隨著GPU集群、AI服務器等高功率設備的普及，傳統(tǒng)風冷系統(tǒng)在散熱效率與能耗控制上逐漸受限，浸沒液冷技術憑借“直接換熱、自然冷源利用”的先天優(yōu)勢，成為數據中心低碳轉型的重要選擇。北京中測信通科技發(fā)展有限公司結合聯(lián)想福州數據中心、寧夏聯(lián)通數據中心等液冷項目實踐，從架構設計、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)的核心設計差異：突破傳統(tǒng)風冷思維  

與傳統(tǒng)風冷系統(tǒng)相比，浸沒液冷的設計邏輯需圍繞“液體特性”與“系統(tǒng)協(xié)同”重構，核心差異體現(xiàn)在三個層面：  

1. 機柜布局與空間利用  

   液冷機柜采用服務器垂直安裝（替代傳統(tǒng)水平插拔），機柜間距與通道設計需重新規(guī)劃。聯(lián)想福州數據中心測試顯示，背靠背布置的液冷機柜（間距1.2m）比面對面布局出柜率提升15%，但需預留CDU（冷卻液分配單元）維護空間（≥0.8m）。設計時需通過CFD模擬驗證：  

   - 機柜排列方式（背靠背/面對面）對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（單臺液冷機柜裝滿冷卻液后重量達800-1200kg，需局部加固至≥1.5kN/㎡）。  

2. 冷卻液循環(huán)系統(tǒng)設計  

   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)通數據中心采用“雙供雙回”管路設計（見圖1），相比單回路減少冷卻液填充量18%，同時實現(xiàn)單點故障冗余（某段管路檢修時，切換備用回路不影響機柜供液）。關鍵設計指標：  

   - 管路流速控制在1.5-2.0m/s（避免湍流導致的壓力損失）；  

   - CDU與機柜的距離≤15m（降低沿程阻力，泵組功率可減少10%）。  

3. 散熱效率與IT設備適配  

   浸沒液冷允許更高的進液溫度（25-50℃），但需與服務器耐受閾值匹配。中原大數據中心測試顯示，當進液溫度從30℃升至35℃時，CPU核心溫度僅上升2℃（仍低于85℃閾值），但冷源能耗降低12%。設計需驗證：  

   - 不同負載下的溫差控制（服務器進出液溫差宜保持5-8℃，避免局部過熱）；  

   - 冷卻液絕緣性（擊穿電壓≥30kV，符合T/CIE087-2020標準）。  

二、新建項目冷源選型：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，需結合氣候條件、運維能力選擇方案：  

1. 開式冷卻塔方案  

   - 適用場景：夏熱冬暖地區(qū)（如華南）、運維團隊具備水質管理能力的項目；  

   - 優(yōu)勢：造價僅為閉式塔的1/3-1/5，無噴淋泵能耗，可搭配無風機設計（自然通風）將PUE降至1.1以下；  

   - 關鍵措施：  

     - 采用鍍鋅管道（替代碳鋼）減少腐蝕，某項目運行2年后水質仍保持清澈（濁度≤5NTU）；  

     - 增設自動加藥系統(tǒng)（阻垢劑+殺菌劑），控制軍團菌含量≤100CFU/mL。  

2. 閉式冷卻塔方案  

   - 適用場景：北方寒冷地區(qū)（需防凍）、對水質要求極高的金融機房；  

   - 優(yōu)勢：冷卻水與空氣隔離，可直接使用乙二醇溶液（濃度30%時防凍溫度達-15℃）；  

   - 優(yōu)化方向：  

     - 取消噴淋泵（采用重力噴淋設計），降低能耗約8%；  

     - 定期更換乙二醇溶液（每2年1次），避免氧化產生羧酸腐蝕管道（某項目因未及時更換導致盤管泄漏，維修成本增加5萬元）。  

3. 混合冷源方案  

   奧飛迅云酒仙橋數據中心創(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），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、既有機房改造：低成本實現(xiàn)液冷升級的路徑  

老舊機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公司維保項目中驗證了一套經濟方案：  

1. 冷源復用  

   - 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；  

   - 備用冷源：利用閑置的冷凍水管路（原風冷空調遺留），CDU設計雙接口實現(xiàn)切換（主備切換時間≤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)風冷系統(tǒng)需2個串聯(lián)閥門，液冷CDU（1用1備）可減至1個（見圖2），某改造項目減少閥門30個，節(jié)省管路成本15%；  

   - 壓力匹配：當冷凍水壓力（3.5bar）高于冷卻水（2.0bar）時，在切換閥后增設減壓裝置，避免CDU接口承壓超標。  

3. 負載遷移策略  

   分階段替換機柜（每次不超過總數量的20%），避免冷源瞬間過載。某項目通過“先低功率機柜、后高功率集群”的遷移順序，確保改造期間機房PUE穩(wěn)定在1.4以下。  

四、設計驗證與風險控制  

液冷系統(tǒng)需通過嚴格測試規(guī)避隱性風險，中測信通的標準化驗證流程包括：  

- 密封性測試：對液冷機柜、管路進行1.5倍工作壓力（約6bar）保壓24小時，泄漏量≤0.1L/h；  

- 動態(tài)負載測試：模擬IT負載從30%突增至100%，驗證CDU流量調節(jié)響應時間（≤30秒）；  

- 極端場景驗證：關閉主冷源后，記錄液冷機柜溫度升至40℃的時長（需≥15分鐘，預留應急處理時間）。  

浸沒液冷技術的推廣不僅是散熱方式的升級，更是數據中心從“高能耗”向“低碳化”轉型的關鍵抓手。通過科學的架構設計、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，為數字經濟發(fā)展提供綠色算力支撐。  

關鍵詞：浸沒液冷設計、數據中心冷源優(yōu)化、液冷機房改造</doubaocanvas>