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隨著GPU集群、AI服務(wù)器等高功率設(shè)備的普及,傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)在散熱效率與能耗控制上逐漸受限,浸沒(méi)液冷技術(shù)憑借“直接換熱、自然冷源利用”的先天優(yōu)勢(shì),成為數(shù)據(jù)中心低碳轉(zhuǎn)型的重要選擇。北京中測(cè)信通科技發(fā)展有限公司結(jié)合聯(lián)想福州數(shù)據(jù)中心、寧夏聯(lián)通數(shù)據(jù)中心等液冷項(xiàng)目實(shí)踐,從架構(gòu)設(shè)計(jì)、冷源適配到改造落地,梳理可落地的全流程方案。
一、浸沒(méi)液冷系統(tǒng)的核心設(shè)計(jì)差異:突破傳統(tǒng)風(fēng)冷思維
與傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)相比,浸沒(méi)液冷的設(shè)計(jì)邏輯需圍繞“液體特性”與“系統(tǒng)協(xié)同”重構(gòu),核心差異體現(xiàn)在三個(gè)層面:
1. 機(jī)柜布局與空間利用
液冷機(jī)柜采用服務(wù)器垂直安裝(替代傳統(tǒng)水平插拔),機(jī)柜間距與通道設(shè)計(jì)需重新規(guī)劃。聯(lián)想福州數(shù)據(jù)中心測(cè)試顯示,背靠背布置的液冷機(jī)柜(間距1.2m)比面對(duì)面布局出柜率提升15%,但需預(yù)留CDU(冷卻液分配單元)維護(hù)空間(≥0.8m)。設(shè)計(jì)時(shí)需通過(guò)CFD模擬驗(yàn)證:
- 機(jī)柜排列方式(背靠背/面對(duì)面)對(duì)冷卻液管路長(zhǎng)度的影響(管路每延長(zhǎng)10m,泵組能耗增加約3%);
- 樓板承重適配(單臺(tái)液冷機(jī)柜裝滿(mǎn)冷卻液后重量達(dá)800-1200kg,需局部加固至≥1.5kN/㎡)。
2. 冷卻液循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
冷卻液成本占液冷系統(tǒng)初期投資的20%-30%,需通過(guò)管路優(yōu)化減少用量。寧夏聯(lián)通數(shù)據(jù)中心采用“雙供雙回”管路設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1),相比單回路減少冷卻液填充量18%,同時(shí)實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)故障冗余(某段管路檢修時(shí),切換備用回路不影響機(jī)柜供液)。關(guān)鍵設(shè)計(jì)指標(biāo):
- 管路流速控制在1.5-2.0m/s(避免湍流導(dǎo)致的壓力損失);
- CDU與機(jī)柜的距離≤15m(降低沿程阻力,泵組功率可減少10%)。
3. 散熱效率與IT設(shè)備適配
浸沒(méi)液冷允許更高的進(jìn)液溫度(25-50℃),但需與服務(wù)器耐受閾值匹配。中原大數(shù)據(jù)中心測(cè)試顯示,當(dāng)進(jìn)液溫度從30℃升至35℃時(shí),CPU核心溫度僅上升2℃(仍低于85℃閾值),但冷源能耗降低12%。設(shè)計(jì)需驗(yàn)證:
- 不同負(fù)載下的溫差控制(服務(wù)器進(jìn)出液溫差宜保持5-8℃,避免局部過(guò)熱);
- 冷卻液絕緣性(擊穿電壓≥30kV,符合T/CIE087-2020標(biāo)準(zhǔn))。
二、新建項(xiàng)目冷源選型:開(kāi)式與閉式冷卻塔的場(chǎng)景適配
冷源是液冷系統(tǒng)節(jié)能與成本控制的核心,需結(jié)合氣候條件、運(yùn)維能力選擇方案:
1. 開(kāi)式冷卻塔方案
- 適用場(chǎng)景:夏熱冬暖地區(qū)(如華南)、運(yùn)維團(tuán)隊(duì)具備水質(zhì)管理能力的項(xiàng)目;
- 優(yōu)勢(shì):造價(jià)僅為閉式塔的1/3-1/5,無(wú)噴淋泵能耗,可搭配無(wú)風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)(自然通風(fēng))將PUE降至1.1以下;
- 關(guān)鍵措施:
- 采用鍍鋅管道(替代碳鋼)減少腐蝕,某項(xiàng)目運(yùn)行2年后水質(zhì)仍保持清澈(濁度≤5NTU);
- 增設(shè)自動(dòng)加藥系統(tǒng)(阻垢劑+殺菌劑),控制軍團(tuán)菌含量≤100CFU/mL。
2. 閉式冷卻塔方案
- 適用場(chǎng)景:北方寒冷地區(qū)(需防凍)、對(duì)水質(zhì)要求極高的金融機(jī)房;
- 優(yōu)勢(shì):冷卻水與空氣隔離,可直接使用乙二醇溶液(濃度30%時(shí)防凍溫度達(dá)-15℃);
- 優(yōu)化方向:
- 取消噴淋泵(采用重力噴淋設(shè)計(jì)),降低能耗約8%;
- 定期更換乙二醇溶液(每2年1次),避免氧化產(chǎn)生羧酸腐蝕管道(某項(xiàng)目因未及時(shí)更換導(dǎo)致盤(pán)管泄漏,維修成本增加5萬(wàn)元)。
3. 混合冷源方案
奧飛迅云酒仙橋數(shù)據(jù)中心創(chuàng)新采用“開(kāi)式塔+板式換熱器”組合:夏季用開(kāi)式塔散熱,冬季切換至板式換熱器利用室外冷空氣(干球溫度≤5℃時(shí)),全年自然冷源利用率提升至85%,較單一冷源節(jié)電20萬(wàn)度/年。
三、既有機(jī)房改造:低成本實(shí)現(xiàn)液冷升級(jí)的路徑
老舊機(jī)房改造液冷的核心是利用現(xiàn)有資源降低投入,中測(cè)信通在金陽(yáng)大廈全國(guó)股轉(zhuǎn)公司維保項(xiàng)目中驗(yàn)證了一套經(jīng)濟(jì)方案:
1. 冷源復(fù)用
- 主冷源:沿用原有冷卻水系統(tǒng)(冷卻塔+冷卻泵),通過(guò)新增過(guò)濾器(精度50μm)控制水質(zhì);
- 備用冷源:利用閑置的冷凍水管路(原風(fēng)冷空調(diào)遺留),CDU設(shè)計(jì)雙接口實(shí)現(xiàn)切換(主備切換時(shí)間≤10秒)。測(cè)試顯示,該方案較新建冷源節(jié)省投資40%。
2. 管路與閥門(mén)優(yōu)化
- 閥門(mén)精簡(jiǎn):傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)需2個(gè)串聯(lián)閥門(mén),液冷CDU(1用1備)可減至1個(gè)(見(jiàn)圖2),某改造項(xiàng)目減少閥門(mén)30個(gè),節(jié)省管路成本15%;
- 壓力匹配:當(dāng)冷凍水壓力(3.5bar)高于冷卻水(2.0bar)時(shí),在切換閥后增設(shè)減壓裝置,避免CDU接口承壓超標(biāo)。
3. 負(fù)載遷移策略
分階段替換機(jī)柜(每次不超過(guò)總數(shù)量的20%),避免冷源瞬間過(guò)載。某項(xiàng)目通過(guò)“先低功率機(jī)柜、后高功率集群”的遷移順序,確保改造期間機(jī)房PUE穩(wěn)定在1.4以下。
四、設(shè)計(jì)驗(yàn)證與風(fēng)險(xiǎn)控制
液冷系統(tǒng)需通過(guò)嚴(yán)格測(cè)試規(guī)避隱性風(fēng)險(xiǎn),中測(cè)信通的標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證流程包括:
- 密封性測(cè)試:對(duì)液冷機(jī)柜、管路進(jìn)行1.5倍工作壓力(約6bar)保壓24小時(shí),泄漏量≤0.1L/h;
- 動(dòng)態(tài)負(fù)載測(cè)試:模擬IT負(fù)載從30%突增至100%,驗(yàn)證CDU流量調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間(≤30秒);
- 極端場(chǎng)景驗(yàn)證:關(guān)閉主冷源后,記錄液冷機(jī)柜溫度升至40℃的時(shí)長(zhǎng)(需≥15分鐘,預(yù)留應(yīng)急處理時(shí)間)。
浸沒(méi)液冷技術(shù)的推廣不僅是散熱方式的升級(jí),更是數(shù)據(jù)中心從“高能耗”向“低碳化”轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵抓手。通過(guò)科學(xué)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、冷源適配與改造策略,既能滿(mǎn)足高密度算力的散熱需求,又能將PUE控制在1.2以?xún)?nèi),為數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供綠色算力支撐。
關(guān)鍵詞:浸沒(méi)液冷設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)中心冷源優(yōu)化、液冷機(jī)房改造</doubaocanvas>