数据中心液冷的技术原理、内部结构及技术优势

随着云计算和大数据技术的蓬勃发展IT设备性能逐步提高直接导致服务器功耗不断增加，特别是作为服务器关键部件的CPU，随着性能提升功耗增加非常显著。液冷技术作为一种新型的冷却方式，具有高能效、高密度和低噪音等优点，因此在服务器机柜领域的应用逐渐受到关注。

结合工信部相关统计：预计2025年中国IDC新增机柜需求达到每年75万台，则年均新增10KW（千瓦）以上机柜38万台，浸没式液冷单KW价值量约1.2 万元，则年均新增液冷市场规模约450亿元。

液冷技术是一种通过液体作为散热媒介来带走服务器机柜中设备热量的一种冷却方式。具体来说，液冷技术利用了液体的高热传导系数，通过泵浦将液体从冷凝器输送到服务器机柜中的各个设备，吸收设备产生的热量，再流回冷凝器进行降温，循环往复，达到高效冷却的效果。

• 液体供应系统负责提供冷却液体，一般为去离子水和乙二醇混合物等。

• 液体循环系统由泵浦、管道和换热器组成，负责将液体从服务器机柜中吸收的热量带回到冷却系统进行降温处理。

• 冷却系统主要由冷却塔、冷冻水系统和散热系统组成，负责将液体中的热量传递给外界环境。

• 控制系统主要负责控制液体温度、流量等参数，保证液冷系统的稳定运行。

• 监控系统则负责实时监测液冷系统的运行状态，及时发现并处理故障。

液冷机柜的内部结构主要由以下几个部分组成：

• 服务器设备区：放置服务器的区域，设备产生的热量通过液冷系统进行散热。

• 液体循环管道：液冷系统中液体循环的通道，包括进液管道、出液管道和循环管道。

• 冷凝器：将液体中的热量传递给外界环境的设备，通常采用板式换热器或壳管式换热器等。

• 冷却水塔：提供冷却水源的设备，将热量传递给大气环境。

• 泵浦：用于驱动液体循环的设备，通常采用离心泵或螺杆泵等。

• 监控系统：对液冷系统的运行状态进行实时监测和控制的设备，包括温度传感器、压力传感器和液位传感器等。

• 电气控制系统：用于控制液冷系统的电气部件，包括控制柜、电源等。

• 维护结构：包括机柜门、观察窗和过滤网等维护设施。

1、在算力能耗方面

全液冷机柜可实现高算力密度，单柜最高支持160颗CPU，一柜顶十柜，并实现了高供电密度，可支持单柜100kW的功率密度，相比传统数据中心功率密度提升10倍以上，空间利用率提升5-10倍，与此同时，背门换热能力达20kW，能耗小于2kW。

2、在换热效能方面

全自然冷液冷背门比空调系统更加贴近热源，避免了原采用空调风冷散热的部分较高功耗部件产生局部热点，实现高效换热，能效比COP可达10以上（COP指制冷系统中产生的冷量与消耗的能量之间的转换比率，能效比越大，节省的电能就越多）。

3、在安全可靠性方面

依托先进的管路焊接工艺，全液冷机柜系统承压能力强，可承压1.6MPa，保证系统稳定运行；并采用四重防漏液设计，冷板节点表面均部署了漏液监测装置，一旦测到液体泄漏，系统自动停机，从而保护设备安全，同时还在每个机柜底部，全自然冷液冷背门以及整个机房管路均部署了漏液监测。

据业界测算，目前液冷数据中心的初期建设成本比风冷要高出10%左右，需要1.5年才可实现总拥有成本与投资回报的平衡。未来，高功率密度数据中心将会取代低功率密度数据中心。随着IT设备和供配电系统的高度集成化，传统散热设计将面临瓶颈，液冷技术为数据中心节能提供了新的解决方案。液冷数据中心是指应用液冷技术的数据中心，液冷技术是降低冷量消耗最显著的定向制冷技术，几乎可以做到无传输冷量损失，换热冷量损失也较少，只有不到10%的冷却功耗。