施例9公开了一种采用本发明的自然冷却电子设备1的自然冷却数据中心。所述自然冷却数据中心为互联网数据中心(IDC)、国家数据中心(NDC)或企业数据中心(EDC)。所述自然冷却数据中心为一个设备层结构，设备层用柱子支起来，在下面(底层)形成一个进气空间，方便设置各种进气口和辅助风机。所述自然冷却数据中心采用全钢建筑9来实现，其柱子和金属地板14均由高导热率的钢材制成，实施例7的烟囱效应型机柜8按特定布局排列在房间内，房间四面通风，自然风作为横向风可以穿堂而过，且金属地板14采用如图12C所示的上下透气的网格板，从而保证从底层进入的空气穿过烟囱效应型机柜8的内部气流通道82直达屋顶的自然通风器10。由此，自然冷却数据中心的发热电子元器件2产生的热量通过传导扩散到烟囱效应型机柜8和金属地板14，并扩散到整个全钢建筑9上，整个楼房都成了散热器。此外，各个烟囱效应型机柜8内部的气流通道82由于加热冷空气产生上升热气流穿透楼板，形成整个建筑的“烟囱效应”，也辅助进行了自然冷却。

实施例10

如图3A、3B所示，本发明实施例10公开了一种采用本发明的自然冷却电子设备1的自然冷却数据中心。所述自然冷却数据中心为互联网数据中心(IDC)、国家数据中心(NDC)或企业数据中心(EDC)。所述自然冷却数据中心为四个设备层结构，设备层用柱子支起来，在下面(底层)形成一个进气空间，方便设置各种进气口和辅助风机。所述自然冷却数据中心采用全钢建筑9来实现，其柱子和金属地板14均由高导热率的钢材制成，实施例7的烟囱效应型机柜8按特定布局排列在房间内，房间四面通风，自然风作为横向风可以穿堂而过，且金属地板14采用如图12C所示的上下透气的网格板，从而保证从底层进入的空气穿过烟囱效应型机柜8的内部气流通道82直达屋顶的自然通风器10。由此，自然冷却数据中心的发热电子元器件2产生的热量通过传导扩散到烟囱效应型机柜8和金属地板14，并扩散到整个全钢建筑9上，整个楼房都成了散热器。此外，各个烟囱效应型机柜8内部的气流通道82由于加热冷空气产生上升热气流穿透楼板，形成整个建筑的“烟囱效应”，也辅助进行了自然冷却。

实施例11

实施例11公开了一种实施例10所述的自然冷却数据中心，只是如图13A、13B所示，该自然冷却数据中心的向阳面安装有太阳能电池板91，图13A、13B分别是该自然冷却数据中心的侧视图和立体图，如图所示，该自然冷却数据中心太阳能电池板91的布置不能遮挡自然风的通路，因此太阳能电池板91只布置在屋顶、窗户以下的屋檐空间以及地面支架上，从南面来的自然风可以无阻碍的进入全钢建筑9，吹拂房间内的烟囱效应型机柜8，从而对悬挂安装在其侧面上的自然冷却电子设备1进行自然冷却。

实施例12

实施例12公开了一种实施例10所述的自然冷却数据中心，只是如图14所示，在屋顶设置有雨水收集池92，在地底设置有冷却水储存池93。雨水收集池92可以通过在烟囱效应型机柜8的气流通道82内布设的冷水通道(图中未示出)来带走烟囱效应型机柜8甚至整个钢架建筑9的热量，冷水吸收热量后例如可以通过换热片(图中未示出)来自然冷却，或者在高热区蒸发或沸腾后回到屋顶的雨水收集池92上部再冷凝成液体。而冷却水储存池93可以通过在烟囱效应型机柜8的气流通道82内布设的冷水通道来带走烟囱效应型机柜8甚至整个钢架建筑9的热量，冷水吸收热量后可以通过与地底的低温土层换热来进行自然冷却。所述冷水通道可以利用重力或微型水泵给予相对较小的推动力来进行循环，或者通过相变实现循环。雨水收集池92和冷却水储存池93可以分别循环，也可以组成一个大循环，共同来实现自然冷却。

通过上述几个实施例可以看到，本发明的自然冷却数据中心不借助任何外部输入能源，仅依靠自身形成的内生动力，或者仅通过微动力辅助加强，就可以驱动热能扩散出设备并与自然环境进行交换，可以极大降低数据中心能耗，改变其“电老虎”的形象。

此外，由于本发明的自然冷却数据中心可以采用全金属框架，建筑结构强度高，吸能形变好，可以抵抗高等级台风和高烈度地震，即使是14级台风、7级地震(烈度8度)也难对建筑结构造成影响。另外，本发明虽然是四面开放结构，但可以在外墙设置金属扩展框架，在狂风暴雨或者极寒的冬天时可以灵活地设置可拆卸的外挡板或保温层来遮风挡雨，限制潮湿雨水和/或冷空气的进入。由此可见，本发明的自然冷却数据中心不仅节能，还能根据需要进行灵活设置和扩展，能够对抗极端天气侵袭，便于拆卸和维护。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自然冷却数据中心，其特征在于，所述自然冷却数据中心包括至少一台电子设备，且所述自然冷却数据中心通过自然冷却方式冷却。

2.根据权利要求1所述的自然冷却数据中心，其特征在于，所述自然冷却数据中心包括至少一个容纳空间，用于容纳所述电子设备；

作为优选，所述自然冷却数据中心的建筑结构主体采用钢架、铝合金框架、木结构、混凝土结构、高分子膜结构或高分子纤维制造；

作为优选，所述自然冷却数据中心的建筑结构主体采用高导热系数材料制造，从而其内容纳的所述电子设备产生的部分热量能够传递到所述建筑结构主体上，并以自然冷却的方式传递到自然环境；

进一步优选地，所述自然冷却数据中心的建筑结构主体采用钢材或铝材制造。

3.根据权利要求1或2所述的自然冷却数据中心，其特征在于，所述自然冷却数据中心的通透率大于等于5％，优选大于等于33％，进一步优选大于等于60％；

作为优选，所述自然冷却数据中心采用模块化结构，通过拼装的形式实现快速搭建成型。

4.根据权利要求1或2所述的自然冷却数据中心，其特征在于，所述自然冷却数据中心的至少一个水平方向设置有遮挡结构，所述遮挡结构为卷帘门结构、卷帘膜结构、窗户结构、折叠屏障、推拉屏障中的任意一种，所述遮挡结构能够封闭或打开，以形成开放式结构；作为优选，所述自然冷却数据中心的至少一个水平方向安装有百叶窗形挡板，所述百叶窗形挡板的转轴为水平方向的轴，能够调节百叶窗形挡板转动的角度来调节风量；所述百叶窗形挡板的间隙处设置有纱窗或过滤网；和/或

所述自然冷却数据中心的每一层均采用具有贯通结构的地板，从而使地板下方气流能够通过所述贯通结构向上运动；作为优选，所述自然冷却数据中心的地板由高导热系数的材料制成，所述高导热系数的材料包括金属和/或非金属；所述高导热系数的材料优选为不锈钢、碳钢、铝合金、镁合金、镁锂合金、铜合金、银、高导热率陶瓷(High ThermalConductivity Ceramic Materials)、碳化硅、铝基碳化硅、石墨复合材料、金刚石复合材料、石墨烯复合材料中的至少之一；和/或

所述自然冷却数据中心的底层设置有若干进气口；和/或

所述自然冷却数据中心的气流通道中还包括能够调节气流大小的阀门或挡板，所述阀门或挡板至少设置于底层进气口处；和/或

所述自然冷却数据中心还包括位于屋顶的排气结构，用于将上下贯通的热气流从屋顶排出；所述排气结构优选为自然通风器/无动力风帽；和/或

所述自然冷却数据中心还设置若干可拆卸的导风板，用于在风机工作时引导冷空气流经所述自然冷却电子设备；和/或

所述自然冷却数据中心还布置有太阳能电池板来提供能源，所述太阳能电池板的布置不遮挡自然风进入所述自然冷却数据中心的路径；和/或

所述自然冷却数据中心还包括液冷管道，所述液冷管道连接于水源，用于通过重力自驱动或水泵驱动来带走所述电子设备产生的部分热量；作为优选，所述水源为位于屋顶的雨水收集池或地下的冷却水储存池。

5.根据权利要求1所述的自然冷却数据中心，其特征在于，所述自然冷却数据中心中的电子设备为自然冷却电子设备；

作为优选，所述自然冷却电子设备包括封闭外壳，用于对所述自然冷却电子设备的至少部分电子元器件进行封闭处理，并将所述自然冷却电子设备内部产生的热量导出至封闭外壳；

作为优选，所述封闭外壳由高导热系数的材料制成，所述高导热系数的材料包括金属和/或非金属；所述封闭外壳的材质优选选自铝合金、铜合金、镁合金、镁锂合金、银、碳钢、不锈钢、高导热率陶瓷(HighThermal Conductivity Ceramic Materials)、碳化硅、铝基碳化硅、石墨复合材料、金刚石复合材料、石墨烯复合材料中的至少之一；

作为优选，所述封闭外壳优选包括壳体和至少一与之配套封闭的盖体；所述自然冷却电子设备的发热元器件贴合在所述壳体上，或者，所述自然冷却电子设备的发热元器件通过热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构将热量传导到所述封闭外壳上；进一步优选地，所述热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构与所述自然冷却电子设备的发热元器件之间通过低热阻热界面材料实现热传递，所述低热阻热界面材料优选自液态金属、相变材料、导热硅脂、导热胶、导热垫和/或铟箔；

作为优选，所述壳体是一体成型的铝合金壳体；

作为优选，所述封闭外壳对所述自然冷却电子设备的电子元器件提供防水防尘、防霉菌和防盐雾的“三防”保护；

作为优选，所述封闭外壳能够对所述自然冷却电子设备的电子元器件提供气密封保护；

作为优选，通过热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构使热量均匀分布在所述封闭外壳的壳体表面。

作为优选，所述自然冷却电子设备还包括设备本体冷却单元，位于所述封闭外壳外表面，用于将所述封闭外壳的至少部分热量传递至自然环境；

作为优选，所述设备本体冷却单元与所述封闭外壳一体成型；

作为优选，所述设备本体冷却单元为翅片散热器或无外部能源驱动的蒸发冷凝器；

作为优选，所述设备本体冷却单元外表面设置发射率大于等于0.8的热控涂料；

作为优选，所述设备本体冷却单元包括若干散热鳍片，任意两散热鳍片间的间距在5～20mm之间，进一步优选为10mm；所述散热鳍片的厚度在0.5～5mm之间，优选为2mm；所述散热鳍片的高度在10～200mm之间；

作为优选，所述散热鳍片为垂向排列，与上升热空气的方向一致；

作为优选，通过热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构使热量均匀分布在所述设备本体冷却单元的表面；

作为优选，所述自然冷却电子设备还包括接触导热面，所述接触导热面独立设置于所述封闭外壳外表面，用于将所述封闭外壳上的部分热量传导到与所述接触导热面接触的设备外部冷却单元上；所述设备外部冷却单元位于所述自然冷却电子设备之外，不属于所述自然冷却电子设备，用于以自然冷却的方式，将所述自然冷却电子设备封闭外壳上的部分热量传递至自然环境；

作为优选，所述接触导热面的面积为所述封闭外壳外表面的1％～90％之间，优选在16.7％～50％之间；

作为优选，所述接触导热面的粗糙度Ra在3.2μm以下，优选0.4μm以下；

作为优选，所述接触导热面的平面度优于0.3mm/100mm*100mm，优选优于0.1mm/100mm*100mm；

作为优选，所述接触导热面的形状为平面，或者，为与设备外部冷却单元进行接触导热部位的轮廓相匹配的形状；

作为优选，所述接触导热面与所述设备外部冷却单元之间通过低热阻热界面材料实现热传递，所述低热阻热界面材料优选选自液态金属、相变材料、导热硅脂、导热胶、导热垫和/或铟箔。

6.根据权利要求5所述的自然冷却数据中心，其特征在于，所述自然冷却数据中心中采用的机柜包括导热框架或导热板，以及用于固定所述自然冷却电子设备的接触固定面；所述接触固定面具有与所述自然冷却电子设备的接触导热面相匹配的外形轮廓，通过其将所述接触导热面传递的热量传导至所述导热框架或导热板上进行自然冷却；其中，所述自然冷却电子设备包括对所述自然冷却电子设备的电子元器件进行封闭处理的封闭外壳，所述接触导热面设置于所述封闭外壳外表面，所述自然冷却电子设备的发热通过热传导的方式传递到所述封闭外壳上的所述接触导热面上；

作为优选，所述机柜采用开放式结构，优选为四面开放结构，进一步优选为六面无面板的全敞开结构。

7.根据权利要求6所述的自然冷却数据中心，其特征在于，所述机柜还包括机柜冷却单元，扩散到所述导热框架或导热板上的热量进一步被传导到所述机柜冷却单元上进行自然冷却；

作为优选，通过热管、均温板、高导热率的金属或非金属导热结构使热量均匀分布在所采用的导热框架、导热板和/或机柜冷却单元的表面；

作为优选，所述接触固定面和所述接触导热面之间还设有接触固定装置，所述接触固定装置采用快装结构，方便快速安装拆卸；

作为优选，所述机柜为框架式结构，优选为矩形框架结构；

作为优选，所述机柜具有烟囱效应型结构，所述烟囱效应型结构为所述机柜内部的气流通道，或者位于所述机柜表面。

8.根据权利要求5-7任一项所述的自然冷却数据中心，其特征在于，通过所述接触导热面散发的热量占所述自然冷却电子设备内部产生的总热量的十分之一以上，优选为三分之一以上，进一步优选为至少一半以上；和/或

所述自然冷却电子设备最大功率运行时，能够将所述封闭外壳的单位面积热流密度控制在第一阈值以下；所述第一阈值为0.1W/m²，优选为0.04W/m²；和/或

所述自然冷却电子设备还包括临近或紧贴所述设备本体冷却单元设置的风扇，用于通过直吹或引导气流流经所述设备本体冷却单元来辅助散热；和/或

所述自然冷却电子设备还包括紧贴所述接触导热面设置的液冷板或在所述接触导热面内部设置的液冷流道，用于通过冷却液体流经所述液冷板或液冷流道来辅助散热；和/或

所述自然冷却电子设备包括IT设备和其它功能设备；所述IT设备包括计算设备、存储设备和网络设备中的至少之一；所述其它功能设备包括供电设备、接口设备和安全防护设备中的至少之一；和/或

所述自然冷却电子设备内部还设置有加热单元，用于使所述自然冷却电子设备在低温下也能够正常启停；作为优选，所述加热单元为加热膜、PTC加热片、TEC半导体致冷器；和/或

所述自然冷却数据中心为互联网数据中心(IDC)、国家数据中心(NDC)、企业数据中心(EDC)和/或边缘数据中心(Edge Data center)；和/或

所述自然冷却数据中心还设置有若干风机，所述风机用于直吹所述自然冷却电子设备和/或机柜进行冷却，或者，不直吹而是辅助所述自然冷却数据中心内部的热空气排出；作为优选，所述风机位于地板下方或立墙进风一侧，用于吹动空气形成气流，和/或，所述风机位于屋顶或立墙出风一侧，用于抽吸空气形成气流；和/或

所述自然冷却数据中心中，电子设备位于地板、机柜、货架、立柱和/或立面上；作为优选，所述电子设备通过接触导热面将热量传导到对应结构上增强散热；作为优选，所述电子设备全部位于烟囱效应型机柜的外壁上，所述烟囱效应型机柜通过上下贯通并直通屋顶的内部气流通道产生“烟囱效应”，增强电子设备的冷却效率。

9.一种自然冷却数据中心的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

建设至少一容纳空间，用于容纳至少一电子设备；其中，所述自然冷却数据中心以自然冷却的方式进行冷却。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述自然冷却数据中心的通透率大于等于5％，优选大于等于33％，进一步优选大于等于60％；和/或

采用钢架、铝合金框架、木结构、混凝土结构、高分子膜结构或高分子纤维来制造所述自然冷却数据中心的建筑结构主体；作为优选，所述自然冷却数据中心的建筑结构主体采用高导热系数材料制造，从而其内容纳的所述电子设备产生的部分热量能够传递到所述建筑结构主体上，并以自然冷却的方式传递到自然环境；进一步优选地，所述自然冷却数据中心的建筑结构主体采用钢材或铝材制造；和/或

所述自然冷却数据中心采用模块化结构设计，通过拼装的形式实现快速搭建成型；和/或

在所述自然冷却数据中心的至少一个水平方向设置遮挡结构，所述遮挡结构为卷帘门结构、卷帘膜结构、窗户结构、折叠屏障、推拉屏障中的任意一种，所述遮挡结构能够封闭或打开，以形成开放式结构；作为优选，所述自然冷却数据中心的至少一个水平方向安装有百叶窗形挡板，所述百叶窗形挡板的转轴为水平方向的轴，能够调节百叶窗形挡板转动的角度来调节风量；所述百叶窗形挡板的间隙处设置有纱窗或过滤网；和/或

所述自然冷却数据中心的每一层均采用具有贯通结构的地板，从而使地板下方气流能够通过所述贯通结构向上运动；作为优选，所述自然冷却数据中心的地板由高导热系数的材料制成，所述高导热系数的材料包括金属和/或非金属；所述高导热系数的材料优选为不锈钢、碳钢、铝合金、镁合金、镁锂合金、铜合金、银、高导热率陶瓷(High ThermalConductivity Ceramic Materials)、碳化硅、铝基碳化硅、石墨复合材料、金刚石复合材料、石墨烯复合材料中的至少之一；和/或

所述自然冷却数据中心的底层设置有若干进气口；作为优选，所述自然冷却数据中心的气流通道中还包括能够调节气流大小的阀门或挡板，所述阀门或挡板至少设置于底层进气口处；和/或

所述自然冷却数据中心还包括位于屋顶的排气结构，用于将上下贯通的热气流从屋顶排出；所述排气结构优选为自然通风器/无动力风帽；和/或

所述自然冷却数据中心中还设置有若干风机，所述风机用于直吹所述自然冷却电子设备和/或机柜进行冷却，或者，不直吹而是辅助所述自然冷却数据中心内部的热空气排出；作为优选，所述风机位于地板下方或立墙进风一侧，用于吹动空气形成气流，和/或，所述风机位于屋顶或立墙出风一侧，用于抽吸空气形成气流；和/或

所述自然冷却数据中心中还设置若干可拆卸的导风板，用于在风机工作时引导冷空气流经所述电子设备；和/或

所述自然冷却数据中心还布置有太阳能电池板来提供能源，所述太阳能电池板的布置不遮挡自然风进入所述自然冷却数据中心的路径；和/或

所述自然冷却数据中心中还设置有液冷管道，所述液冷管道连接于水源，用于通过重力自驱动或水泵驱动来带走所述电子设备产生的部分热量；作为优选，所述水源为位于屋顶的雨水收集池或地下的冷却水储存池；和/或

所述自然冷却数据中心中，电子设备位于地板、机柜、货架、立柱和/或立面上；作为优选，所述电子设备将热量传导到对应结构上增强散热。