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數(shù)據(jù)中心液冷技術(shù)和風(fēng)冷技術(shù)的比較

中興文檔 ? 來源:中興文檔 ? 2025-05-09 09:41 ? 次閱讀

近年來,隨著數(shù)字經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展,數(shù)據(jù)中心建設(shè)規(guī)模不斷擴大,導(dǎo)致機房單位面積功耗居高不下,對數(shù)據(jù)中心散熱制冷技術(shù)提出了更高的要求。同時,根據(jù)國家對數(shù)據(jù)中心的節(jié)能要求,全國范圍內(nèi)新建數(shù)據(jù)中心要求PUE(Power Usage Effectiveness,電源利用效率)<1.2,而傳統(tǒng)的風(fēng)冷制冷方式已經(jīng)無法滿足數(shù)據(jù)中心的散熱需求,更加高效的液冷方案應(yīng)運而生。特別在人工智能領(lǐng)域,隨著智算需求的爆發(fā),液冷方案已經(jīng)成為數(shù)據(jù)中心的首選。

1液冷VS風(fēng)冷

液冷,是利用液體介質(zhì)冷卻發(fā)熱器件,達到制冷目的。風(fēng)冷,是利用空氣與發(fā)熱器件換熱,達到制冷目的。 數(shù)據(jù)中心中液冷技術(shù)有直接式和間接式液冷兩種,其中直接式又分為浸沒式和噴淋式兩種。

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冷板式液冷:好比睡涼席,通過冷板貼在發(fā)熱器件上為發(fā)熱器件散熱。

浸沒式液冷:好比泡冷水澡,發(fā)熱器件完全“泡”在冷卻液中并通過直接接觸熱交換。

噴淋式液冷:好比沖淋浴,通過噴淋冷卻液方式為發(fā)熱器件散熱。

數(shù)據(jù)中心風(fēng)冷技術(shù)有多年的技術(shù)演進過程,發(fā)展出了機械式風(fēng)冷、冷凍水、間接蒸發(fā)等技術(shù)。

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機械式風(fēng)冷:通常用于機房精密空調(diào),主要通過壓縮機機械做功改變制冷劑的狀態(tài)來制冷。

冷凍水制冷:在機械風(fēng)冷式制冷基礎(chǔ)上,疊加了冷卻水循環(huán)和冷凍水循環(huán)實現(xiàn)制冷,提高了制冷量。

間接蒸發(fā)制冷:通過非直接接觸式換熱器,實現(xiàn)外部自然冷風(fēng)與數(shù)據(jù)中心熱回風(fēng)進行熱交換,利用了自然冷卻提高制冷效率。

由于液冷在制冷效率上的先天優(yōu)勢,配置有液冷系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心相比傳統(tǒng)風(fēng)冷數(shù)據(jù)中心,在PUE和WUE(Water Usage Effectiveness,水資源使用效率)關(guān)鍵能源效率指標(biāo)上,都具有優(yōu)勢。

PUE:PUE是衡量數(shù)據(jù)中心能源效率的核心指標(biāo),表示數(shù)據(jù)中心總能耗與其IT設(shè)備能耗之比。液冷系統(tǒng)中沒有風(fēng)冷系統(tǒng)中的壓縮機、風(fēng)機等高耗電器件,冷卻液體可以直接對設(shè)備高溫器件(GPUCPU等)進行散熱,從而降低PUE。

WUE:WUE是衡量數(shù)據(jù)中心水資源效率的指標(biāo),如0.8 L/kWh表示為每消耗1度電同時消耗0.8升水。液冷系統(tǒng)通過冷卻水高效循環(huán)制冷,對比間接蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)通過蒸發(fā)噴淋消耗大量水資源,液冷對水資源的依賴程度更低。

液冷與風(fēng)冷指標(biāo)對比:

指標(biāo) 液冷 風(fēng)冷
PUE 通常在1.1~1.2之間,部分高效液冷系統(tǒng)的PUE甚至可以降到1.05以下。 通常在1.4~2.0之間。
WUE 可達到0.8 L/kWh以下。 通常大于2 L/kWh,依賴環(huán)境干濕空氣條件。

2為什么選擇液冷

液冷作為數(shù)據(jù)中心高功率密度散熱場景的優(yōu)先選項,主要有兩方面原因:一方面是由于液體的高導(dǎo)熱和高比熱容特性,液冷技術(shù)相對于傳統(tǒng)空氣制冷技術(shù),具有更高的散熱效率;另一方面是液冷系統(tǒng)僅需要水泵等少量耗能元件,能夠顯著降低PUE。

高導(dǎo)熱性

導(dǎo)熱性指的是材料傳遞熱量的能力,液體通常比空氣具有更好的導(dǎo)熱性,能夠更快地從熱源吸收并傳導(dǎo)熱量。水的導(dǎo)熱性大約是0.6 W/m·K,空氣的導(dǎo)熱性只有0.025 W/m·K。當(dāng)設(shè)備發(fā)熱時,液冷系統(tǒng)中的液體能夠迅速吸收熱量并將其帶走,而空氣制冷則需要更多時間來進行熱量交換。

高比熱容

比熱容是指物質(zhì)吸收或釋放的熱量與其溫度變化之間的比值,熱容越大,物質(zhì)就能存儲更多的熱量,而不容易升溫。水的比熱容大約是4.18 J/g·K,空氣的比熱容大約是1.00 J/g·K。設(shè)備在長時間內(nèi)持續(xù)工作,液冷系統(tǒng)也能更穩(wěn)定地調(diào)節(jié)溫度。

系統(tǒng)功耗低

在實際工程應(yīng)用中,液冷系統(tǒng)中沒有壓縮機、風(fēng)機等高耗電器件,僅需要水泵、傳感器等少量耗電器件,能夠顯著降低PUE。

各種制冷技術(shù)可以實現(xiàn)的PUE范圍參見下表。

制冷技術(shù) PUE范圍
風(fēng)冷直膨技術(shù) 1.4~2.0
氟泵技術(shù) 1.2~1.5
帶自然冷的冷凍水技術(shù) 1.2~1.5
間接蒸發(fā)冷卻技術(shù) 1.1~1.3
冷板式液冷技術(shù) <1.2
浸沒式液冷技術(shù) <1.1

說明 實際PUE值可能會受到多種因素的影響,包括地理位置、氣候條件、數(shù)據(jù)中心設(shè)計等。

由上表可見,使用液冷技術(shù)進行制冷,是實現(xiàn)PUE<1.2節(jié)能要求的必須路徑。

3數(shù)據(jù)中心液冷方案

目前液冷技術(shù)在數(shù)據(jù)中心的實際應(yīng)用中,以冷板式液冷最為廣泛。ZTE中興提供先進的數(shù)據(jù)中心冷板式液冷解決方案,集成室外冷源、EDU(External Distribution Unit,外部分配單元)、CDU(Cooling Distribution Unit,冷量分配單元)、液冷機柜等關(guān)鍵設(shè)備。具備以下優(yōu)勢:

全鏈條:從服務(wù)器到基礎(chǔ)設(shè)施的端到端解決方案,覆蓋設(shè)計、交付、運維全過程。

全控制:對液冷和風(fēng)冷設(shè)備統(tǒng)一管理,系統(tǒng)級調(diào)優(yōu),實現(xiàn)節(jié)能最優(yōu)。

全場景:適配新建、改造數(shù)據(jù)中心場景,滿足不同建筑形式和不同機柜規(guī)模需求。

全地域:擺脫地域氣候條件限制,安全可靠。

ZTE中興冷板式液冷系統(tǒng)架構(gòu)如下圖。

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室外冷源:通常為閉式塔或干冷器,是液冷系統(tǒng)的外部冷量輸入來源。

EDU:EDU是液冷系統(tǒng)一次側(cè)的循環(huán)動力源,機組由水泵、過濾器、管路組件、傳感器、配電控制箱等主要部件以及穩(wěn)壓裝置(選配)、自動補液裝置(選配)等輔助功能模塊組成。EDU主要功能是為一次側(cè)工質(zhì)提供循環(huán)動力,同時可集成冷卻塔的配電與控制,實現(xiàn)對一次側(cè)系統(tǒng)溫度、壓力、流量的統(tǒng)一監(jiān)控。

CDU:CDU是液冷系統(tǒng)中的核心設(shè)備,機組由液-液換熱器、水泵、管路組件、傳感器、配電控制箱等主要部件以及過濾器、穩(wěn)壓裝置、自動補液裝置等輔助功能模塊組成。液冷CDU作為冷板式液冷系統(tǒng)二次側(cè)的循環(huán)換熱中心,其主要功能是為二次側(cè)工質(zhì)提供再冷卻和循環(huán)動力,并對整個二次側(cè)系統(tǒng)進行集中控制。

液冷機柜:為液冷系統(tǒng)定制的服務(wù)器機柜,適配19英寸或21英寸IT設(shè)備(服務(wù)器、交換機)。機柜由機柜結(jié)構(gòu)件、manifold(分集水器)、液冷軟管、流體連接器、供電單元及管理單元等組成。

一/二次側(cè)管路:包括管路和相應(yīng)閥門,管路采用環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。一二次側(cè)管路連接起室外冷源、CDU、EDU和液冷機柜,將冷卻液輸送到需要熱交換的設(shè)備中。

近日,國際數(shù)據(jù)公司(IDC)發(fā)布了最新的《中國半年度液冷服務(wù)器市場(2024下半年)跟蹤》報告,數(shù)據(jù)顯示中國液冷服務(wù)器市場在2024年繼續(xù)保持快速增長,市場規(guī)模達到23.7億美元,與2023年相比增長67.0%。其中,冷板式解決方案市場占有率進一步提高。IDC預(yù)計,2024-2029年,中國液冷服務(wù)器市場年復(fù)合增長率將達到46.8%,2029年市場規(guī)模將達到162億美元。

在工信部發(fā)布的2024年第28號文件中,正式發(fā)布了由中興通訊股份有限公司參與編寫的YD/T 6049-2024《冷板式液冷整機柜服務(wù)器技術(shù)要求和測試方法》,該標(biāo)準(zhǔn)為首個液冷整機柜服務(wù)器領(lǐng)域的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定了冷板式液冷整機柜服務(wù)器的機柜、供液組件、供配電組件、計算節(jié)點、交換節(jié)點、整機柜內(nèi)組網(wǎng)、機柜管理模塊技術(shù)要求和測試方法,適用于數(shù)據(jù)中心冷板式液冷整機柜服務(wù)器的設(shè)計、生產(chǎn)及測試。

由此可見業(yè)界和市場對高效、低碳節(jié)能的液冷技術(shù)已形成共識,未來已來,您對當(dāng)前數(shù)據(jù)中心液冷方案有什么看法?您認(rèn)為液冷方案在未來會如何發(fā)展?歡迎在評論區(qū)分享您的觀點。

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原文標(biāo)題:從風(fēng)冷到液冷:數(shù)據(jù)中心如何走向節(jié)能高效的未來

文章出處:【微信號:ztedoc,微信公眾號:中興文檔】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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