五月天电影 数据中心液冷主流技艺阶梯及架构分析
液冷通用架构五月天电影
液冷架构由多个部分组成，况兼每个部分还不错接续细分，但现实上液冷架 构不错描述为三个部分：热拿获，热交换，冷源。 下图 1 是简化后的液冷通用架构，它展示了液冷最中枢的三个部分，浅易 咱们将其归纳并商榷。
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图 1 液冷系统通用架构默示图
02热拿获
液冷的热拿获指的是使用液体从 IT 组件中带走热量。确认热拿获的方式不 同，液冷不错分为多种花样，现时主流的技艺决策有三种：冷板式、浸没式、喷 淋式。
冷板式 冷板式液冷（见图 3-2）的冷却液不与 IT 发烧元件奏凯斗争，而是通过装配 在发烧元件（时常为 CPU/GPU 等大功耗部件）上的冷板（时常为铜铝等导热金 属组成的顽固腔体）将热量带走，这种散热花样也称为非斗争式液冷。
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图 2 冷板液冷什物图及旨趣图
确认冷却液在冷板中是否发生相变，冷板式液冷不错分为以下两种类型：单 相冷板和两相冷板。 两种换热类型的制冷架构基本一致，主要区别在于二次侧冷却液不同。单相 冷板一般选择沸点较高的水基冷却液，换热经由不发生相变。两相冷板一般选择 沸点较低的制冷剂，换热经由会发生相变。 冷却液的对比如下表 1：
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冷板式液冷选拔冷却液时，需要详细分析冷却液的热性能、环保、兼容性、 价钱等身分。关于单相冷板液冷，需要超越怜惜冷却液的防腐和细菌遏制智商，不然不但 会导致换热成果大幅着落，同期也可能形成线路，损坏做事器。
保举选拔 25% 丙二醇水溶液。 关于相变冷板液冷，需要超越怜惜当地的环保步谐和责任压力。保举选拔 R515B、R134a、R513A、R1234yf。
浸没式： 浸没式液冷是将做事器内的元器件齐全浸没在冷却液中，通过冷却液的轮回 将做事器的热量带走，这种散热花样也称为斗争式液冷。
七天 探花确认冷却液在换热经由中是否相变，浸没式液冷不错分为以下两种类型：单 相浸没、两相浸没。
单相浸没： 单相浸没的箱体称为 TANK，低温的冷却液干预 TANK 后，领受做事器的热量， 然后干预 CDU 中散热，总共这个词经由中冷却液不会发生相变。什物图和旨趣图如下 图 3：
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图 3 单相浸没式液冷什物图及旨趣图
单相液冷和两相液冷两者的制冷架构基本一致，主要各异在于二次侧冷却液 的轮回方式。相变液冷的冷却液仅在浸没腔体内轮回，而单相液冷的冷却液需要 干预 CDU 中。 冷却液是浸没液冷最需要怜惜的场合，亦然其大范畴应用的最大瓶颈。浸没 液冷将带电景象下的做事器完好意思的浸没在冷却液中，因此充任换热介质的冷却液 必须是不导电的高褂讪介电液体，这么的介电液体时常不溶（或难溶）于水，可 最大限制保险其绝缘性不被随和糟塌。 浸没液冷所使用的介电液体不错分为两大类：油类、氟化液。 油类沸点超越高，因此只应用于单相浸没；氟化液种类粘稠，不错配制成各 种沸点，举例从 55℃到 200℃以上。低沸点（举例 55℃）用于两相浸没，而高 沸点用于单相浸没
两相浸没： 两相浸没将 IT 开采浸没在沸点低于 IT 开采责任温度的冷却液中，当 IT 开采 的运转温度达到冷却液的沸点后，会引起冷却液的局部欢叫，从而带走热量，蒸 汽高潮到达冷凝器盘管会变成液体并落下。什物图和旨趣图如下图 3-4：
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表 2 浸没式液冷冷却液对比
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浸没液冷在选拔冷却液时，需要从以下几个方面详细研究： 1、详细热性能 2、信号完好意思度 3、兼容性、可靠性、爱戴 4、环保 浸没液冷的冷却液保举氟化液，它的详细热性能优秀，况兼有超越好的兼容 性和可靠性，错误是价钱立志，况兼需要怜惜当地的环保步调。
喷淋式 喷淋式液冷是用低温冷却液奏凯喷淋 IT 组件的发烧元件，吸热后的高温冷 却液换热后再次轮回干预做事器喷淋，总共这个词经由中无相变。它和浸没式液冷一样 也属于斗争式液冷，各异在于喷淋式加强了对流换热。 喷淋式液冷的什物图及旨趣图如下图 5：
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图 5 喷淋式液冷什物图及旨趣图
喷淋式与单相浸没式液冷相比雷同，不错把它看成一种额外花样的浸没液冷， 因此喷淋式不错选择与单相浸没一样的冷却液。
三种热拿获技艺对比 三种热拿获技艺齐有各自的优错误及适用场景， 咱们从以下这些维度进行 相比，见表 3：
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液冷技艺在进行决策选拔时，还需要重心研究做事器的侧的要求，通过做事 器侧的具体信息反推基础要道侧选择何种液冷技艺。
03热交换
CDU 的装配方式不仅决定了它的装配位置，同期也决定了它的容量和所带末 C液冷的热交换主要通过 CDU（Coolant Distribution Unit）即冷量分派单位来 竣事。作为鸠合一次侧和二次侧的“桥梁”，CDU 中包含热交换模块、泵模块、 过滤模块、补液模块、监测模块、阻挡模块等，这些模块集成在一说念，竣事以下 三项功能： 1、一/二次侧流体的热交换及禁止 2、冷却液的温度、流量、压力阻挡 3、冷却液监测&惩处 除了以上三项要害功能，还需要怜惜 CDU 的类型，不错从以下两个方面具 体分析：换热方式和装配花样。表 4 CDU 换热方式分类
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CDU 的装配方式
CDU 的换热方式.端的数目。可分为机架式（踱步式）和机柜式（集登科）。 两者的旨趣图如下图 3-6：
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图 6 CDU 装配旨趣图
CDU 两种花样隔离对应不同的场景，对比如下表 5：
表 5 CDU 装配花样对比
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04冷源
液冷架构的冷源有多种决策可供选拔。选拔冷源前，要笃定一次侧的给水温 度，ASHRAE TC9.9 界说了一次侧冷水的温度等第，如下表 6：
表 6 ASHRAE 液冷水温等第
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当水温较高且当地形势要求好，不错齐全期骗当然冷却系统，而当水温较低 时，一般就需要期骗机械冷却系统。 还有一种情况相比额外：部分老旧机房也会有智算需求，因此要对它们进行 液冷矫正，但大齐存在的问题是现场无法新增一套供液冷使用的冷源，是以只可 将原有的精密空调作为冷源。
因此，冷源共有三类：当然冷却系统、机械冷却系统（带当然冷）、原有精 密空调当然冷却系统。
当然冷源系统不错分为：开式冷却塔、闭式冷却塔、湿热器、泵驱两相系统。
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图 7 开式冷却塔系统责任旨趣图
闭式冷却塔系统： 闭式冷却塔由内轮回和外轮回组成，内轮回向系统提供冷却水，它是一个封 闭的系统，是以水质相比好，不需要增多板换，WUE 也会低于开式冷却塔。缺 点是价钱立志且体积大。 系统旨趣图如下图 8：
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图 8 闭式冷却塔系统责任旨趣图
湿热器系统：
湿热器即干式冷却器，它的管内是冷却液，与环境空气奏凯换热，责任经由 莫得消费水。优点是 WUE 为 0（或超越低），价钱低廉。错误是换热成果较低，对空气质料和环境温度有较高要求。 湿热器也不错成立水喷淋系统以增强在高温季节的换热智商。 系统旨趣图如下图 9：
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图 9 湿热器责任旨趣图
泵驱两相系统： 泵驱两相系统主要由氟泵、冷凝器、储液管组成，选择相变冷却。优点是换 热成果高，不需要研究防冻和水质惩处。错误是价钱较高，爱戴复杂。 该系统的冷凝器不错选拔风冷冷凝器不祥挥发式冷凝器，前者 WUE 为 0， 后者换热成果高。 系统旨趣图如下图 10：
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图 10 泵驱两相系统责任旨趣图除了以上这些当然冷源以外，还有一些相比高效的当然冷源，举例波折挥发 冷却塔、干湿长入式冷却塔等。他们齐是在上述当然冷源的基础上进行的优化拓 展，不错使用相似的液冷架构。
机械冷却系统（带当然冷）
机械冷却是指带有压缩机的直膨系统。该系统不错提供愈加低温的一次侧冷却液，显示液冷系统的进液要求，同期不受环境温度的阻挡。 在液冷系统的应用中，机械冷却会加入当然冷模块，从而进步全年能效比。 不错分为风冷冷水机+水侧当然冷系统，水冷冷水机+水侧当然冷系统，磁悬浮相 变+氟泵当然冷系统。
风冷冷水机+水侧当然冷系统
该系统的常用成立是在风冷冷水机的基础上成立一套湿热器不祥绝热冷却 器（可零散成立也可集成在冷机上），竣事过渡季节的部分当然冷和冰寒季节的 齐全当然冷。 该系统的优点是省去了冷却水系统，装配浅易，稳妥性更强，WUE 为 0（干 冷器）不祥超越低（绝热冷却器）。错误是运转经由中容易受环境身分影响，对 比水冷冷水系统能效偏低。 系统旨趣图如下图 11：
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风冷冷水机+水侧当然冷系统
通过调遣阀 1、2、3 的景象，不错隔离竣事机械冷、部分当然冷、齐全当然 冷。责任景象如下表 7：
表 7 责任模式切换表
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磁悬浮相变+氟泵当然冷系统
该系统由磁悬浮压缩机、氟泵、储液罐、阀件、换热器等部件组成。冷凝器 可选拔湿热器不祥挥发式冷凝器，前者 WUE 低，后者能效高。 该决策不使用水作为载冷剂，二是奏凯向 CDU 运输制冷剂，对应的 CDU 类 型为 L2R 或 R2R。优点是换热成果高，无油系统褂讪性好。错误是价钱立志，维 护难度比水系统大。 32它有两种运转模式：机械冷和氟泵当然冷。低温时氟泵单独责任，竣事齐全 当然冷。 系统旨趣图如下图 13：
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图 13 磁悬浮相变系统责任旨趣图
原有精密空调系统
期骗机房现存的精密空调作为液冷系统的冷源时，对应的 CDU 类型为 L2A 或 R2A，装配花样不错为机架式不祥机柜式。液冷做事器的热量传递给机房内的 空气，最终由精密空调的冷凝器将热量散到室外。 液冷矫正类项指标阻挡要求较多，因此并不是每种热拿获花样齐适用。现在 冷板式液冷对原有机房的承重、机柜、做事器等兼容性最佳，是以液冷矫正方法 以冷板式液冷为主。 旨趣图如下图 3-14：
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图 14 原有空调系统液冷矫正旨趣图
冷源选拔苛刻
本节的冷源选拔苛刻针对新建的液冷数据中心。选拔冷源时，需要从以下几 个方面详细研究：
1、一次侧供液温度等第
2、形势要求（温度、湿度、气温变化边界等）
3、水资源情况及 WUE 计策
4、技艺身分（能效、可靠性、冷却介质等）
5、经济身分（初投资&运转资本）
6、其他身分（建立周期、可推广性、建筑花样等） 本文中所波及的冷源选拔苛刻如下图 3-15：
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图 3-15 冷源选拔苛刻
需稳健：一次侧供液温度与当地景色参数相关联，相似的供液等第在不同地 区的冷源花样可能不同。
05液冷架构分类
液冷系统的三个中枢部分组合在一说念不错形成多种液冷架构。热拿获花样中， 喷淋式液冷的应用案例太少，未形成完好意思的产业链。因此，液冷架构一经以冷板 式和浸没式为主，不错归纳为下表中的 8 种架构，见表 9：
表 9 液冷架构分类
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以上每种架构齐有各自适用的场景，不错确认下表 10 选拔符合的液冷架 构：
表 10 种种液冷架构脾性
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