1液冷系統(tǒng)的介紹

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的散熱方式為風(fēng)冷散熱,即使用空氣作為冷媒,對(duì)服務(wù)器的發(fā)熱部件進(jìn)行換熱,帶走熱量的技術(shù)?而IDC液冷系統(tǒng)是指使用液體取代空氣作為冷媒,為發(fā)熱部件進(jìn)行換熱,帶走熱量的技術(shù)?采用液冷方式時(shí)必須要使用液冷服務(wù)器?該服務(wù)器是指將液體注入服務(wù)器,通過冷熱交換帶走服務(wù)器的散熱的一種服務(wù)器?

液冷系統(tǒng)的組成主要包含一次側(cè)換熱部分和二次側(cè)換熱部分,一次側(cè)是指從服務(wù)器帶走熱量并二次側(cè)進(jìn)行環(huán)路介質(zhì)進(jìn)行散熱的環(huán)路,二次側(cè)是指將一次側(cè)的熱量排至室外環(huán)境或其他熱回收單元的環(huán)路?

2液冷方式的主要形式

液冷形式主要分為噴淋式?冷板式和浸沒式,三種的主要區(qū)別體現(xiàn)在對(duì)服務(wù)器的散熱方式不同?噴淋式液冷是將冷卻液通過噴淋的方式淋在服務(wù)器的散熱元件上帶走服務(wù)器產(chǎn)生的熱量;冷板式液冷是在服務(wù)器的CPU等大功耗部件采用液冷冷板散熱,其他少量發(fā)熱器件(如硬盤?接口卡等)仍采用風(fēng)冷散熱系統(tǒng);浸沒式液冷是指將服務(wù)器的發(fā)熱元器件完全浸沒在冷卻液中,通過冷卻液的對(duì)流或相變將服務(wù)器的熱量帶走的散熱系統(tǒng)?其次,噴淋式浸沒式的服務(wù)器沒有風(fēng)扇,而冷板式服務(wù)器存在風(fēng)扇?具體介紹如下:

2.1噴淋式液冷系統(tǒng)

噴淋式直接液冷是面向電子設(shè)備器件精準(zhǔn)噴淋?直接接觸式的液冷技術(shù),冷卻液可通過重力或系統(tǒng)壓力直接噴淋至IT設(shè)備的發(fā)熱器件或與之相連接的固體導(dǎo)熱材料上,并與之進(jìn)行熱交換實(shí)現(xiàn)對(duì)IT設(shè)備的熱管理?在熱交換的工作過程中,IT設(shè)備內(nèi)冷卻液的自由液面低于被冷卻的發(fā)熱器件或與之連接的固體導(dǎo)熱材料,系統(tǒng)可通過IT設(shè)備外部的換熱單元對(duì)冷卻液換熱,滿足循環(huán)使用要求?

2.2冷板式液冷系統(tǒng)

冷板式液冷機(jī)柜的基本工作原理描述如下:采用冷板組件與高熱流密度元件接觸,發(fā)熱量經(jīng)由冷板組件中的冷卻介質(zhì)導(dǎo)出,再經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)冷卻回路熱交換傳遞,最終將設(shè)備熱量散發(fā)到外環(huán)境或進(jìn)行回收利用的一種液冷實(shí)現(xiàn)方式?

2.3浸沒式液冷系統(tǒng)

浸沒式液冷機(jī)柜的基本工作原理描述如下:通過把電子信息設(shè)備浸沒在冷卻液中,由冷卻液帶走熱量的一種散熱形式?根據(jù)冷卻液散熱過程中的形態(tài)不同,分為相變與與單相液冷?

3噴淋式、冷板式、浸沒式三種液冷優(yōu)勢(shì)對(duì)比

3.1充分利用自然冷源,節(jié)能效果明顯

液冷機(jī)柜可以充分利用室外的冷源?液冷機(jī)柜除冷板液冷之外,一般噴淋和浸沒式液冷的服務(wù)器側(cè)進(jìn)出冷卻液的溫度在40℃-45℃左右,而室外側(cè)的環(huán)境溫度一般都能夠滿足對(duì)冷卻液的散熱要求,噴淋和浸沒液冷均能全部采用室外冷源進(jìn)行服務(wù)器的散熱,總體PUE效果提升明顯,并且可以充分利用自然冷源,節(jié)能效果極其明顯?

三種液冷方式的PUE均能達(dá)到1.2以下,尤其是噴淋式和浸沒式液冷系統(tǒng)節(jié)能效果更加明顯,相對(duì)于風(fēng)冷而言約節(jié)約20%的空調(diào)電能,再加上因取消服務(wù)器內(nèi)部風(fēng)機(jī),IT部分電能可節(jié)省13%-25%,總體的節(jié)能效果在40%以上?

對(duì)當(dāng)前的碳排放而言,浸沒式和噴淋式液冷其輸出的水側(cè)溫度比較高,具有廢熱回收利用價(jià)值,如結(jié)合部分余熱利用,節(jié)能效果會(huì)有顯著提升的空間之外,也能降低整體數(shù)據(jù)中心的碳排放強(qiáng)度?

3.2機(jī)房可實(shí)現(xiàn)低噪聲

機(jī)房的噪聲主要來自服務(wù)器的風(fēng)扇,根據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)定,有人值守的主機(jī)房和輔助區(qū),在電子信息設(shè)備停機(jī)時(shí),位于主操作員位置測(cè)量的噪聲值應(yīng)小于65dB(A)?隨著大型數(shù)據(jù)中心的不斷出現(xiàn),主機(jī)房包含上百臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備規(guī)模的數(shù)據(jù)中心現(xiàn)象變得普遍?當(dāng)這些設(shè)備同時(shí)工作時(shí),大部分的噪聲接近或超過65dB,該數(shù)值均在設(shè)備正常運(yùn)行和負(fù)載50%-60%的情況下測(cè)試出的噪聲值,如果全速工作,風(fēng)扇可調(diào)速,則噪聲值只能更高?當(dāng)環(huán)境噪聲超過80dB時(shí),人員已經(jīng)無法在該環(huán)境里長時(shí)間工作,歐美的法律也規(guī)定,如果工作場(chǎng)所的噪聲達(dá)到80dB-85dB時(shí),須提供相應(yīng)的職業(yè)保護(hù)?

而采用噴淋和浸沒形式的液冷散熱,服務(wù)器內(nèi)部的風(fēng)扇均不存在,直接去除主要噪聲源,因此噪聲值可以降到低于30dB以下,即使采用冷板式液冷,一般風(fēng)扇在較低的轉(zhuǎn)速下工作,噪聲較之于常規(guī)風(fēng)冷形式更低,噪聲值也有極大改善?

另外由于液冷系統(tǒng)的自身特點(diǎn),減少了常規(guī)冷源部分(如冷水機(jī)組?空調(diào)室外機(jī)等),也能很大程度上降低對(duì)環(huán)境的噪聲影響,對(duì)于數(shù)據(jù)中心的布置及周圍環(huán)境而言,相對(duì)容易且友好?

3.3占地面積小

由于液冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且可以充分利用自然冷源,減少了常規(guī)數(shù)據(jù)中心的冷源及附屬設(shè)備及管道等布局,系統(tǒng)簡(jiǎn)單,占地面積小,加上一般液冷機(jī)柜可以達(dá)到高功率密度,能實(shí)現(xiàn)10-50kW功率,較之于常規(guī)可節(jié)省較大面積?

3.4系統(tǒng)布置改造靈活

由于液冷系統(tǒng)的占地面積小,系統(tǒng)簡(jiǎn)便,可利用自然冷源的優(yōu)點(diǎn),加上可以做到高功率密度,對(duì)于改造或者改擴(kuò)建的數(shù)據(jù)中心而言,便利性可以大大提高?

3.5機(jī)房環(huán)境需求低

對(duì)于浸沒式及冷板式液冷系統(tǒng)機(jī)房,無機(jī)房正壓要求,另外對(duì)于機(jī)房的整潔度無額外要求,對(duì)于機(jī)房的裝修如墻面?地板等要求較低?而且,由于機(jī)房的環(huán)境主要是滿足人員維護(hù)的需求?減少精密空調(diào)的數(shù)量及空調(diào)間的布置,可采用常規(guī)風(fēng)冷末端,機(jī)房的總體冷源的可靠性需求有所降低?

3.6服務(wù)器可靠性提高,壽命延長

3.6.1芯片工作溫度低,降低能耗

由于液體能效轉(zhuǎn)換效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過空氣,且液冷系統(tǒng)可直接對(duì)服務(wù)器的芯片等關(guān)鍵部件實(shí)現(xiàn)散熱,散熱精準(zhǔn)高效,因此服務(wù)器的關(guān)鍵部件的運(yùn)行溫度明顯低于常規(guī)風(fēng)冷散熱溫度,且溫度恒定,其系統(tǒng)可持續(xù)高負(fù)載運(yùn)行,效能翻倍;又由于噴淋式液冷和浸沒式液冷移除了服務(wù)器系統(tǒng)風(fēng)扇,可以直接降低服務(wù)器的能耗,約降低15%-25%,而冷板式則約降低5%-10%?

3.6.2服務(wù)器壽命提高

服務(wù)器的壽命提高主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:

1. 由于芯片工作主要是在較低溫度且溫度恒定下,當(dāng)減少風(fēng)機(jī)工作時(shí)的震動(dòng)(噴淋式和浸沒式液冷),可以顯著提高芯片的壽命;

2. 噴淋和浸沒液冷機(jī)房由于服務(wù)器浸沒在冷卻液內(nèi),服務(wù)器不需要與室內(nèi)的空氣進(jìn)行接觸,避免了空氣中的灰塵等顆粒物在服務(wù)器內(nèi)的累計(jì)而導(dǎo)致設(shè)備故障?另外也直接減少了環(huán)境中的水分及塵埃等對(duì)于服務(wù)器的腐蝕,提高了設(shè)備的可靠性,延長了設(shè)備的使用壽命?

3.7設(shè)備維護(hù)支出低

相對(duì)于噴淋式和浸沒式液冷,冷板式液冷系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)成本高昂,甚至超過風(fēng)冷系統(tǒng),主要是其使用的純凈水設(shè)備運(yùn)行維護(hù)支出比較高,且隨著使用年限的增長成本幾乎翻倍?

噴淋式和浸沒式液冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,設(shè)備的部件數(shù)量少,如省去了制冷主機(jī)?風(fēng)冷空調(diào)的設(shè)備數(shù)量,設(shè)備的故障發(fā)生概率會(huì)減少?從設(shè)備的全生命周期而言,一方面減少了設(shè)備的備件,另一方面也能減少后期的維護(hù)部分的人力支出?

冷板式相對(duì)于風(fēng)冷系統(tǒng)是額外增加一套液冷管道,系統(tǒng)較復(fù)雜?但部分浸沒式液冷系統(tǒng)的冷卻液使用氟化液相變方式,在維護(hù)時(shí),需要整體停機(jī)維護(hù),存在維護(hù)的難度,且液冷冷卻液的填充量最大?

從三種形式來看,噴淋式液冷系統(tǒng)除具備系統(tǒng)簡(jiǎn)單之外,能做到在線維護(hù),在三者中維護(hù)成本為最低,總體在后期設(shè)備全生命周期管理中,總體的維護(hù)費(fèi)用支出最簡(jiǎn)單,是三者中最好的一種方式?

3.8設(shè)備前期投資較大

由于液冷設(shè)備還處于起步階段,當(dāng)前液冷形式相對(duì)于傳統(tǒng)風(fēng)冷機(jī)房而言體量極小,加之部分關(guān)鍵材料如冷卻液等暫時(shí)受部分公司的壟斷,相對(duì)于常規(guī)機(jī)房而言,設(shè)備前期投資較大,并且由于部分設(shè)備需要定制,如服務(wù)器等,當(dāng)所需數(shù)量較小的情況下,成本更高,一般前期投資為傳統(tǒng)機(jī)房的3倍以上?當(dāng)單柜管理設(shè)備密度在20kW以上且超過500個(gè)柜子以上的情況下,成本會(huì)有較大的降低?

3.9客戶接受度需提高

液冷機(jī)柜屬于一種較新型的方式,目前,客戶的接受度不如常規(guī)風(fēng)冷機(jī)柜的接受度;由于當(dāng)前液冷機(jī)房的投資與機(jī)柜的功率密度關(guān)系較大,但參照當(dāng)前的社會(huì)成型案例,一般液冷機(jī)柜功率在10-20kW以上,難以達(dá)到客戶的接受程度,當(dāng)前基本為自有用戶的使用或改造,相信后期隨著液冷機(jī)柜的推廣,客戶的接受程度會(huì)有所提升?

4結(jié)論

綜上所述,噴淋式液冷的優(yōu)點(diǎn)相對(duì)于其他兩種液冷方式,主要體現(xiàn)在機(jī)房承重低?冷卻液充注量少?系統(tǒng)簡(jiǎn)單和機(jī)房噪聲低等?結(jié)合當(dāng)前數(shù)據(jù)規(guī)?；奶攸c(diǎn),在機(jī)房改造?企業(yè)自用機(jī)房的升級(jí)?通信行業(yè)BBU小型機(jī)組等應(yīng)用方面存在較大的利用空間,并在利用自然能源方面存在巨大的節(jié)能潛力,是一種值得推薦的新型數(shù)據(jù)中心散熱方式?

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