噴淋式直接液冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
圖1 噴淋式直接液冷系統(tǒng)工藝流程原理圖
一、噴淋式直接液冷系統(tǒng)
圖1示意了一種典型的噴淋式直接液冷系統(tǒng)原理圖，其要分為冷卻水循環(huán)、冷凍水循環(huán)和冷卻液循環(huán)。設(shè)備主要由冷卻塔、冷水機(jī)組、CDU、噴淋液冷機(jī)柜構(gòu)成。上圖的冷卻循環(huán)可以是分布式的、也可以是集群式的，但分布式的冷卻方案具有更高的可靠性、靈活性以及可擴(kuò)展性。在實(shí)際項(xiàng)目中，冷凍水或冷卻水建議分配到多個(gè)CDU中，CDU中的冷卻液也分配到多個(gè)機(jī)柜。
在具體工程項(xiàng)目中，上述循環(huán)過程和設(shè)備并不是充分或者必須的。根據(jù)環(huán)境的干球溫度、濕球溫度、建筑物規(guī)模、供液溫度等因素，選擇冷卻循環(huán)與室外散熱模塊。
例如圖2 所示的冷卻循環(huán)與室外散熱模塊方式均可以實(shí)現(xiàn)。
圖2幾種常見的噴淋式直接液冷系統(tǒng)原理圖
二、噴淋式直接液冷機(jī)柜
噴淋式直接液冷機(jī)柜是整個(gè)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)液冷過程的核心部件，常見液冷標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜尺寸有600mm×1200mm×2000mm和600mm×1200mm×2200mm，圖3示意了兩種典型的噴淋式液冷實(shí)現(xiàn)方法。
對(duì)上述兩種典型噴淋機(jī)柜的基本工作原理描述如下：
a）被CDU冷卻之后的冷媒被泵通過管路輸送至機(jī)柜內(nèi)部；
b）冷媒進(jìn)入機(jī)柜后直接通過分液支管進(jìn)入與服務(wù)器相對(duì)應(yīng)的布液裝置，或者將冷媒輸送至儲(chǔ)液箱以提供固定大小的重量勢能以驅(qū)動(dòng)冷媒通過布液裝置進(jìn)行噴淋；c）之后，冷媒將通過布液器對(duì)IT設(shè)備中的發(fā)熱器件或與之相連的導(dǎo)熱材料（如：金屬散熱器、VC、熱管等）進(jìn)行噴淋制冷；
d）被加熱之后的冷媒將通過集液裝置（如：回液管、集液箱等）進(jìn)行收集并通過泵輸送至CDU進(jìn)行下一次制冷循環(huán)。
三、換熱設(shè)備
a）各類換熱設(shè)備
整個(gè)噴淋液冷工藝流程循環(huán)中，通過換熱設(shè)備將不同的子循環(huán)過程串連起來，其中換熱設(shè)備的具體形式需要根據(jù)換熱溫差（接近點(diǎn)溫差或?qū)?shù)平均溫差）、安全性、體積、重量、成本、可靠性等參數(shù)確定。以下給出幾種常見換熱器的接近點(diǎn)溫度，見表1。
表1常見換熱器的接近點(diǎn)溫度
在使用冷卻塔的時(shí)候，需按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)配或用戶要求配置足夠大的補(bǔ)水水箱或水塔，大型數(shù)據(jù)中心通常需儲(chǔ)備12h的補(bǔ)水量。
b）冷水機(jī)組
冷水機(jī)組按照廢熱排放方式分為風(fēng)冷式冷水機(jī)組與水冷式冷水機(jī)組，兩種形式的冷水機(jī)組均可以在系統(tǒng)中作為補(bǔ)充使用。
標(biāo)準(zhǔn)冷水機(jī)組的設(shè)計(jì)出水溫度通常為7℃，回水溫度通常為12℃。除非在有除濕需求的運(yùn)用工況下，這樣的溫度對(duì)于任何形式的液冷系統(tǒng)往往過低。而對(duì)于噴淋液冷散熱需求，可適當(dāng)調(diào)高出水溫度來降低能耗，比如25℃進(jìn)，20℃出，同時(shí)防止冷凍水管的結(jié)露。為了防凍，可以在水中添加防凍液降低凝固點(diǎn)，但需注意，防凍液的添加會(huì)導(dǎo)致混合液的物理性質(zhì)和換熱設(shè)備的性能產(chǎn)生變化。同時(shí)，管路、閥門、水泵及水箱等選型需耐防凍液腐蝕。
四、中間換熱與分配單元CDU及其布局
CDU是被推薦使用的一個(gè)中間換熱設(shè)備。CDU并非只是承擔(dān)一個(gè)換熱器的功能，該設(shè)備還肩負(fù)著制冷量（而不僅是冷卻液流量）分配的功能。CDU的主要功能及特點(diǎn)如下：
a）提供并調(diào)節(jié)冷卻液的流量或供液壓力；
b）調(diào)節(jié)冷卻液的溫度；
c）對(duì)冷卻液進(jìn)行在線過濾或旁路過濾；
d）對(duì)冷卻液進(jìn)行預(yù)加熱（通常不需要）。
上述功能并非在所有應(yīng)用中都是必須的，可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行選擇。圖4示意了一種典型的CDU實(shí)現(xiàn)形式。
圖4示意的CDU為眾多實(shí)現(xiàn)方式的一種，其中示意的部件并非是充分的或必須的，其主要功能通過以下方式實(shí)現(xiàn)。
a）供液流量和壓力控制：系統(tǒng)可以在泵出口的管路配置比例調(diào)節(jié)閥或者對(duì)泵進(jìn)行變頻控制，從而調(diào)整CDU的供液流量或者供液壓力，為提高控制精度，可將泵的運(yùn)行頻率或比例閥的開度與布置在供液管道上的壓力傳感器或溫度傳感器進(jìn)行閉環(huán)控制；
b）供液溫度調(diào)節(jié)：若CDU并沒有流量或者壓力控制需要，則可以將循環(huán)泵設(shè)置在換熱器的前段，并在泵出口配置比例調(diào)節(jié)閥且連通至換熱器后的管路，通過控制流經(jīng)換熱器的流量占比調(diào)節(jié)供液溫度；但更為穩(wěn)健的做法是通過調(diào)節(jié)二次冷卻環(huán)路系統(tǒng)的水量來調(diào)節(jié)溫度，這樣的做法可以通過在二次冷卻環(huán)路系統(tǒng)增設(shè)比例調(diào)節(jié)閥或節(jié)流閥實(shí)現(xiàn)；
c）過濾：過濾包括過濾冷卻液中的固體雜質(zhì)或液體雜質(zhì)（尤其是水分），過濾裝置（不限于固體顆粒過濾器）可以是并聯(lián)在冷卻液循環(huán)系統(tǒng)管路上的，也可以是串聯(lián)的；
d）預(yù)加熱：預(yù)加熱僅需在循環(huán)設(shè)備中增設(shè)加熱器即可，但須注意的是，加熱器在加熱過程中的表面溫度不宜過高，以避免冷卻介質(zhì)的老化。
為消除液冷機(jī)房環(huán)境內(nèi)的結(jié)露風(fēng)險(xiǎn)，建議將CDU的供液溫度調(diào)整至液冷機(jī)房環(huán)境露點(diǎn)溫度以上。
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