綠色數(shù)據(jù)中心冷卻方式研究報告2023

綠色數(shù)據(jù)中心冷卻方式研究報告I隨著5G、云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)資源存儲、計算和應(yīng)用需求大幅提升。作為海量數(shù)據(jù)和算力的載體，近幾年數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長態(tài)勢。據(jù)中國信通院發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心白皮書（2022年）》顯示，我國數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模近五年平均復(fù)合增速超過30%。隨著數(shù)據(jù)中心行業(yè)的高速發(fā)展，其高能耗和碳排放問題引發(fā)社會關(guān)注。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在數(shù)據(jù)中心主要設(shè)備能耗占比中，冷卻設(shè)備耗電占比僅次于IT設(shè)備自身能耗占比。因此提升冷卻系統(tǒng)能效水平是應(yīng)對數(shù)據(jù)中心節(jié)能降碳壓力的有效隨著冷卻技術(shù)的不斷發(fā)展，在滿足IT設(shè)備安全平穩(wěn)運行的前提下，近幾年數(shù)據(jù)中心冷卻方式正在從空氣冷卻向液體冷卻方式轉(zhuǎn)變、從機(jī)械制冷向充分利用自然冷源方向發(fā)展。在多種冷卻形式齊頭并進(jìn)發(fā)展的背景下，不同的數(shù)據(jù)中心項目如何選擇合適的冷卻方案成為人們高度關(guān)注的一個問題。本白皮書旨在為數(shù)據(jù)中心冷卻方案的選擇、設(shè)計、建設(shè)和運維提供參考和指導(dǎo)。白皮書首先圍繞我國數(shù)字經(jīng)濟(jì)與“雙碳”目標(biāo)協(xié)同發(fā)展的政策方針，分析指出建設(shè)綠色、低碳、可持續(xù)的數(shù)據(jù)中心成為必然發(fā)展趨勢，并在文中梳理分析了國家和地方關(guān)于PUE、上架率、WUE等關(guān)鍵指標(biāo)的限值政策，認(rèn)為雖然目前數(shù)據(jù)中心面臨著能耗壓力和散熱挑戰(zhàn)，但同時壓力和挑戰(zhàn)也驅(qū)動著冷卻技術(shù)的不斷發(fā)展創(chuàng)新；圍繞技術(shù)原理、關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備、解決方案、技術(shù)特點、適用范圍、存在的問題和運維要求等七個方面介紹了冷板式液體冷卻技術(shù)、相變浸沒式液冷技術(shù)，以及間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)、制冷劑自然冷卻技術(shù)、全新風(fēng)直接冷卻技術(shù)、干冷器、湖水冷卻等自然冷卻技術(shù)，全面分析了各項綠色冷卻技術(shù)的優(yōu)勢、不足；并對未來具有應(yīng)用潛力的新興技術(shù)進(jìn)行介紹和展望。由于時間倉促，筆者水平有限，錯誤和不妥之處還望不吝指正。編寫組 1 1 3 5 14 14 16 17 20 21 24 37 46 51 59 71 74 81 86 92 92 93 101 105 105 106 109 111 113參考文獻(xiàn) 1151綠色數(shù)據(jù)中心的“綠色”，其核心要義在于實現(xiàn)最優(yōu)的能源利用率和最低的環(huán)境影響。國際電信聯(lián)盟和世界銀行等機(jī)構(gòu)聯(lián)合編寫的《綠色數(shù)據(jù)中心：邁向可持續(xù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型》報告指出，綠色數(shù)據(jù)中心是指在數(shù)據(jù)中心的設(shè)計、建設(shè)、運營和維護(hù)過程中，采用了一提高能源利用效率，降低運營成本，同時保證數(shù)據(jù)中心的高可靠和安全性。綠色數(shù)據(jù)中心具備能源利用率高、環(huán)境友好、可持續(xù)發(fā)展和安全可靠的特點。綠色數(shù)據(jù)中心的實現(xiàn)主要包含以下六個方面：氣候適應(yīng)型、高效IT設(shè)備、可持續(xù)建筑、綠色能源、高效冷卻方式以及IT設(shè)備的回收利用。高效冷卻方式則是貫穿數(shù)據(jù)中心設(shè)計、建設(shè)，至運營維護(hù)全周期的重要環(huán)節(jié)。報告同時給出綠色數(shù)據(jù)中心的制冷解決方案如下：（1）充分利用自然冷源，減少機(jī)械制冷的應(yīng)用；（2）采用精密空調(diào)、經(jīng)濟(jì)器以及通道封閉技術(shù)，提升冷卻效（3）采用液冷等相關(guān)的創(chuàng)新制冷技術(shù)；（4）采用模塊化制冷解決方案，根據(jù)IT負(fù)載需求，調(diào)整制冷容量，提升設(shè)備效率；（5）采用節(jié)水的冷卻方式，以節(jié)約水資源利用。綠色數(shù)據(jù)中心是未來必然發(fā)展趨勢。自2017年以來，工信部2等6部門組織開展了四批國家綠色數(shù)據(jù)中心推薦評價工作，前后認(rèn)定共計196家國家綠色數(shù)據(jù)中心。國家綠色數(shù)據(jù)中心的評定，不僅為數(shù)據(jù)中心行業(yè)綠色發(fā)展確定了標(biāo)桿，也為實現(xiàn)“2030年前碳達(dá)峰”“2060年前碳中和”的國家“雙碳”戰(zhàn)略起到了強大的助推為了更好地實現(xiàn)綠色、節(jié)能、高效的目標(biāo)，我國數(shù)據(jù)中心行業(yè)相繼制定了一系列綠色數(shù)據(jù)中心評價指標(biāo)相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)規(guī)范，以此來引導(dǎo)數(shù)據(jù)中心市場健康有序地發(fā)展。通過表5可以看出目前關(guān)于PUE的測評、限定等級等多級標(biāo)準(zhǔn)較為完善，尤其在國家強制性標(biāo)準(zhǔn)《GB40879-2021數(shù)據(jù)中心能效限定值及能效等級》綠色數(shù)據(jù)中心的評價工作尚缺乏國家權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)，國家標(biāo)準(zhǔn)《綠色數(shù)據(jù)中心評價規(guī)范》目前正在制定中。（3）GB/TXXXXX《綠色數(shù)據(jù)中心評價規(guī)范》（制定中）（2）YD/T2543-2013《電信互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）的能耗測評3（3）YD/T3983-2021《數(shù)據(jù)中心液冷服務(wù)器系統(tǒng)能源使用（二）信息技術(shù)發(fā)展帶動數(shù)據(jù)中心建設(shè)提速隨著5G、云計算、人工智能等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息技術(shù)與實體經(jīng)濟(jì)加速融合，數(shù)據(jù)資源存儲、計算和應(yīng)用需求大幅提升。作為海量數(shù)據(jù)和算力的載體，近幾年數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長態(tài)勢。2006年Google首席執(zhí)行官埃里克·施密特（EricSchmidt）在搜索引擎大會（SESSanJose2006）首次提Computing）的概念，推動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和IT服務(wù)演進(jìn)出新的模式。4云計算是繼互聯(lián)網(wǎng)時代之后信息技術(shù)的又一次飛躍。云計算通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（多指因特網(wǎng)）形成的計算能力極強的系統(tǒng)，可存儲、集教育、政務(wù)等實體行業(yè)深度融合過程中，對數(shù)據(jù)資源存儲、計算和應(yīng)用需求大幅提升，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)進(jìn)入擴(kuò)張期?！丁笆奈濉毙畔⑼ㄐ判袠I(yè)發(fā)展規(guī)劃》中提出到2025年，每萬人擁有5G基站數(shù)達(dá)到26個，5G用戶普及率達(dá)56%。中國信通個。中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會的數(shù)據(jù)顯示，目前主要運營商的5G基站主設(shè)備空載功耗約2.2-2.3kW，滿載功耗約3.7-3.9kW。作為國內(nèi)5G基站建設(shè)的領(lǐng)先企業(yè)，華為以及中興都在此前公布過5G設(shè)備的耗電數(shù)據(jù)，結(jié)果都是4G設(shè)備滿載的3倍左右。實現(xiàn)相同面積的覆蓋，5G基站數(shù)量比4G可能多出3倍，每個5G基站的3倍，5G網(wǎng)絡(luò)的功耗將是4G網(wǎng)絡(luò)的6-12倍。隨著5G速率的成倍提升、5G業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，5G基站的能耗問題也給運營商帶來壓力。生成式AI表現(xiàn)出來的智慧能力，給未來的場景應(yīng)用乃至社會生產(chǎn)方式的變革都帶來了巨大的想象空間。雖然目前生成式AI的技術(shù)應(yīng)用仍處于初級階段，但用于訓(xùn)練的大模型的訓(xùn)練參數(shù)規(guī)模增長速度已超過摩爾定律，海量數(shù)據(jù)增長的背后離不開底層算力基礎(chǔ)設(shè)施的支撐。未來新一代人工智能技術(shù)必將深度賦能千行百業(yè)，同時為硬件服務(wù)器、算力基礎(chǔ)設(shè)施尤其是高密度數(shù)據(jù)中心的增長帶來5新機(jī)遇，數(shù)據(jù)中心市場需求潛力巨大。據(jù)中國信通院發(fā)布的《數(shù)據(jù)中心白皮書（2022年）》統(tǒng)計結(jié)且大型以上數(shù)據(jù)中心機(jī)架規(guī)模增長更為迅速。預(yù)計到2030年，總體在用機(jī)架規(guī)模達(dá)到1300萬架，按照單機(jī)柜功率2.5kW計算，總功率達(dá)到30000MW。據(jù)CDCC的調(diào)研結(jié)果顯示，國內(nèi)全行業(yè)數(shù)據(jù)中心中8kW功率密度以上的機(jī)柜占比由2021年的11%提升至2022年的25%，高功率機(jī)柜占比提升明顯。未來，隨著人工智能模型訓(xùn)練推理等應(yīng)用增加，多樣化算力協(xié)同成為常態(tài)，單IT機(jī)柜主流功率密度將從6-8kW/rack提高到12-15kW/rack，先進(jìn)計算、智算中心功率密度將提升至30kW以上。近年來，國家出臺了一系列文件支持?jǐn)?shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展壯大，同時鼓勵引導(dǎo)綠色、可持續(xù)數(shù)據(jù)中心建設(shè)。2021年3月，我國在“十6四五”規(guī)劃綱要中將數(shù)字化發(fā)展作為重要的發(fā)展方向，提出打造數(shù)字經(jīng)濟(jì)新優(yōu)勢的重要綱領(lǐng)，要求充分發(fā)揮海量數(shù)據(jù)和豐富應(yīng)用場景催生新產(chǎn)業(yè)新業(yè)態(tài)新模式，壯大經(jīng)濟(jì)發(fā)展新引擎。2022年2月，國家發(fā)展改革委、中央網(wǎng)信辦、工業(yè)和信息化部、國家能源局聯(lián)合貴州、甘肅、寧夏等8地啟動建設(shè)國家算力樞紐節(jié)點，并規(guī)劃了10個國家數(shù)據(jù)中心集群，標(biāo)志著我國“東數(shù)西算”工程正式全面啟動。“東數(shù)西算”工程是從國家戰(zhàn)略、技術(shù)發(fā)展、能源政策等多方面出發(fā)，在“新基建”的大背景下，統(tǒng)籌布局建設(shè)全國一體化算力網(wǎng)絡(luò)國家樞紐節(jié)點，助力我國全面推進(jìn)算力基礎(chǔ)設(shè)施高質(zhì)量規(guī)劃伴隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)中心所帶來的巨大能耗和碳排放問題越發(fā)引起社會關(guān)注。政府層面從現(xiàn)代化、數(shù)字化、綠色化方面對新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了方針指引，同時從碳達(dá)峰、碳中和的戰(zhàn)略出發(fā)對信息通信業(yè)綠色低碳水平提出了更高要求。目前，數(shù)據(jù)中心產(chǎn)業(yè)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展已成為社會共識，粗放、低能效的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心正在向集約、高技術(shù)、高能效的新型數(shù)據(jù)中心變革。工業(yè)和信息化部在《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021—2023年）》（以下簡稱《行動計劃》）中提出了“新型數(shù)據(jù)中心”的概念，指出“新型數(shù)據(jù)中心是以支撐經(jīng)濟(jì)社會數(shù)字轉(zhuǎn)型、智能升級、融合創(chuàng)新為導(dǎo)向，以5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等應(yīng)用7需求為牽引，匯聚多元數(shù)據(jù)資源、運用綠色低碳技術(shù)、具備安全可靠能力、提供高效算力服務(wù)、賦能千行百業(yè)應(yīng)用的新型基礎(chǔ)設(shè)施，具有高技術(shù)、高算力、高能效、高安全特征?！薄缎袆佑媱潯访鞔_提出到2023年底新建大型及以上數(shù)據(jù)中心PUE降低到1.3以下。《行動計劃》著重引導(dǎo)新型數(shù)據(jù)中心走高效、清潔、集約、循環(huán)的綠色低碳發(fā)展道路，加快先進(jìn)綠色技術(shù)產(chǎn)品應(yīng)用，鼓勵應(yīng)用高密度集成等高效IT設(shè)備、液冷等高效制冷系統(tǒng)、高壓直流等高效供配電系統(tǒng)、能效環(huán)境集成檢測等高效輔助系統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)品。為有序推動以數(shù)據(jù)中心、5G基站為代表的新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展，發(fā)揮其“一業(yè)帶百業(yè)”作用，助力實現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)，2021年11月，國家發(fā)改委等四部門聯(lián)合發(fā)布《貫徹落實碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)要求推動數(shù)據(jù)中心和5G等新型基礎(chǔ)設(shè)施綠色高質(zhì)量發(fā)展實施方案》，提出“到2025年全國新建大型、超大型數(shù)據(jù)中心平均電能利用效率降到1.3以下，國家樞紐節(jié)點進(jìn)一步降到1.25以下，綠色低碳等級達(dá)到4A級以上”的發(fā)展目標(biāo)。政府和地方連續(xù)出臺詳細(xì)的綠色節(jié)能發(fā)展要求，涵蓋數(shù)據(jù)中心PUE、上架率、WUE、可再生能源使用率等指標(biāo)，有效引導(dǎo)了新建、改擴(kuò)建和“老舊”改造等數(shù)據(jù)中心綠色節(jié)能建設(shè)工作。國8家部會9 --加大先進(jìn)節(jié)能節(jié)水技術(shù)應(yīng)用。鼓勵自建余熱、冷卻水回收設(shè)施，加快應(yīng)用先進(jìn)適用的節(jié)水技術(shù)和裝備，提高水資源利用效率。部數(shù)據(jù)中心水資源全年消耗量與信息設(shè)備全年耗電量的比值不高于2.5L/kWh。北京市地方標(biāo)準(zhǔn)《用水定b通用值用于現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心的日常用水管理和門部35702可再生能源最5提升綠色能源利用水平。推動數(shù)據(jù)中心充分利用中心項目要逐步加大分布式供能、可再生能源使用量的占比；鼓勵在小型或邊緣數(shù)據(jù)中心中開展模塊化氫電池和太陽能板房的試點應(yīng)用，采用儲能技術(shù)，更好提高能源效率；鼓勵企業(yè)參與電力市場化交易，支撐可再生能源交易創(chuàng)新，支持?jǐn)?shù)（一）數(shù)據(jù)中心計算密度提升帶來散熱挑戰(zhàn)在過去，算力性能提升主要通過半導(dǎo)體工藝增加晶體管密度實倍。但最近10年，隨著摩爾定律失效，芯片性能增長明顯放緩。通耗仍然增加迅速，當(dāng)前主流處理器芯片CPU功率約為200W，最新發(fā)近三十年來，信息量的迅猛增長對IT設(shè)備的性能率密度還會進(jìn)一步上升。以電信/通訊為主要用途的服務(wù)器，單機(jī)架至芯片級冷卻技術(shù)[3]。平，2023年穩(wěn)定在1.58。自2014年以來年平均PUE值維持在發(fā)和應(yīng)用日益迫切。近幾年隨著云計算、AI技術(shù)的迅速發(fā)展，最為容量條件下，液冷方式允許配置更多的IT設(shè)備，可最大化（三）散熱和能耗問題驅(qū)動冷卻技術(shù)進(jìn)步數(shù)據(jù)中心冷卻系統(tǒng)能耗占比僅次于IT設(shè)備中心能耗分析數(shù)據(jù)可以看出，冷卻系統(tǒng)的能耗是1）數(shù)據(jù)存儲和簡單計算階段。數(shù)據(jù)中心最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，采用的是以主機(jī)為核心的計算方式，一臺大型主機(jī)就是數(shù)據(jù)中心，如IBM360系列計算機(jī)，其主要業(yè)務(wù)是數(shù)據(jù)的集中存儲和管理。機(jī)柜功率密度約為1～2kW/rack，主要依靠空調(diào)系統(tǒng)和機(jī)柜內(nèi)部風(fēng)扇即可滿足散熱需求。2）數(shù)據(jù)處理及業(yè)務(wù)應(yīng)用階段。20世紀(jì)70年代以后，隨著計算需求的不斷增加、計算機(jī)價格的下降以及廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的普及、應(yīng)用，數(shù)據(jù)中心的規(guī)模不斷增大，數(shù)據(jù)中心開始承擔(dān)核心的計算任務(wù)。機(jī)柜功率密度約為1～5kW/rack，主要依靠機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)和機(jī)柜內(nèi)部風(fēng)扇進(jìn)行散熱，冷卻效率較早期有所提升。3）數(shù)據(jù)運營服務(wù)階段。20世紀(jì)90年代，互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展使網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用多樣化，客戶端／服務(wù)器的計算模式得到廣泛應(yīng)用。數(shù)據(jù)中心具備了核心計算和核心業(yè)務(wù)運營支撐功能。機(jī)柜功率密度為5～10kW/rack，主要依靠機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)、機(jī)柜內(nèi)部風(fēng)扇，并采用冷熱空氣管理、后門熱交換器等冷卻方式，冷卻效率顯著提升。服務(wù)器數(shù)量迅速增長。虛擬化技術(shù)的成熟應(yīng)用和云計算技術(shù)的迅速發(fā)展使數(shù)據(jù)中心進(jìn)入了新的發(fā)展階段。機(jī)柜功率密度不斷抬升，10kW/rack～15kW/rack機(jī)柜成為主流，空調(diào)制冷系統(tǒng)結(jié)合自然冷卻技術(shù)的制冷方式成為降低數(shù)據(jù)中心能耗的有效手段；同時，液冷技術(shù)既能解決高熱流密度芯片散熱問題，又可實現(xiàn)全年全地域自然冷卻，大幅降低制冷能耗，作為新興技術(shù)迅速占據(jù)市場。氣冷卻成為解決散熱難題的最優(yōu)解。1964年，IBM推出了世界首款安裝部署更為簡單，液冷技術(shù)并未被重視。21世紀(jì)初，隨著芯片功技術(shù)；2013年，美國綠色革命冷卻技術(shù)公司GRC首創(chuàng)為也得到重視，國家和地方出臺了一系列數(shù)據(jù)中心能效在國內(nèi)有了迅速成長壯大的土壤，國內(nèi)如曙光、華為模使用的第一個公開案例。2017年華為推出FusionServer板級液冷方案，同年浪潮發(fā)布了以冷板液冷服務(wù)器為核心的解決方案；2018年阿里在其自建的張北數(shù)據(jù)中心部署了浸沒式液冷系統(tǒng)；2019年中隨著國內(nèi)主流服務(wù)器廠商紛紛加快推出自己的液冷服務(wù)器和液冷系在不同的數(shù)據(jù)中心項目上如何選擇合適的冷卻方案也成了人們高度數(shù)據(jù)中心的排熱是將電子設(shè)備產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移到室外環(huán)境的過程，以IT設(shè)備為主的發(fā)熱源的熱量由流動的冷卻介質(zhì)（如空氣、液冷卻兩類（如圖3所示）。隨著能耗成本的不斷攀升和全球不同國不會顯著升高溫度；液體的對流換熱系數(shù)是式的不同，可分為間接冷卻和直接冷卻兩種方式（如圖5所示）。然冷卻和水側(cè)自然冷卻。這兩類自然冷卻方式又可分為若干不同類冷板式液冷基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)工作原理圖如圖7所示，服務(wù)器內(nèi)主元（又稱“CDU”與冷量分配單元一側(cè)次常溫冷卻水進(jìn)行換熱，冷板的設(shè)計形態(tài)、加工工藝可以依據(jù)不同的冷板式液冷二次側(cè)冷卻液的選擇應(yīng)滿足與所有直接接觸的材料抑菌性能，但不具備防凍功能，在北方地區(qū)的冬季進(jìn)施工過程中處置不當(dāng)則存在結(jié)凍風(fēng)險。乙二醇水溶液/丙二醇水溶液二醇/丙二醇水溶液冰點不同，具體添加比例應(yīng)結(jié)合使用地的冬季最低氣溫參數(shù)和實際防凍要求確定。乙二醇/丙二醇的添加同時也會使子水配方水?？紤]到乙二醇/丙二醇濃度越高使溶液傳熱系數(shù)衰減程/冷板式液冷冷量分配單元（coolantdistrib“CDU”是指用于二次側(cè)高溫液態(tài)冷卻介質(zhì)與一次側(cè)——緩沖裝置用于穩(wěn)定系統(tǒng)壓力，降低補液（1）提供循環(huán)動力：為室內(nèi)系統(tǒng)的冷卻液提供循環(huán)動力，保證（3）負(fù)責(zé)熱交換：二次側(cè)與一次側(cè)通過CDU進(jìn)行熱交換，最終的熱量，流經(jīng)冷量分配單元CDU，一次側(cè)冷源設(shè)備處理的中溫循環(huán)水流經(jīng)到CDU時對二次側(cè)液體進(jìn)行持續(xù)性的降溫處理，這一過程中的主式冷卻塔或閉式冷卻塔、干冷器。為保證進(jìn)入冷量分配單元（CDU）的水質(zhì)，采用開式冷卻塔時還應(yīng)在CDU和開式冷卻塔之間增加一次板15℃~33℃進(jìn)水溫度，自然環(huán)境完全滿足液冷系統(tǒng)一次側(cè)散熱需求，冷板式液冷解決方案可引用液冷占比LPE這一概念，來衡量數(shù)據(jù)LPE:liquidperformanceefficiency縮寫，液冷性能效率，簡PL：直接液冷功耗，為直接由液冷帶走的P0：系統(tǒng)總功耗，包含直接液冷功耗，風(fēng)冷功吸收大量熱量而不會顯著升高溫度；液體的對流換熱系數(shù)是空氣的件替代CPU原散熱套件，通過冷卻液在冷板中的強制對流，有效地將CPU核溫低至65℃左右。芯片級精確制冷使元器件在更穩(wěn)定更合適的冷板式液冷技術(shù)散熱效率更高，可滿足芯片熱流密度50W/cm2~耗。冷板液冷CLF可低至0.1以下，比傳統(tǒng)空CDU設(shè)備具有進(jìn)出液溫度、流量等智能監(jiān)控功能，及漏液故障告警和（1）適用于全年全地域環(huán)境條件：冷板式液冷系統(tǒng)利用液體作為傳熱介質(zhì)帶走服務(wù)器熱量，利用室外側(cè)常溫冷卻水即可完成熱交（2）適用于中高熱流密度芯片散熱：冷板與服務(wù)器高發(fā)熱元器根據(jù)賽迪顧問《2023中國液冷應(yīng)用市場研究報告》統(tǒng)計，2020年中科曙光完成首個國內(nèi)首個冷板式液冷服務(wù)器大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用項（1）運維人員需定期對液冷系統(tǒng)進(jìn)行巡檢。日常巡檢主要檢查在冷卻介質(zhì)的充排液處理時，應(yīng)該參照維護(hù)手冊進(jìn)行并遵守相關(guān)規(guī)用時需確保容器密封。每年按照數(shù)據(jù)中心總相變浸沒式液冷技術(shù)原理是指通過發(fā)熱元器件與冷卻液體直接接觸進(jìn)行散熱，即將服務(wù)器的主板、CPU、內(nèi)存等發(fā)熱元器件完全浸中科曙光推出的相變浸沒式液冷服務(wù)器系統(tǒng)以計算機(jī)柜和冷量2臺計算機(jī)柜，成為“一拖二”液冷計算單元（見圖12）。在項目——安全性高，具有良好的熱穩(wěn)定性，ODP值為零，大氣壽命提供冷量分配和智能管理的模塊。相變浸沒式液冷CDM由冷凝器、循相變浸沒式液冷CDM工作原理示意圖如圖13所示。在CDM的二次側(cè)循環(huán)中，CDM提供低溫液態(tài)冷卻液至分集液器，再通過分集液器平集液器的回氣管中，最終通過CDM的換熱器與一次側(cè)冷卻水進(jìn)行換熱變成低溫冷卻液，然后CDM再次提供低溫液態(tài)冷卻液至分集液器，完成二次側(cè)的循環(huán)。在CDM的一次側(cè)循環(huán)中，在CDM換熱器中升溫后的將熱量最終釋放到大氣中，變成低溫冷卻水，再回到CDM換熱器中與（1）提供循環(huán)動力：為室內(nèi)系統(tǒng)的冷卻液提供循環(huán)動力，保證（3）負(fù)責(zé)熱交換：二次側(cè)與一次側(cè)通過CDU進(jìn)行熱交換，最終（4）其他：提供冷卻液凈化、儲液等功能；支持刀片運維下架相變浸沒式液冷系統(tǒng)二次側(cè)支持38℃~40℃以下供液溫度，一次側(cè)支持15～35℃供水溫度。一次側(cè)可選擇開式冷卻塔或閉式冷卻塔、干冷器，為保證進(jìn)入冷量分配模塊（CDM）的水質(zhì)，采用開式冷相變浸沒式液冷散熱效率極高，可滿足芯片熱流密度高達(dá)100W/cm2～150W/cm2。滿足計算節(jié)點緊湊化部署，單機(jī)柜功率高達(dá)168kW，縮短了節(jié)點間的通信距離，突破了大系統(tǒng)高速網(wǎng)絡(luò)通信延時將逐漸低于風(fēng)冷方案，并且隨著運行時間增（1）適用于全年全地域環(huán)境條件：相變浸沒式液冷系統(tǒng)利用液（2）適用于超高熱流密度芯片散熱：計算節(jié)點全部發(fā)熱元器件達(dá)100W/cm2的散熱需求，解決方案低至1.1以下，尤其適用于高密度相變浸沒式液冷技術(shù)解決方案自2018年全球首個大規(guī)模相變浸密度計算場景的大型、超大型數(shù)據(jù)中心。隨著生成式AI技術(shù)在人工別參數(shù)（如溫室效應(yīng)值GWP）優(yōu)于進(jìn)口產(chǎn)品000相變浸沒式液冷系統(tǒng)架構(gòu)及產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化程度不足的問題同冷板（1）刀片式服務(wù)器需要下架維護(hù)時，應(yīng)按照流程要求正確使用（2）冷卻液泄漏時，對大量溢出或泄露的冷卻液，用泵抽回到單相浸沒式液冷是以液體作為傳熱介質(zhì)，將發(fā)熱電子元件直接浸單相浸沒系統(tǒng)原理圖如圖14所示，單相浸沒液冷是將服務(wù)器放浸沒在腔體的冷卻介質(zhì)中，服務(wù)器運行時發(fā)熱器件會產(chǎn)生大量的熱——支持2N冗余。備用泵水系統(tǒng)可以承擔(dān)主泵的全部負(fù)荷；旋開式頂蓋設(shè)計，設(shè)可視透明窗，觀察便捷；進(jìn)/回液管采用特殊設(shè)器和泵組，泵組、換熱器殼程、Tank及其連接管道，充注有絕緣冷——需要時卸下清洗并重新安裝任何積聚或被雜物堵塞的冷卻劑——冷卻液泵運行時，檢查機(jī)架是否存在氣泡。這是不平衡、冷況，如果防溢板中存在過量冷卻劑，則需要使用通用清洗技術(shù)進(jìn)間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)基本原理是通過水蒸發(fā)吸熱降低空氣溫度來冷間接蒸發(fā)冷卻空-空換熱機(jī)組為風(fēng)側(cè)間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用的一干工況模式濕工況模式帶有間接蒸發(fā)冷卻功能的智能熱管全變頻氟泵空調(diào)為制冷劑側(cè)間間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組為水側(cè)間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)應(yīng)用的一種形智能熱管空調(diào)是一套由高效風(fēng)冷變頻壓縮機(jī)+變頻室外機(jī)+氟泵+機(jī)房專用空調(diào)系統(tǒng)。通過全新的控制邏輯和引入AI自我優(yōu)化技術(shù)降（1）具有較高的全年能效比。水汽化潛熱大，蒸發(fā)冷卻效果比（2）需要耗水。間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)需要消耗水資源，一般是采間接蒸發(fā)冷卻空-空換熱機(jī)組適用于場地水資源充沛、空氣質(zhì)量良好的場景，缺水干旱地區(qū)會受到限制。間接蒸發(fā)冷卻空-智能熱管氟泵空調(diào)是在風(fēng)冷直膨式系統(tǒng)的室外冷凝器上增加間接表格數(shù)據(jù)來源：ODCC《數(shù)據(jù)中心智能熱管全變頻氟泵技術(shù)白皮書》，參數(shù)基于室內(nèi)回風(fēng)溫度35℃、送風(fēng)溫度20℃工況條件下計算得出間接蒸發(fā)冷卻冷水機(jī)組適用于水資源充沛區(qū)域，通常作為水冷冷（2）對水質(zhì)的要求特別嚴(yán)格，水處理技術(shù)的應(yīng)用特別關(guān)鍵。換（1）定期檢查設(shè)備各部件是否運行正常，如有異常，進(jìn)行相應(yīng)（2）定期檢查程序控制是否運行正常，如有異常，進(jìn)行相應(yīng)故（3）定期檢查水系統(tǒng)水質(zhì)，集水盤定期清洗排污，噴嘴是否臟（4）對制冷劑側(cè)間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組，室外冷凝器定期清洗換熱），（5）對制冷劑側(cè)間接蒸發(fā)冷卻機(jī)組，室外冷凝器噴淋水系統(tǒng)定（6）空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)要根據(jù)過濾網(wǎng)的臟堵情況檢查更換，在使用期間過濾網(wǎng)必須每月檢查一次并按要求更換。更換過濾網(wǎng)之前關(guān)閉電氟泵技術(shù)是在原直膨式空調(diào)系統(tǒng)中增加制冷劑泵及配套，制冷劑熱管是一種具有極高導(dǎo)熱性能的傳熱元件，通過在全封閉真空管空調(diào)系統(tǒng)中冷媒管路及內(nèi)部的冷媒組合類似熱管，能夠不通過壓2.技術(shù)分類、適用范圍及存在的問題號調(diào)分體式氟泵空調(diào)就是通常說的氟泵DX空分體氟泵空調(diào)技術(shù)比可以配置冷凝器水噴淋來實現(xiàn)更好的節(jié)能效果，在北方冬季氟泵可發(fā)揮明顯節(jié)能作調(diào)整體式氟泵空調(diào)一般室外面積或者屋面面分體氟泵空調(diào)技術(shù)比單臺壓縮機(jī)故障的影臺室外機(jī)拖多個室內(nèi)機(jī)，室內(nèi)機(jī)有房間空形式。單臺壓縮機(jī)制冷量100~1000kW，磁懸浮壓縮機(jī)屬于離用風(fēng)冷冷凝器占地面器間接蒸發(fā)冷卻方式臺室外機(jī)拖多個室內(nèi)機(jī)，室內(nèi)機(jī)有房間空氣懸浮壓縮機(jī)屬于離用風(fēng)冷冷凝器占地面器間接蒸發(fā)冷卻方式壓縮機(jī)故障影響面較式管大管耗管小分體式氟泵空調(diào)最為常見，氟泵空調(diào)的制冷系統(tǒng)可以在室外環(huán)境壓縮機(jī)、室內(nèi)風(fēng)機(jī)、室外風(fēng)機(jī)、電子膨脹閥、氟泵等關(guān)鍵器件采用全變頻設(shè)計，可根據(jù)機(jī)柜熱負(fù)載自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)10%—110%冷量2）三種運行模式、自動調(diào)節(jié)，適用各種工況環(huán)境當(dāng)提高機(jī)房內(nèi)回風(fēng)溫度，或者制冷設(shè)備處于部分負(fù)荷的情況下，同時氟泵技術(shù)結(jié)合采用間接蒸發(fā)冷卻技術(shù)及重力熱管技術(shù)，可以高壓噴霧的形式，一部分通過等焓的過程降低冷凝器周邊的空氣溫整體式氟泵空調(diào)機(jī)組通過低功率氟泵充分利用大氣自然冷源實現(xiàn)數(shù)據(jù)機(jī)房制冷的一體化設(shè)備，通常大型數(shù)據(jù)中心采用單機(jī)組冷量100kW～400kW，中小型數(shù)據(jù)中心或節(jié)能改造用機(jī)組冷量范圍100kW～200kW。數(shù)據(jù)中心制冷解決方案。應(yīng)用場景為大部分地區(qū)的中小型數(shù)據(jù)中心W~400kW,為小顆粒度集渦旋壓縮機(jī)氟泵多聯(lián)空調(diào)的技術(shù)特點如下：1）新一代變頻渦旋壓縮機(jī)可靠與節(jié)能大幅提升優(yōu)化變頻技術(shù)：該變頻壓縮機(jī)技術(shù)可安全運行在1000-7200RPM永磁同步電機(jī)：永磁同步電機(jī)具有較高的運轉(zhuǎn)效率和功率因數(shù)，磁同步電機(jī)效率比同容量異步電機(jī)提高了3%～12%；而且在體積和最高運作轉(zhuǎn)速與異步電動機(jī)一樣的條件下輸出功率也高出10%~4）高適應(yīng)性和高可靠性氣懸浮或磁懸浮相變系統(tǒng)技術(shù)特點如下：2）系統(tǒng)控制高度集成化，方便運維管理（2）室外冷凝器定期清洗換熱器翅片，每年至少清洗兩次，當(dāng)面或設(shè)備框架振動而晃動，否則應(yīng)采用緊固物件對制冷管道進(jìn)行加新風(fēng)直接自然冷卻系統(tǒng)主要由室內(nèi)機(jī)組，含新風(fēng)閥、回風(fēng)閥及防霜風(fēng)閥的節(jié)能混風(fēng)箱模塊及排風(fēng)口組成。當(dāng)室外新風(fēng)溫度達(dá)到啟動式。系統(tǒng)根據(jù)室外溫度及室內(nèi)回風(fēng)溫度，調(diào)節(jié)新風(fēng)閥、回風(fēng)閥及防（1）當(dāng)室外溫度高于24℃時，機(jī)組在壓縮機(jī)模式運行，機(jī)組運行方式為：壓縮機(jī)運行+室內(nèi)側(cè)風(fēng)循環(huán)。室內(nèi)回風(fēng)閥完全打開，排風(fēng)（2）當(dāng)室外溫度在18℃~24℃范圍內(nèi)時，機(jī)組在混合運行，機(jī)（3）當(dāng)室外溫度不高于18℃時，機(jī)組運行新風(fēng)自然冷卻模式，根據(jù)不同廠商不同（不同形式見圖25），大部分以客戶實際機(jī)房定外低溫低濕空氣給機(jī)房降溫，節(jié)能60%以上，低壓頭風(fēng)機(jī)矩陣采用4.全新風(fēng)直接冷卻應(yīng)用領(lǐng)域新風(fēng)自然冷卻系統(tǒng)應(yīng)該在數(shù)據(jù)中心建設(shè)之前就考慮該方案，并圍繞該制冷解決方案進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的選址、設(shè)計。特別是在前期選址應(yīng)用規(guī)模方面，新風(fēng)自然冷卻系統(tǒng)適用于中國大部分區(qū)域，且適圖27提供了一種湖水作為自然水冷源的解決方案，該解決方案這樣的循環(huán)系統(tǒng)降低機(jī)械制冷設(shè)備的投入和電力消耗，使得直接水側(cè)自然冷卻系統(tǒng)成為一種相對節(jié)能、環(huán)保的數(shù)據(jù)中心冷卻解決方相對于傳統(tǒng)的機(jī)械制冷系統(tǒng)來說，能夠顯著減少對電力的依賴，直接水側(cè)自然冷卻系統(tǒng)通常不依賴于復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備，因此在設(shè)冷卻系統(tǒng)通常在運行成本上更為經(jīng)濟(jì)。尤其是在氣溫相對較低的地在規(guī)劃新建數(shù)據(jù)中心時，可以在設(shè)計階段考慮直接水側(cè)自然冷（1）水質(zhì)和水源穩(wěn)定性。直接水側(cè)自然冷卻系統(tǒng)對水質(zhì)和水源（2）環(huán)境影響。數(shù)據(jù)中心排放的熱水可能對周圍的水生態(tài)系統(tǒng)（5）微生物和生物污染。冷卻水中的微生物和生物污染可能會（8）安全性。在設(shè)計中需要考慮水源的安全性，以防止外部因（2）水質(zhì)監(jiān)測和處理。定期對冷卻水的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，以檢測（3）管道系統(tǒng)檢查。定期檢查冷卻水的管道系統(tǒng)，確保沒有泄（6）備用設(shè)備和應(yīng)急計劃。部署備用設(shè)備，如備用水泵或備用（8）培訓(xùn)人員技能。確保運維人員具有必要的培訓(xùn)和技能，能（9）記錄和報告。記錄系統(tǒng)的性能數(shù)據(jù)，包括溫度、水質(zhì)、維綜合考慮這些要求，可以幫助確保直接水側(cè)自然冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)數(shù)據(jù)中心常用的是機(jī)械通風(fēng)閉式塔、開式塔，其中機(jī)械通風(fēng)開式這個有一個前提條件就是需要無限的換熱時間和無限大的閉式冷卻3℃~5℃。約高出3℃~5℃。業(yè)過程冷卻還是商業(yè)建筑空調(diào)，冷卻塔都能），高效軸流風(fēng)機(jī)，采用EC風(fēng)機(jī)，實現(xiàn)無級調(diào)速。其可靠通過顯示屏可實時查看風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速運行狀態(tài)，可實時讀取故障信霧化器進(jìn)水通道尺寸大于機(jī)械噴嘴水流通道尺寸，不容易被堵干冷器用于自然冷源系統(tǒng)，室內(nèi)機(jī)采用帶FreeCooling（1）干冷器用于空調(diào)的水冷系統(tǒng)和自由冷卻系統(tǒng)時，適用于各（1）相對于冷卻塔而言，干冷器的占地面積較大。同等換熱能（2）換熱器采用銅管鋁翅片形式，換熱器表面容易覆蓋污垢、（3）如果機(jī)組或水管在環(huán)境溫度低于0℃時，需要添加防凍液（1）設(shè)備不需要特殊檢修。然而，常規(guī)檢查和保養(yǎng)可以保證設(shè)（2）定期檢查設(shè)備各部件是否運行正常，如有異常，進(jìn)行相應(yīng)（4）定期檢查電氣系統(tǒng)，建議每半年對電氣系統(tǒng)進(jìn)行一個維護(hù)（5）定期水質(zhì)檢測，水質(zhì)檢測是水處理的重要環(huán)節(jié)之一，水質(zhì)當(dāng)前數(shù)據(jù)中心的制冷系統(tǒng)大多采用制冷設(shè)備自帶的基本控制方設(shè)備的基本控制方式，AI采用的智能采集器除采集大量溫度數(shù)據(jù)之外，還可以采集制冷設(shè)備、供配電設(shè)備、IT信息設(shè)備的能耗數(shù)據(jù)供從上圖可見，業(yè)務(wù)區(qū)、電力區(qū)和室外區(qū)的設(shè)備、溫濕度傳感器通通過AI智慧節(jié)能探索，采用強化學(xué)習(xí)和回歸預(yù)測，使機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)123456（1）冷凍水型機(jī)房空調(diào)系統(tǒng)的余熱利用水側(cè)余熱回收，系統(tǒng)原理如下圖（圖39）。余熱回收利用主要發(fā)生在冬季，通過余熱回收機(jī)組進(jìn)行熱回收，進(jìn)圖片來源：網(wǎng)絡(luò)AHU空調(diào)系統(tǒng)是一種被大型數(shù)據(jù)中心機(jī)房廣泛采用的溫控方式，量品位較高，回收效果最佳。然后，通過AHU機(jī)組中的空-空換圖片來源：網(wǎng)絡(luò)冬季采暖季節(jié)，PHU熱回收機(jī)組可維持更高的蒸發(fā)溫度，利用--熱源溫度(℃)-回水溫度(℃)-供水溫度(℃)-蒸發(fā)溫度(℃)冷凝溫度(℃)-0源的綜合利用。其原理如圖41，壓縮機(jī)排氣管路上并聯(lián)一個熱回收熱水。通過電磁閥與電動球閥調(diào)節(jié)整機(jī)供熱量。A/B系統(tǒng)分級切入/的熱量有參考意義的熱價為50-60元/GJ，熱量的主要消費對象為：送的問題。通常，50℃左右的熱采用管道輸送只適合2～3km半徑內(nèi)和用戶，就成為可行的拓展方式。圖42、圖43所示為相變蓄熱車圖片來源：網(wǎng)絡(luò)圖片來源：網(wǎng)絡(luò)橫切技術(shù)，可提供工藝熱量取代大部分的化石品位的工業(yè)蒸汽，并通過管網(wǎng)輸送到半徑15公里的工商業(yè)用戶）：圖片來源：網(wǎng)絡(luò)圖片來源：網(wǎng)絡(luò)習(xí)近平總書記在中央財經(jīng)委員會第九次會議上提出構(gòu)建新型