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数据中心制冷领域的技术出现了革新,液冷技术逐渐体现出优势

发布时间:2023-02-01  来源:立鼎产业研究网  点击量: 871 

液冷技术是风冷替代技术的代表。随着数据中心业务量不断增加,导致冷负荷密度提升,传统空调系统面临散热不足、能耗严重的问题。针对传统空调系统的不足,业内对空调技术模式进行探索创新,通过一系列冷风替代技术解决高能耗问题,液冷技术则是其中代表。

数据中心制冷领域的技术出现了革新,液冷技术逐渐体现出优势


资料来源:公开资料

液冷技术主要分为冷板式液冷与浸没式液冷两种方式。

冷板式,液冷为间接接触型,浸没式液冷为直接接触型。风冷是以空气作为冷媒,通过空气与发热部件接触换热实现散热的冷却方式。液冷是以液体作为冷媒的冷却方式,利用液体将数据中心IT设备内部元器件产生的热量传递到设备外,从而冷却IT设备。其中,冷板式液冷是一种间接接触型液冷,将冷板固定在散热对象上,液体在冷板内流动将设备热量传递带走,实现散热。浸没式液冷是一种直接接触型液冷,将服务器等有散热需求的IT设备完全浸没在冷却液中,通过液体的循环流动或相变进行冷却。

风冷以空气作为冷媒,液冷以液体作为冷媒


资料来源:赛迪顾问

浸没式液冷是一种直接接触型液冷


资料来源:赛迪顾问

浸没式液冷可将数据中心PUE降低至1.2以下,优于风冷和冷板式液冷。对比不同制冷方式,浸没式液冷冷却液和发热设备充分接触,散热效率更高,可将数据中心PUE降低至1.2以下,运行更稳定,同时由于没有风扇,噪音更低,符合国家发改委对数据中心建设的政策指导目标,是未来数据中心基础设施建设的发展方向。

浸没式液冷散热效率更高,运行更加稳定


资料来源:赛迪顾问

浸没式液冷是未来数据中心基础设施的发展方向


来源:中国电子技术标准化研究院

两相浸没液冷的能耗低于单相浸没液冷。数据中心浸没式液冷技术的能耗主要由促使液体循环的泵和室外冷却设备产生,根据冷却液换热过程中是否发生相变可分为单相浸没式液冷与两相浸没式液冷。其中,两相浸没式的冷却液循环是无源的,因此两相浸没液冷的能耗一般要低于单相浸没液冷。由于浸没式液冷的室外侧通常是高温水,其室外冷却设备往往可以利用自然冷源且不受选址区域的限制,从而起到节能减排的目的。

单相浸没式液冷具有一、二次侧冷媒


资料来源:国家信息中心等

两相浸没式的冷却液循环是无源的


资料来源:国家信息中心等

两相浸没液冷的能耗低于单相浸没液冷


资料来源:公开资料

15kW/柜以上时,液冷技术 具经济性优势。除风冷技术和液冷技术之外,制冷设备节能技术还包括间接蒸发冷却等。综合应用端而言,15kW/柜以上时风冷技术成本上升,液冷技术显露其经济性优势。作为液冷目前主流的冷板式液冷和浸没式液冷,当前主要用于高功率密度型业务如 HPC(High Performance Computing,高性能计算)和人工智能计算,通常单机柜功率超过 20kW。当前冷板式液冷主要应用于一般高密度的数据中心领域,而浸没式液冷目前主要集中应用于超高密度数据中心领域。

单机柜15kW以上采用液冷技术可以获得更好的整体性价比


资料来源:国家信息中心等

相比传统风冷技术,液冷技术的技术优势主要体现在以下几个方面:

1)更高的能源利用率。由于液体具有较高的导热率和比热容,能够更快地传导以及更有效地吸收热量,能够保障CPU在一定范围内进行超频工作不会出现过热故障,有效提升服务器的适用效率和稳定性。

2)更高的空间利用率。液冷数据中心省去空调系统和相应基础设施的建设,无需安装冷热通道封闭设施,更不需要架空地板,节省了大量的空间,从而能够在单位空间布置更多的服务器,提高数据中心运算效率。因此液冷技术比传统冷却方式具有更高的空间利用率。

3)能够实现节能降噪。液冷技术去掉了风冷基础设施,只增加了循环泵,节省建设成本,液冷系统所使用的泵和冷却液系统与传统的空调系统相比噪声更小。因此采用液冷技术更能够为数据中心实现节能、降噪。

4)无视海拔、地域的差异,同时余热可以创造经济价值。由于液体比热容不受海拔和气压影响,可以保持较高的散热效率,从而保证数据中心在高海拔的运行效率和性能。余热能够以液体为载体,通过热交换接入楼宇采暖系统和供水系统中,满足附近居民的供暖、温水供应等需求,为数据中心创造附加价值。

浸没式液冷无需气流,可实现更高密度的空间布局,不受外部环境限制


资料来源:施耐德电气


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