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数据中心冷却[4]:单相液冷板

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发表于 2021-12-26 01:19:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
电子器件的高度集成化,使得电子设备功率密度和热流密度大幅度提高,传统风冷很难满足设备的散热需求,液冷技术应运而生。冷板式液冷是液冷技术的一种重要形式,该技术利用工作流体作为中间热量传输媒介将电子设备产生的热量高效输送至外界环境中,整个过程冷却液不与被冷却对象直接接触。其基本原理如图1所示,流体从储液器流向液冷板,吸收处理器(CPU)散发的热量后流出液冷板,再经泵的作用流向换热器并将吸收的热量释放出去,重新成为低温液体,回到储液器中进行下一次循环。
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图1 冷板式液冷工作原理
冷板式液冷技术中最重要的一个部件就是单相液冷板,它起着承载工作流体并直接吸收处理器散发的热量的作用。其基本结构如图2所示,冷流体在流道中流动,带走发热原件散发的热量。在多数情况下,只有处理器等高热流器件通过液体冷却,而其他部件仍采用风冷方式,从而简化设备。
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图2 单相液冷板
图3为整个冷板式液冷系统的原理图,二次侧循环泵将冷却液泵入环网管路并由分水器均匀地分配到各个服务器机柜内的冷板中,将服务器中处理器散发的热量导出,汇流到集水器,经CDU(液冷分配单元)与一次侧冷却液完成热交换,最终通过冷源释放到外部环境中,被冷却后的冷却液回流到二次循环泵,经循环泵重新进入循环。
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图3 冷板式液冷系统原理图
单相液冷板应用于数据中心进行散热,其效果要明显优于传统风冷式,其应用十分广泛。曙光C7000液冷服务器系统采用风冷和液冷混合散热模式,大幅提升服务器散热效率,并增强服务器可靠性。经检测,采用液冷服务器配套基础设施解决方案的数据中心年均PUE(电源利用率)值可降低至1.2以下(PUE值越接近于1,表示一个数据中心的绿色化程度越高)。冷板式液冷系统既可以降低数据中心的制冷能耗,又具有良好的热回收效益。上海某液冷数据中心通过回收液冷数据中心的余热建立了热回收系统,该数据中心的热回收耗电效率(数据中心的总热回收量与总热回收消耗功率的比值)高达23,若该数据中心全部为风冷散热,采用全热回收机组进行制冷及热回收,其热回收耗电效率仅为8.27,液冷热回收耗电效率是其2.78倍。
目前全球大型和超大型数据中心数量持续增加。各数据中心单机柜更高的功率密度使传统风冷散热方式已不能满足数据中心的散热需求;绿色数据中心建设的大趋势使更加耗能的传统风冷技术面临极大困境。由此可见,换热效率更高、更加节能的冷板式液冷在未来数据中心发展大有可为。

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