秒懂“智算中心喷淋式液冷系统”
内容概览
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前言
喷淋式液冷的概念及工作原理
喷淋式液冷系统的架构与组成
喷淋式液冷系统的应用特点
结束语
一.前言
喷淋式液冷技术作为直接接触式散热的先进代表，正在引发数据中心冷却方式的革命性变化。
本文将带您深入理解这项技术的工作原理、系统架构及工程应用特点。
二.喷淋式液冷的概念及工作原理
喷淋式液冷是一种基于单相流体的直接接触式冷却技术。与常见的冷板式液冷（通过金属冷板间接传导热量）不同，喷淋式采用开放式流动方式，让冷却液直接覆盖发热元件表面。
工作原理：系统采用矿物油等不导电、低腐蚀性的介电流体，通过精密设计的喷淋模块，从服务器机箱顶部向发热组件进行定向喷洒。冷却液与芯片表面及散热器直接接触，通过对流换热吸收热量。升温后的冷却液依靠重力作用汇集至机箱底部的收集槽，通过回流管道输送至热交换器进行冷却，完成闭合循环。
整个过程中冷却液始终保持液态，不发生相变，属于单相传热模式。
三.喷淋式液冷的系统架构与组成
喷淋式液冷系统根据规模和要求的不同，主要存在两种典型架构：
1. 典型架构一：单柜循环系统
◾该系统由液冷机柜和干冷器组成完整闭环。低温冷却液（通常维持在35-45°C）从干冷器输出，经分配管路输送至机柜顶部的喷淋分配单元。液体通过精密喷嘴形成均匀液幕，覆盖CPU、GPU、内存等发热单元。吸热后的高温冷却液（出口温度可达50-60°C）依靠重力回流至收集系统，返回干冷器进行空气侧换热，重新降温后进入下一次循环。
◾关键组件包括：
☑喷淋控制模块：包含流量调节阀、分配歧管和喷嘴阵列。
☑密封机箱：具备防泄漏设计的服务器壳体。
☑油液收集系统：底部集液槽与回流接口。
☑干冷器：带有变频风机和高效翅片管换热器。
☑补液系统：包含储液罐和自动液位控制装置。
◾此架构适用于单机柜部署，最大热负载通常不超过20kW，具有部署快捷、改造成本低的优点。
2. 典型架构二：多柜循环系统
◾该系统针对多机柜集群应用，采用一次侧/二次侧分离架构(类似冷板式液冷系统)：
◾一次侧（室外循环）关键组件包括：
☑冷却塔/干冷器：承担最终排热任务。
☑冷却水管道系统：负责一次侧冷却水的输送。
☑泵组：提供循环动力。
☑水处理系统：包括过滤、软化、杀菌装置。
◾二次侧（室内循环）关键组件包括：
☑CDU（冷却分配单元）：系统核心，包含：双循环泵、板式换热器、精密过滤器（精度≤100μm）、电动调节阀组、监测传感器（流量、温度、压力）。
☑喷淋分配系统：分区控制的喷淋歧管。
☑液冷机柜：加强承重设计的机架系统。
☑收集回流系统：带液位检测的储液箱。
☑监控系统：实时监测漏液、流量、温度等参数。
◾该系统通过CDU实现一次侧与二次侧的完全隔离，避免室外污染物进入精密冷却回路。二次侧采用闭式循环设计，减少液体氧化和污染风险。每个机柜的喷淋流量可独立调节，满足不同服务器的冷却需求。
四.喷淋式液冷系统的应用特点
1. 基础设施要求：
◾机房承重：喷淋服务器重量较传统设备增加30%-40%，建议承重指标≥16KN/m²。
◾架空地板高度：需容纳液冷管道和收集系统，建议净高≥600mm。
◾空间布局：需预留设备维护通道（正面≥1.2m，背面≥0.8m）。
2. 性能表现：
◾PUE值可控制在1.05-1.1之间。
◾与风冷系统相比，芯片结温可降低15-30℃。
3. 技术优势：
◾完全消除风扇功耗，节能效果显著。
◾与冷板式相比：热阻降低30%以上，无微通道堵塞风险。
◾与浸没式相比：用液量减少60%-70%，维护成本降低。
◾兼容现有数据中心架构，支持渐进式改造。
4. 应用挑战：
◾需对服务器结构进行重新设计，成本较高。
◾喷淋均匀性控制要求精密制造工艺。
◾残留液体可能增加维护复杂度。
◾单相换热效率受限，超高功率密度（＞50kW/柜）需辅助冷却。
◾初期投资较风冷系统增加40%-60%。
五.结束语
喷淋式液冷技术凭借其高效、静音、易过渡的特点，正在成为智算中心散热的新选择。当然，它也不是万能解药，在实际应用中还需结合机房条件与业务需求综合考量。
看完这篇文章，你是不是对“喷淋降温”有了更清晰的了解？你们家的数据中心，准备好“淋个澡”了吗？
END
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