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，浸沒液冷技術(shù)憑借“直接換熱、自然冷源利用”的先天優(yōu)勢，成為數(shù)據(jù)中心低碳轉(zhuǎn)型的重要選擇。北京中測信通科技發(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)冷卻液管路長度的影響（管路每延長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：開式與閉式冷卻塔的場景適配  

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. 開式冷卻塔方案  

   - 適用場景：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：造價(jià)僅為閉式塔的1/3-1/5，無噴淋泵能耗，可搭配無風(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：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)致盤管泄漏，維修成本增加5萬元）。  

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“開式塔+板式換熱器”組合：夏季用開式塔散熱，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，中測信通在金陽大廈全國股轉(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），通過新增過濾器（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）。測試顯示，該方案較新建冷源節(jié)省投資40%。  

2. 管路與閥門優(yōu)化  

   - 閥門精簡：傳統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)需2個(gè)串聯(lián)閥門，液冷CDU（1用1備）可減至1個(gè)（見圖2），某改造項(xiàng)目減少閥門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（每次不超過總數(shù)量的20%），避免冷源瞬間過載。某項(xiàng)目通過“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)需通過嚴(yán)格測試規(guī)避隱性風(fēng)險(xiǎn)，中測信通的標(biāo)準(zhǔn)化驗(yàn)證流程包括：  

- 密封性測試：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（需≥15分鐘，預(yù)留應(yīng)急處理時(shí)間）。  

浸沒液冷技術(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。通過科學(xué)的架構(gòu)設(shè)計(jì)、冷源適配與改造策略，既能滿足高密度算力的散熱需求，又能將PUE控制在1.2以內(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>